基于端口哈密顿系统的行人集体动力学多尺度描述

端口哈密顿系统 (PHS) 理论是一种新兴但已确立的非线性物理系统建模方法。近期一些研究表明，PHS 框架对群体与多智能体系统的建模和控制具有相关性。我们在本工作中识别出一类可表述为端口哈密顿系统的基于微观力的行人模型。该行人 PHS 具有线性结构与耗散分量。非线性效应来自各向同性的行人相互作用。在具有无序初态的环面上的仿真结果表明，端口哈密顿行人模型可展现多种动力学类型。它们涵盖从无相互作用的松弛速度模型、动态台球或结晶动力学，到真实的行人集体行为，包括逆向与交叉流的车道与条带形成。端口哈密顿框架是行人动力学的自然多尺度描述，因为哈密顿量恰为通用序参数，使我们能从宏观视角识别动力学的特定行为。特定情形甚至可通过能量平衡确定哈密顿行为，而无需繁琐计算微观动力学。利用 PHS 理论，我们系统地识别出一个依赖于外生输入且可作物理解释的哈密顿量临界阈值。