交通工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái)，伴隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化水平不斷提升，城市交通樞紐逐漸向大型、綜合的方向發(fā)展。作為軌道交通、地面公共交通以及其他交通方式之間相互銜接的關(guān)鍵點(diǎn)，交通樞紐在城市公共交通系統(tǒng)中承擔(dān)著越來(lái)越重要的作用。然而，目前建成的很多交通樞紐標(biāo)示系統(tǒng)及交通組織還存在很多不足，究其原因主要還是對(duì)行人步行交通問(wèn)題沒(méi)有給予足夠重視，在設(shè)計(jì)中缺乏以

2、人為本的理念。 </p><p>　　本文首先在總結(jié)和學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外關(guān)于行人交通仿真和標(biāo)示系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)行人交通特性相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)和現(xiàn)有行人仿真模型，選取了Anylogic作為行人仿真的工具；通過(guò)對(duì)復(fù)興門(mén)交通樞紐的行人運(yùn)動(dòng)行為調(diào)查及視頻數(shù)據(jù)分析，分析標(biāo)示系統(tǒng)、地鐵列車(chē)及行人服務(wù)設(shè)施等對(duì)行人運(yùn)動(dòng)行為的影響；利用以上所分析得到的數(shù)據(jù)標(biāo)定Anylogic行人仿真模型，并以復(fù)興門(mén)換乘站為例構(gòu)建仿真模型，建立了四種

3、仿真情景，并驗(yàn)證了該模型的有效性。</p><p>　　本文將交通標(biāo)示系統(tǒng)及行人服務(wù)設(shè)施對(duì)行人的影響考慮到仿真模型中，仿真結(jié)果可為行人交通樞紐內(nèi)標(biāo)示設(shè)計(jì)服務(wù)提供一種分析方法和評(píng)價(jià)依據(jù)，對(duì)設(shè)施設(shè)計(jì)及行人交通組織方面提出了建議。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通樞紐；標(biāo)示系統(tǒng)；交通設(shè)施；交通組織；行人仿真 </p><p><b>　　ABSTRACT<

4、/b></p><p>　　In recent years, accompanied by rising levels of urban modernization , urban transport hub gradually to large, integrated direction. As a key point of continuity between rail transportation ,

5、 ground public transport and other modes of transportation , transportation hubs assume an increasingly important role in urban public transport system. However, there are many transportation hub built marking systems an

6、d transportation organizations are still many deficiencies , the main reason is for pedes</p><p>　　In the paper summarizes the research and study abroad on the basis of pedestrian traffic simulation and labe

7、ling system , the summary of the characteristics of pedestrian traffic data and parameters related to the existing pedestrian simulation model selected Anylogic pedestrian simulation as a tool ; through Fuxingmennei tran

8、sport hub pedestrian movement , behavior and video data analysis , impact analysis labeling system , subway trains and pedestrian facilities such as pedestrian movement beh</p><p>　　The paper will affect tra

9、ffic and pedestrian facilities labeling system to take into account pedestrian simulation model , the simulation results can provide a design service mark analysis and evaluation of the evidence for pedestrian traffic hu

10、b , the facility design and pedestrian traffic organization made recommendations .</p><p>　　Key words: Transfer station; sianage system; Walking facility; management of pedestrian traffic; pedestrian simulat

11、ion</p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p><b>　　1.1研究背景2</b></p><p>　　1.2 研究歷史和現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.1國(guó)外研究情況4</p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)研究情況4</p&g

12、t;<p><b>　　1.3研究意義5</b></p><p><b>　　1.4技術(shù)路線6</b></p><p>　　第2章 行人仿真相關(guān)理論基礎(chǔ)6</p><p>　　2.1 行人仿真模型分類(lèi)7</p><p>　　2.1.1 模型層次7</p><

13、;p>　　2.1.2 模型空間7</p><p>　　2.1.3 模型方法8</p><p>　　2.2 典型行人運(yùn)動(dòng)仿真模型9</p><p>　　2.2.1 元胞自動(dòng)機(jī)模型9</p><p>　　2.2.2 社會(huì)力模型10</p><p>　　2.2.3磁力模型11</p><

14、p>　　2.3 行人運(yùn)動(dòng)仿真軟件13</p><p>　　2.3.1 Legion軟件13</p><p>　　2.3.2 STEPS軟件13</p><p>　　2.3.3 SimWalk軟件14</p><p>　　2.3.4 AnyLogic軟件15</p><p>　　第3章 行人空間占有特性

15、16</p><p>　　3.1行人靜態(tài)空間需求17</p><p>　　3.1.1身體尺寸17</p><p>　　3.1.2 舒適安全距離18</p><p>　　3.2行人動(dòng)態(tài)空間需求19</p><p>　　3.3攜帶行李行人的空間需求19</p><p>　　第4章 行人步速

