Wie Fussgänger-Forschung für mehr Sicherheit sorgt

Wenn Tausende Menschen gleichzeitig Bahnhöfe oder Veranstaltungsorte passieren, entstehen komplexe Dynamiken in der Menschenmenge. Es ist ein Zusammenspiel von Zu- und Abstrom, verschiedenen Wegelementen und individuellen Eigenschaften der Personen. Am Institutsbereich Zivile Sicherheitsforschung (IAS-7) des Forschungszentrums Jülich untersuchen Forschende, wie sich Menschen in Menschenmengen bewegen. Die Erkenntnisse dienen der Gestaltung sicherer und komfortabler Umgebungen – sowohl für den Normalbetrieb mit ausreichend dimensionierten Wegen und optimierten Abläufen als auch für Notfallsituationen wie Räumungen.

Um analysieren zu können, wie sich Menschen in Menschenmengen bewegen, sind detaillierte Daten dieser Bewegung notwendig. Laborstudien erlauben es, unter kontrollierten Bedingungen gezielt verschiedene Faktoren zu untersuchen. Mithilfe von über Kopf angebrachten Kameras wird die Bewegung der Probandinnen und Probanden in unterschiedlichsten Aufbauten aufgezeichnet – Korridoren, Engstellen, Kreuzungen, Einlasssystemen usw. Die Laufwege der Personen werden analysiert und so ein Zusammenhang zwischen Dichte, Geschwindigkeit und Fluss beschrieben – was ausschlaggebend ist für Kapazitätsberechnungen und die Dimensionierung von Fluchtwegen.

In diesem Forschungsfeld spielt die Sozialpsychologie eine zunehmend wichtige Rolle, da menschliches Verhalten nicht ausschliesslich mit physikalischen Ansätzen beschrieben werden kann: Was nehmen wir in verschiedenen Situationen wahr? Fühlen wir uns wohl oder eher unwohl? Wann beginnen wir zu drängeln? Um derartige Fragen beantworten zu können, füllen die Probandinnen und Probanden zusätzlich Fragebögen aus oder geben in Interviews Auskunft. Auch Feldstudien (in beobachtender Funktion) sind ein wichtiges Mittel der Datenerhebung. Hier können reale Prozesse beobachtet und analysiert werden – allerdings mit einem geringeren Detailgrad.

Die Erkenntnisse aus Labor- und Feldstudien bilden die Grundlage für die Entwicklung von Personenstromsimulationen. Dafür entwickelte Modelle ermöglichen es, Bewegungsströme mit dem Computer zu analysieren und verschiedene Szenarien durchzuspielen. Bei den Modellen handelt es sich um eine vereinfachte Abbildung der Realität. Die simulierten Personen, genannt Agenten, werden in den Modellen auf vereinfachte Formen wie Kreise oder Ellipsen reduziert, die miteinander wechselwirken und z. B. ihre Geschwindigkeit bei zunehmender Dichte reduzieren. Es ist noch nicht möglich, die Bewegung des gesamten Körpers von Personen in Menschenmengen zu simulieren – hier fehlt es noch an Daten und somit fundierten Modellieransätzen. Mit dem aktuellen Stand der Forschung können die Modelle aber u. a. Stauungen vor Engstellen oder die Bahnenbildung in bidirektionalen Strömen abbilden. Personenstromsimulationen haben sich im Bereich des Brandschutzes bereits etabliert, um z. B. die Dimensionierung von Fluchtwegen zu überprüfen. Auch im Kontext von Grossveranstaltungen finden sie zunehmend Einsatz.

So haben Forschende in Jülich bei der Planung der An- und Abreise zu Fussballspielen der UEFA EURO 2024 in Düsseldorf unterstützt. Es wurden verschiedene Szenarien untersucht – z. B. Wahl der Anreisemittel, zeitliche Verteilung der Anreisekurve, Wegwahl bei der Abreise u. v. m. Die virtuellen Tests halfen den Planenden, mögliche Engpässe in der Planungsphase zu erkennen und entsprechende Massnahmen oder Anpassungen abzuleiten.

Wann müssen die Fan Walks spätestens starten, sodass alle Fussballfans – auch ohne Teilnahme an den Fan Walks – pünktlich zum Spielbeginn im Stadion sind? Wie gross ist der Rückstau, der sich vor den Einlässen bildet? Dies waren zentrale Fragen, die mithilfe von Simulationen untersucht wurden. Dabei wurden verschiedenste Rahmenbedingungen berücksichtigt und variiert: die Grösse der Fan Walks, die Flächennutzung auf den Routen zu den Einlässen (Strassen, Fusswege …), die Geschwindigkeit des Fan Walks, die Abnahmerate an den Einlässen u. v. m.

Viele vermuten, dass künstliche Intelligenz (KI) direkt in den Simulationsmodellen steckt – das ist derzeit noch nicht der Fall. Denn noch wissen wir zu wenig über das Verhalten von Menschen in Menschenmengen und ihre Entscheidungsfindung, als dass die Agenten ihre eigenen Entscheidungen treffen und realistisch handeln könnten.

KI kommt jedoch bei der Auswertung von Labor- und Feldstudien zum Einsatz: Es wurden Algorithmen entwickelt, die komplexe Bewegungsmuster erkennen und z. B. Drängelverhalten analysieren. Diese Technologien helfen, riesige Datenmengen systematisch zu analysieren, und verbessern damit die Datengrundlage für das Forschungsfeld.

Leider passieren immer noch Unglücke in Menschenmengen. In den Medien ist dann oft der Begriff «Massenpanik» präsent. Dieser suggeriert, dass sich die Menschen in Gefahrensituationen nicht rational verhalten und es deshalb zu Unglücken kommt. Das eigentliche Problem ist allerdings oft die hohe Anzahl von Personen über einen langen Zeitraum in einem begrenzten Raum. Bei einer sehr hohen Personendichte ist die Bewegungsfreiheit sehr stark eingeschränkt, und es wirkt ein hoher Druck auf die Körper in der Menschenmenge. Stürzt eine Person, öffnet sich eine Lücke in der Menge und aufgrund des hohen Drucks drohen weitere Personen auf die bereits am Boden liegende Person zu fallen.

Wie genau solche gefährlichen Situationen in Menschenmengen entstehen, ist Gegenstand der aktuellen Forschung. Fortschrittliche Technik wie 3-D-Tracking-Anzüge erlaubt es den Forschenden, die genaue Bewegung des Körpers – inklusive Armen und Beinen – in den Laborstudien zu untersuchen. Wann verlieren wir die Balance? Wann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass jemand stürzt? Wie breiten sich Impulse in der Menschenmenge aus (Druckwellen)? Derartige Erkenntnisse sollen zukünftig helfen, gefährliche Situationen in sehr dichten Menschenmengen frühzeitig zu erkennen und im besten Fall verhindern zu können.