Heuristische Techniken verbessern das Simulieren von Menschenmengen und großen Tiergruppen in Bewegung

Zürich (Schweiz)/Toulouse (Frankreich) - Mit Schätzwerten statt exakter Berechung lässt sich das Verhalten großer Menschenmengen deutlich besser vorhersagen als bisher. Ein europäisches Forscherteam ergänzte das übliche Simulationsmodell - wo Menschen wie passive Kugeln betrachtet werden - mit groben Faustregeln, wie Menschen sich durch die Menge bewegen. Die Wissenschaftler berücksichtigten dabei die individuelle Blickrichtung und die Bewegung von Teilgruppen. Tatsächlich passten die neuen Ergebnisse besser zu realen Situationen bei Großveranstaltungen als die früheren Simulationen, bis hin zum Entstehen einer Massenpanik. Damit lassen sich künftig die Planungen für große Veranstaltungen und Fluchtwege ebenso optimieren wie Straßen und Gebäude, berichtet das Team in den "Proceedings of the National Academy of Sciences". Auch die Steuerung und Navigation von autonomen Robotern könnte profitieren.

"Zwei einfache Annahmen, die auf Sichtinformationen beruhen, können die Bewegung von Fußgängern tatsächlich gut beschreiben", schreiben der Physiker Dirk Helbing und der Verhaltensforscher Mehdi Moussaid von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich. Die meisten Verhaltensweisen einer Menschenmenge folgten daraus ganz natürlich. Gemeinsam mit Kollegen aus Toulouse und Oxford berechneten die Forscher ein, dass der Mensch Laufrichtung und -tempo verändert, wenn er in seiner Sichtachse ein Hindernis erkennt. Eine grobe statistische Annahme darüber genügte, um in den Modellrechnungen zu realistischen Ergebnissen zu kommen, berichten die Wissenschaftler. Wenn dann die Personendichte steigt, etwa an Engpässen wie Türen oder Brücken, so werden auch wieder die rein physikalischen Muster wichtig: Die Menschen verhalten sich dann tatsächlich wie Kugeln, die passiv aneinander abprallen und sich durch die Gesetze der Strömungsphysik beschreiben lassen.

Auch typische Massen-Phänomene kann das neue Modell gut vorhersagen. Dazu gehört, dass sich unter bestimmten Bedingungen ein Stop-and-go-Verkehr entwickelt, und dass Flohmarktbesucher spontan in zwei Kolonnen aneinander vorbei laufen. Wenn allerdings noch mehr Menschen hinzu kommen, verschwindet wieder alle koordinierte Bewegung und jeder bewegt sich in zufälligen, chaotischen Richtungen. Anders als bei den Physik-inspirierten Massenmodellen geht die neue Variante davon aus, dass mehr als zwei Personen zur gleichen Zeit zusammentreffen und einander beeinflussen können. Außerdem werden sie nicht passiv beim Auftreffen in eine andere Richtung zurück "geworfen", sondern ändern durchaus aktiv die Richtung, um ein Hindernis zu umgehen. Doch selbst moderne Superrechner genügen nicht, um alle Detailfaktoren zu berechnen und zu simulieren. Deshalb mussten die Forscher grobe, aber intelligente - heuristische - Annahmen treffen.

Da so auch visuelle Information in die Modellkalkulation eingeht, lassen sich künftig auch Evakuierungssituationen vorausberechnen, bei denen die Sicht eingeschränkt ist: etwa bei nächtlichen Veranstaltungen oder bei Rauch im Gebäude. In Zukunft wollen Helbing und Kollegen ihre Algorithmen noch verbessern, indem sie Fußgänger mit Messgeräten für die Augenbewegungen ausstatten. Auf diese Weise gewinnen sie genauere Werte als die bisher geschätzten, die in die Berechnung einfließen können.