16、及其影響因素研究21</p><p>　　4.1行人步速的概念21</p><p>　　4.1.1期望速度21</p><p>　　4.1.2實(shí)際速度21</p><p>　　4.1.3限制速度21</p><p>　　4.2行人期望速度的影響因素21</p><p>　　4.2.1

17、年齡21</p><p>　　4.2.2性別22</p><p>　　4.2.3出行目的22</p><p>　　4.2.4攜帶行李22</p><p>　　4.2.5地區(qū)差異22</p><p>　　4.2.6場(chǎng)地條件23</p><p>　　4.2.7其他因素23</p&

18、gt;<p>　　4.3行人實(shí)際速度的影響因素23</p><p>　　4.3.1期望速度23</p><p>　　4.3.2周?chē)腥肆髁?、密?3</p><p>　　4.3.3流線組織26</p><p>　　4.3.4結(jié)伴出行26</p><p>　　4.3.5對(duì)環(huán)境的熟悉程度26<

19、;/p><p>　　第5章 行人特征數(shù)據(jù)調(diào)查及分析27</p><p>　　5.1 數(shù)據(jù)采集方法27</p><p>　　5.1.1人工觀測(cè)法27</p><p>　　5.1.2視頻采集法28</p><p>　　5.1.3采集方法比較28</p><p>　　5.2 行人數(shù)據(jù)采集28&

20、lt;/p><p>　　5.3交通樞紐客流量分析29</p><p>　　5.3.1 工作日乘客進(jìn)出站規(guī)律29</p><p>　　5.3.2 工作日乘客換乘規(guī)律30</p><p>　　5.4 交通樞紐內(nèi)行人組成31</p><p>　　5.4.1行人年齡結(jié)構(gòu)31</p><p>　　5

21、.4.2 行人結(jié)伴情況構(gòu)成32</p><p>　　5.4.3 行人攜帶行李情況32</p><p>　　5.5 交通樞紐內(nèi)速度特性33</p><p>　　5.5.1速度分布規(guī)律33</p><p>　　5.5.2速度隨時(shí)間分布規(guī)律35</p><p>　　5.5.3不同年齡性別的速度對(duì)比36</p

22、><p>　　5.5.3不同設(shè)施下的速度對(duì)比37</p><p>　　5.5.4不同年齡各設(shè)施下的速度對(duì)比37</p><p>　　5.6 行人交通流模型38</p><p>　　5.7 服務(wù)設(shè)施特性40</p><p>　　5.7.1售票服務(wù)時(shí)間41</p><p>　　5.7.2安檢和

23、檢票服務(wù)時(shí)間41</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　構(gòu)建以大中型交通樞紐為節(jié)點(diǎn)，具有高運(yùn)行效率、高可達(dá)性、高客運(yùn)能力的城市公共交通系統(tǒng)，是世界城市交通發(fā)展的大趨勢(shì)，國(guó)外有很多成功的經(jīng)驗(yàn)。有關(guān)交通樞紐的研究主要集中在兩個(gè)層面：宏觀層面、

24、中微觀層面。宏觀層面是指交通樞紐的選址及其在整個(gè)交通系統(tǒng)中的定位與布局；中微觀層面則是指交通樞紐內(nèi)部的交通組織，包括車(chē)輛的組織和行人組織，以及相關(guān)設(shè)施的設(shè)計(jì)。目前關(guān)于宏觀層面交通樞紐的布局與選址問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外存在大量的研究成果，其理論體系較為完善。但是在微觀層面上，交通樞紐內(nèi)的交通組織，尤其是行人交通組織研究以往未得到足夠重視，直到近年來(lái)才在國(guó)外得到快速發(fā)展。我國(guó)早期對(duì)城市交通樞紐的研究主要關(guān)注的是宏觀問(wèn)題，對(duì)微觀層面的組織問(wèn)題沒(méi)有十分重

25、視。在設(shè)計(jì)思路上，缺乏以人為本的服務(wù)理念，在進(jìn)行交通樞紐設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有以行人利益為優(yōu)先考慮對(duì)象，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了設(shè)施結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、施工難易程度、占地、車(chē)輛行駛的方便性等因素，而忽略了行人在換乘樞紐內(nèi)的主體地位，加上缺乏國(guó)外可借鑒的歷史經(jīng)驗(yàn)和理論指導(dǎo)，造成目前已建成的一些交通樞紐在行人換乘效率，行人組織協(xié)調(diào)性以及行人的舒適性方面不盡如人意，公眾反應(yīng)強(qiáng)烈。</p><p>　　作為研究客流組織和行人交通設(shè)施的主要手段，行人微觀仿

26、真近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，相繼開(kāi)發(fā)了多種模型。利用行人仿真工具對(duì)交通樞紐進(jìn)行模擬，不僅可以評(píng)價(jià)其內(nèi)部客流組織和行人設(shè)施的性能，還可以評(píng)價(jià)其在緊急狀態(tài)下的疏散安全性能。其仿真結(jié)果可以為設(shè)計(jì)階段的交通樞紐的方案比選提供依據(jù)，也可用于驗(yàn)證各類(lèi)型預(yù)案的有效性。在國(guó)外，仿真工具已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)與人相關(guān)的設(shè)施的評(píng)價(jià)中，國(guó)內(nèi)關(guān)于建筑物的緊急疏散仿真開(kāi)展較早，但對(duì)于交通樞紐的常態(tài)及緊急狀態(tài)的客流組織則涉及較少，其主要原因是由于目前專(zhuān)門(mén)針對(duì)交通樞紐構(gòu)建的

27、行人仿真模型較少，多為國(guó)外開(kāi)發(fā)的模型，且針對(duì)我國(guó)交通樞紐的行人交通流數(shù)據(jù)調(diào)查難度大，沒(méi)有公認(rèn)的可使用的數(shù)據(jù)，目前模型標(biāo)定所使用數(shù)據(jù)基本來(lái)自國(guó)外，不能真實(shí)反應(yīng)國(guó)內(nèi)交通樞紐行人交通流真實(shí)狀況。因此，本文的研究目的就是要通過(guò)大量的交通樞紐內(nèi)部行人交通流數(shù)據(jù)調(diào)查獲得國(guó)內(nèi)交通流詳實(shí)、可靠數(shù)據(jù)，據(jù)此利用行人微觀仿真工具建立一個(gè)能夠適用于國(guó)內(nèi)交通樞紐的行人仿真模型，并利用該模型研究交通樞紐內(nèi)部行人交通組織及目前交通設(shè)施的適應(yīng)性問(wèn)題。</p>

28、;<p>　　1.2 研究歷史和現(xiàn)狀</p><p>　　行人交通仿真技術(shù)是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)學(xué)理論等手段，采用虛擬現(xiàn)實(shí)方法，對(duì)行人交通系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際模仿的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，它需要借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)行人流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模與求解算法分析，通過(guò)仿真模型得到各種動(dòng)態(tài)活動(dòng)及其過(guò)程的運(yùn)動(dòng)記錄，進(jìn)而研究行人交通流系統(tǒng)的特征，并輸出效果。從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，基于各種規(guī)則和力的理論模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)

29、仿真法應(yīng)運(yùn)而生。行人仿真技術(shù)能夠?qū)π腥诵凶郀顩r進(jìn)行模擬，找出潛在的常發(fā)性交通瓶頸和偶發(fā)性高峰擁擠點(diǎn)；能動(dòng)態(tài)分析人群由于多股匯集而產(chǎn)生個(gè)體沒(méi)有的現(xiàn)象，并給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)對(duì)公共場(chǎng)所中可能發(fā)生的人群擁擠踩踏事故進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)人群進(jìn)行管理控制；評(píng)價(jià)現(xiàn)有交通設(shè)施服務(wù)水平，優(yōu)化交通組織流線，能夠?yàn)榻煌?biāo)識(shí)系統(tǒng)和緊急疏散預(yù)案提供有效的技術(shù)支持，并對(duì)人群聚集過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，為行人交通仿真技術(shù)的應(yīng)用研究者們研究行人交通流理論提供了有效的手

30、段。</p><p>　　1.2.1國(guó)外研究情況</p><p>　　國(guó)外在行人及其疏散動(dòng)力學(xué)方面的系統(tǒng)研究已有近五十年的歷史，并且取得了廣泛的研究成果，特別是近十幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，行人仿真技術(shù)已經(jīng)成為行人及疏散動(dòng)力學(xué)研究的重要手段，并成為學(xué)術(shù)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。行人動(dòng)力學(xué)模型可以分為宏觀模型和微觀模型。最早的宏觀模型是由Henderson提出的，他認(rèn)為行人的運(yùn)動(dòng)行為類(lèi)似于氣

31、體或液體的流動(dòng)。Rog L Hughes采用連續(xù)介質(zhì)理論(continuum theory)研究大型人群的運(yùn)動(dòng)特征。宏觀模型中忽略了個(gè)體之間的差異，這與實(shí)際情況是不相符合的。微觀模型具有代表性的模型有格子氣模型、社會(huì)力模型，元胞自動(dòng)機(jī)模型和磁場(chǎng)力模型等。社會(huì)力的概念最早是由Lewin提出的，Helbing和他的同事一起建立了社會(huì)力模型，并把社會(huì)力作為模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式中的一項(xiàng)。元胞自動(dòng)機(jī)(Cellua Automata)模型是1987年由

32、Toffol和Margolus提出的。元胞自動(dòng)機(jī)是一種以時(shí)間為基礎(chǔ)的方法，系統(tǒng)的狀態(tài)用一種常規(guī)的格子組成單元。每個(gè)單元可以處于幾種狀態(tài)中的一種(一般有兩種，0或1)。在每一時(shí)間步中，每個(gè)單元的狀態(tài)在它以前的狀態(tài)以及它鄰近的單元的狀態(tài)的基礎(chǔ)</p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)研究情況</p><p>　　作為環(huán)境信息媒介,標(biāo)識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)伴隨城市交通的發(fā)展不斷完善。我國(guó)自1983年以來(lái)陸續(xù)制定了

33、《標(biāo)志用公共信息圖形符號(hào)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),《圖形標(biāo)識(shí)使用原則與要求》、《公共信息導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)置原則和要求》,《公共信息導(dǎo)向系統(tǒng)要素的設(shè)計(jì)原則與要求》等一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。軌道交通作為城市公共交通或連接連城市公共交通的重要組成部分,樞紐標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的作用至關(guān)重要,其標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也從早期的隨意化逐步上升到標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、科學(xué)化的道路,以滿足樞紐旅客類(lèi)型多樣化以及行為多變化趨勢(shì)條件下的旅客出行要求,但現(xiàn)有針對(duì)軌道交通樞紐導(dǎo)向標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的研究仍處

34、于初步階段。目前我國(guó)針對(duì)軌道交通樞紐導(dǎo)向標(biāo)識(shí)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)方面的研究較少。</p><p>　　北京交通大學(xué)張喜教授等針對(duì)北京南站內(nèi)部導(dǎo)向標(biāo)識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了初始方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究,通過(guò)分析功能區(qū)位、客流流線和旅客信息需求等,補(bǔ)充了向?qū)?biāo)識(shí)的設(shè)置原則,提出以誘導(dǎo)水平最大目標(biāo),采用遺傳算法和模擬退火算法等智能算法對(duì)標(biāo)識(shí)布設(shè)決策點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇,但其忽略了旅客行為對(duì)標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)的影響。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)于尋路行為的研究仍較少,較深入的是

35、同濟(jì)大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院徐慕青教授主持關(guān)于“復(fù)雜環(huán)境中的空間認(rèn)知模式——基于空間組織的防災(zāi)設(shè)計(jì)策略研究”的課題研究,主要針對(duì)“空間設(shè)計(jì)要素與使用者行為策略之間的互動(dòng)關(guān)系”和“基于空間組織的防災(zāi)疏散設(shè)計(jì)策略研究”兩方面,以交通樞紐、地下公共空間以及建筑綜合體為考察對(duì)象展開(kāi)研究,根據(jù)尋路實(shí)驗(yàn),利用CCD同步攝影、跟蹤錄音、尋路路徑記錄、問(wèn)卷填答等調(diào)研手段,研究導(dǎo)向標(biāo)識(shí)對(duì)旅行尋路行為的影響,從而對(duì)城市交通樞紐型商業(yè)空間中的標(biāo)識(shí)系統(tǒng)做出導(dǎo)向性評(píng)估,

36、確定現(xiàn)有城市交通樞紐型商業(yè)空間,標(biāo)識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足與改進(jìn)方式。北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)研究者通過(guò)對(duì)樞紐內(nèi)部重要節(jié)點(diǎn)行人徘徊時(shí)間統(tǒng)計(jì),利用其仿真手段進(jìn)行對(duì)比評(píng)估分析,驗(yàn)證了利用經(jīng)驗(yàn)提出的優(yōu)化方案的合理性,為標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)提供了有效參考和借鑒。</p><p>　　研究表明，這些成果與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還是很大的，不能直接照搬國(guó)外的成果，西方的行人交通動(dòng)力學(xué)研究成果并不完全適于我國(guó)。軌道交通的快速發(fā)展與標(biāo)識(shí)布局設(shè)計(jì)不足之間的凸顯矛

37、盾不僅影響到旅客在軌道交通樞紐內(nèi)的出行效率,而且影響樞紐疏散能力及運(yùn)營(yíng)組織效率。因此，應(yīng)在深入學(xué)習(xí)國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，對(duì)行人交通流特進(jìn)行系統(tǒng)研究，應(yīng)用交通仿真技術(shù)方法提出最符合的我國(guó)交通樞紐的標(biāo)識(shí)系統(tǒng)布置方案。</p><p><b>　　1.3研究意義</b></p><p>　　作為研究客流組織和行人交通設(shè)施的主要手段，行人微觀仿真近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，相繼開(kāi)發(fā)了

38、多種模型。利用行人仿真工具對(duì)交通樞紐進(jìn)行模擬，不僅可以評(píng)價(jià)其內(nèi)部客流組織和行人設(shè)施的性能，還可以評(píng)價(jià)其在緊急狀態(tài)下的疏散安全性能。其仿真結(jié)果可以為設(shè)計(jì)階段的交通樞紐的方案比選提供依據(jù)，也可用于驗(yàn)證各類(lèi)型預(yù)案的有效性。在國(guó)外，仿真工具已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)與人相關(guān)的設(shè)施的評(píng)價(jià)中，國(guó)內(nèi)關(guān)于建筑物的緊急疏散仿真開(kāi)展較早，但對(duì)于交通樞紐的常態(tài)及緊急狀態(tài)的客流組織則涉及較少，其主要原因是由于目前專(zhuān)門(mén)針對(duì)交通樞紐構(gòu)建的行人仿真模型較少，多為國(guó)外開(kāi)發(fā)的模型

39、，且針對(duì)我國(guó)交通樞紐的行人交通流數(shù)據(jù)調(diào)查難度大，沒(méi)有公認(rèn)的可使用的數(shù)據(jù)，目前模型標(biāo)定所使用數(shù)據(jù)基本來(lái)自國(guó)外，不能真實(shí)反應(yīng)國(guó)內(nèi)交通樞紐行人交通流真實(shí)狀況。因此，本研究目的就是要通過(guò)大量的交通樞紐內(nèi)部行人交通流數(shù)據(jù)調(diào)查獲得國(guó)內(nèi)交通流詳實(shí)、可靠數(shù)據(jù)，據(jù)此利用行人微觀仿真工具建立一個(gè)能夠適用于國(guó)內(nèi)交通樞紐的行人仿真模型，并利用該模型研究交通樞紐內(nèi)部行人交通組織及目前交通設(shè)施的適應(yīng)性問(wèn)題。</p><p><b>

40、;　　1.4技術(shù)路線</b></p><p>　　第2章 行人仿真相關(guān)理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 行人仿真模型分類(lèi)</p><p>　　自20世紀(jì)90年代以來(lái)，行人交通仿真動(dòng)力學(xué)模型的理論取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。研究者根據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)了行人運(yùn)動(dòng)中的規(guī)律性特征，提出了行人及人群運(yùn)動(dòng)的理論模型及遵循的原則。在對(duì)人群現(xiàn)象觀察并進(jìn)行理論解釋的基礎(chǔ)上，研究者采用不同

41、的方法對(duì)行人及人群的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述，并建立了大量的人群運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　2.1.1 模型層次</p><p>　　行人交通仿真的困難主要體現(xiàn)在行人運(yùn)動(dòng)隨意性大、步行行為復(fù)雜、影響因素復(fù)雜等諸多方面。行人交通仿真模型分為2類(lèi):第1類(lèi)為宏觀模型,把行人模擬為連續(xù)流動(dòng)介質(zhì);第2類(lèi)為微觀模型,將行人視為具有一定行為的個(gè)體,屬于當(dāng)前的主流模型。</p><p

42、>　　表2-1模型層次分類(lèi)</p><p>　　在宏觀模型中，行人的個(gè)體行為不能被單獨(dú)描述。通常是對(duì)人群的一種狀態(tài)的描述，如流量、密度、平均速度等。它將行人交通流近似為氣體或者流體，將流體力學(xué)的理論和方法結(jié)合人的行為規(guī)則應(yīng)用于行人交通流的建模仿真中。宏觀模型數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單明了，計(jì)算簡(jiǎn)便，但其難以描述實(shí)際觀察到的行人復(fù)雜的交通行為，缺少人與人之間的相互作用的描述，難以給出局部和細(xì)節(jié)的信息。</p>

43、<p>　　在微觀模型中，行人經(jīng)常被模擬為他們之間相互作用的簡(jiǎn)單“粒子”。關(guān)注的是行人在短期內(nèi)做出的決定，如考慮障礙物、行人密度和行人跟隨等選擇精確的路線，描述行人的實(shí)際的行走行為，如他們的瞬間決定改變方向而避免發(fā)生碰撞等。微觀模型的仿真通常是基于各種不同的物理力學(xué)模型，實(shí)際上，擁擠人群運(yùn)動(dòng)與流體和顆粒材料的流動(dòng)有一定程度的相似性。</p><p>　　2.1.2 模型空間</p>&l

44、t;p>　　模型空間是描述行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的場(chǎng)所，不同的仿真模型空間將會(huì)對(duì)行人的行為產(chǎn)生不同的結(jié)果?，F(xiàn)有的仿真模型中，通常采用以下三種仿真模型空間：</p><p>　　表2-2模型空間分類(lèi)</p><p>　　三種模型空間從粗糙型向逐步細(xì)膩型轉(zhuǎn)變，分塊的模型空間無(wú)法模擬出行人個(gè)體間的相互作用。網(wǎng)格空間中描述的所有行人的“步調(diào)”都會(huì)隨著更新時(shí)間步長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行，并且由于網(wǎng)格已經(jīng)被固定劃分成形

45、，難以適應(yīng)密度的時(shí)空變化。連續(xù)矢量空間有著以上兩種所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，模型中的行人可以進(jìn)行無(wú)邊界的選擇，與現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際場(chǎng)景最為相符。</p><p>　　2.1.3 模型方法</p><p>　　行人仿真模型方法從簡(jiǎn)單逐漸趨于復(fù)雜，按照行人行為的決定方式，個(gè)體行為模擬方法主要可概括為三大類(lèi)：概率函數(shù)模擬方法、基于規(guī)則模擬方法和多智能體模擬方法。</p><p>　　表2-

46、3模型方法分類(lèi)</p><p>　　(1)概率函數(shù)方法：用一個(gè)方程或一組方程來(lái)描述整個(gè)人群的特征，每個(gè)人的行為都由方程式?jīng)Q定。例如，粗網(wǎng)格模型采用的是把行人看成整體而很少考慮個(gè)體行為。概率模型無(wú)法重現(xiàn)個(gè)體相互作用的現(xiàn)象。</p><p>　　(2) 基于規(guī)則方法：模型中的行人按照預(yù)先規(guī)定的一套準(zhǔn)則來(lái)做決定，這些準(zhǔn)則可以在一些特定情況下起作用。每次運(yùn)行都需要“校準(zhǔn)”，模型中的行人實(shí)體同步更新

47、，在相互作用會(huì)出現(xiàn)“意外”的人為堵塞。</p><p>　　(3)人工智能體方法：模型中行人被設(shè)計(jì)成能對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行智能分析的智能體，智能體可以根據(jù)周?chē)沫h(huán)境獨(dú)立做決定。模型中行人實(shí)體需要測(cè)量當(dāng)前狀態(tài)，并做出實(shí)際的決定。</p><p>　　2.2 典型行人運(yùn)動(dòng)仿真模型</p><p>　　2.2.1 元胞自動(dòng)機(jī)模型</p><p>　　作為

48、離散微觀仿真模型,元胞自動(dòng)機(jī)模型將行人行走的地面區(qū)域劃分為單元格陣列,每個(gè)單元格可以被行人、建筑物占據(jù),也可以為空,單元格尺寸按照行人身體的垂直投影面積確定,取值常在0.4m×0.4m—0.46m×0.46m。每個(gè)單元格在每時(shí)間步最多只允許一個(gè)行人占有,行人運(yùn)動(dòng)方向可為前、后、左、右4個(gè)方向,也有的模型設(shè)定了前、后、左、右、左前、右前、左后、右后8個(gè)方向。行人個(gè)體按照當(dāng)前所處的單元格,加上相鄰8格共9個(gè)單元格的狀態(tài)和

49、目標(biāo)點(diǎn),從中選擇1個(gè)單元格作為下一時(shí)間步所處的位置?；舅惴ㄊ切腥艘罁?jù)概率模型計(jì)算下一時(shí)間步所有單元格(i, j)的進(jìn)入概率Pij,若(i, j)為建筑物或其他人占據(jù)則Pij=0,否則,Pij>0。不同行人元胞自動(dòng)機(jī)模型的差別主要體現(xiàn)在概率的算法不同。</p><p>　　元胞自動(dòng)機(jī)模型能夠模擬復(fù)雜的行人流現(xiàn)象,如自組織和混沌現(xiàn)象,但也存在行為規(guī)則過(guò)于簡(jiǎn)單、人員速度單一、移動(dòng)方向受限制、不能十分精確反應(yīng)人員

50、運(yùn)動(dòng)狀況等缺點(diǎn)。</p><p>　　2.2.2 社會(huì)力模型</p><p>　　社會(huì)力模型將行人抽象為粒子,描述行人在連續(xù)二維空間上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)方程,社會(huì)力模型是Helbing等人在Lewin關(guān)于行人行為受社會(huì)力影響的研究基礎(chǔ)上,借鑒Bolzmann運(yùn)動(dòng)方程的形式建立起來(lái)的。在Helbing研究的社會(huì)力模型中,行人會(huì)受到目標(biāo)吸引產(chǎn)生的自驅(qū)動(dòng)力,同時(shí)由于行人有與其他行人、障礙物保持安全距

51、離的社會(huì)特征,他會(huì)受到其他行人、障礙物的斥力影響。行人i的自驅(qū)動(dòng)力,行人i和行人j之間的接觸和非接觸作用力,行人i和障礙物w的接觸和非接觸作用力。這三組方程構(gòu)成行人所受社會(huì)力的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。 </p><p>　　(1)驅(qū)動(dòng)力,主觀意識(shí)對(duì)個(gè)體行為的影響可化為個(gè)體所受自己施加的“社會(huì)力”,體現(xiàn)了行人以渴望的速度移動(dòng)到目的地的動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力是模型中最顯著的力，決定著行人是否以期望速度向目的地運(yùn)動(dòng)。如果沒(méi)有干擾，行人將以

52、速度向期望的方向行進(jìn)。由于必要的減速或躲避行為，實(shí)際速度與期望速度的差通過(guò)一定的“松弛時(shí)間”τ來(lái)修正，以接近速度，可通過(guò)加速度形式描述： </p><p>　　(2)人與人之間的作用力,指試圖與其他行人保持一定距離所施加的“力”。行人運(yùn)動(dòng)方向受他人的影響，特別是行人之間保持的距離取決于行人密度和期望速度 對(duì)于每一行人的個(gè)人空間，“地域效力”(territorial effect)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。行人接近一個(gè)

53、陌生的行人時(shí)，通常會(huì)感覺(jué)越來(lái)越不舒適。這導(dǎo)致其他行人對(duì)該行人產(chǎn)生斥力效應(yīng)，這種效應(yīng)可用一個(gè)隨距離遞減的指數(shù)函數(shù)來(lái)表述，包括心理作用力（即社會(huì)力）和物理力（接觸力）兩部分，表達(dá)式為：</p><p>　　(3)人與邊界之間的作用力,邊界和障礙對(duì)人的影響類(lèi)似于人與人之間的作用行人要與建筑物、墻壁、街道、障礙等的邊界保持一定距離，這種距離也用力的形式來(lái)表式示。當(dāng)行人活動(dòng)時(shí)，越接近邊界會(huì)覺(jué)得越不舒適，因?yàn)樾腥藭?huì)把注意力更

54、多地放在避免受傷害方面。邊界B引起的斥力效應(yīng)為：</p><p>　　其值為負(fù)且隨單調(diào)遞減.</p><p>　　吸引力，行人有時(shí)會(huì)被其他人(朋友、街頭藝術(shù)表演者等)或物體(如視窗、顯示屏等)吸引，在地點(diǎn)的吸引效應(yīng)可用與斥力效應(yīng)相似的單調(diào)遞增勢(shì)函數(shù)表示為：</p><p>　　式中：=—為行人與吸引點(diǎn)的位置矢量差。吸引力與行人之間相互作用力的不同之處：前者的作用范圍

55、大于后者，且前者隨時(shí)間興趣的減少而減少，直到0。吸引力有助于形成行人群體(與分子間作用力相似)。雖然實(shí)際情況中存在吸引力，但吸引力在模型中不是必須的，大多數(shù)模擬中即使忽略吸引力，仍能模擬出較為真實(shí)的行人現(xiàn)象。</p><p>　　社會(huì)力模型模型用如下方程組表示。</p><p>　　式中：為行人的質(zhì)量;為當(dāng)前環(huán)境下的喜愛(ài)速度;為行人所受到的合力，其表達(dá)式右側(cè)第一項(xiàng)為驅(qū)動(dòng)力，第二項(xiàng)為行人與其

56、他行人作用力的合力，第三項(xiàng)為行人與邊界或障礙物作用力的合力，第四項(xiàng)為吸引力的合力；ξ為隨機(jī)變量，在模型中代表不確定的行人行為。</p><p>　　社會(huì)力模型從人群中個(gè)體受力方面入手，運(yùn)用數(shù)學(xué)解析公式表達(dá)了行人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，實(shí)踐證明其能夠模擬很多行人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和自組織現(xiàn)象且模型中的變量所代表的物理意義是可以計(jì)算的,但其只是過(guò)分簡(jiǎn)單地把行人的運(yùn)動(dòng)分為幾個(gè)力的作用結(jié)果，用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)生活中的行人復(fù)雜系統(tǒng)顯然還是不夠的,對(duì)

57、于避免碰撞的描述還不是很成熟。</p><p><b>　　2.2.3磁力模型</b></p><p>　　磁力模型中行人和障礙物被賦予正極,而行人的目的地被賦予負(fù)極。按照“同性相斥、異性吸引”,行人在引力作用下往目的地運(yùn)動(dòng),并因斥力避讓其他的行人和障礙物。此模型由作用力模型和加速度模型組成,作用力模型描述行人和磁極間的引力或斥力。</p><p&

58、gt;　　其中,F表示行人所受的磁力向量;k為常數(shù);q1表示行人的磁強(qiáng)度;q2表示的磁極的磁強(qiáng)度;r為行人和磁極間的距離;為連接行人和磁極的向量。</p><p>　　加速度模型描述行人走行路線沖突時(shí),通過(guò)加速度向量改變其運(yùn)動(dòng)方向,以避免與他人碰撞。</p><p>　　其中,V為行人A當(dāng)前速度,α為行人A原運(yùn)動(dòng)方向與行人A、B間連線的夾角,β為行人A改變后的運(yùn)動(dòng)方向與行人A、B間連線的夾

59、角。</p><p>　　磁力模型比較簡(jiǎn)單且容易理解,不足之處在于模型中參數(shù)的設(shè)定缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)且難以驗(yàn)證。</p><p>　　表2-4典型行人運(yùn)動(dòng)仿真模型對(duì)比</p><p>　　上述的3種模型都是通過(guò)運(yùn)用行人交通動(dòng)力學(xué)理論來(lái)研究行人規(guī)律性特征。所有的模型都在一定程度上描述了行人運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，體現(xiàn)出行人運(yùn)動(dòng)規(guī)律。每個(gè)模型都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)：元胞自動(dòng)機(jī)模型應(yīng)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)概

60、率方法，在時(shí)間、空間和狀態(tài)變量都是離散的，這使其計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)動(dòng)方面較容易實(shí)現(xiàn)，且能夠體現(xiàn)出行人的運(yùn)動(dòng)特征，但其只對(duì)最鄰近人的相互作用，未能真實(shí)地反映行人系統(tǒng)復(fù)雜的情況。社會(huì)力模型優(yōu)點(diǎn)在于描述行人運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)的真實(shí)性，能夠體現(xiàn)人群運(yùn)動(dòng)的自組織現(xiàn)象，但該模型計(jì)算量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。磁力模型簡(jiǎn)潔明了，讓人很好理解且計(jì)算機(jī)很好實(shí)現(xiàn)，它沒(méi)有利用人群密度和速度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，減少這方面誤差，但其標(biāo)定和準(zhǔn)確性驗(yàn)證困難。</p><p>

61、　　2.3 行人運(yùn)動(dòng)仿真軟件</p><p>　　行人交通仿真商業(yè)軟件是快速建模的有效工具,如Legion、Steps、AnyLogic、SimWalk、Nomad、SimPed、Pedroute /Paxport、Simulex、Micro-PedSim、Exodus、EvacSim、Evacnet等,但大多數(shù)僅限于模擬人群疏散。本文選擇能模擬正常人流和疏散人流的微觀仿真軟件,主要有Legion、Steps、A

62、nyLogic和SimWalk(德國(guó)PTV公司推出的Vissim行人仿真模塊也具備類(lèi)似功能),研究如何利用這些軟件實(shí)現(xiàn)行人交通微觀仿真。</p><p>　　2.3.1 Legion軟件</p><p>　　Legion的早期版本由G.K.Still開(kāi)發(fā),采用了元胞自動(dòng)機(jī)模型,后來(lái)由英國(guó)的Legion公司研發(fā)。Legion由Model Builder、Simulator和Analyser三

63、個(gè)模塊組成,能夠一步一步地仿真行人步行運(yùn)動(dòng),并考慮了行人相互間的作用和與周?chē)h(huán)境中障礙物之間的作用。每位行人被模擬成一個(gè)二維實(shí)體,通過(guò)尋找具有最小化可感知的目標(biāo)費(fèi)用函數(shù)的下一步,使每個(gè)實(shí)體朝目的地移動(dòng),該費(fèi)用為3部分的加權(quán)平均,即不便性(Inconvenience)、挫折(Frustration)和不舒適性(Discomfort)。實(shí)體試圖最小化可感知的組合費(fèi)用,能自行學(xué)習(xí)并調(diào)整不便性、挫折和不舒適性的權(quán)重,以適應(yīng)周?chē)h(huán)境(允許空間、幾

64、何形狀、密度、他人的速度)。實(shí)體能夠區(qū)分同方向移動(dòng)的行人和交叉流動(dòng)的行人,能與相鄰的實(shí)體通信。實(shí)體的參數(shù)隨著行人的類(lèi)別(通勤者、旅游者等)、地域(歐洲、中國(guó)等)和地點(diǎn)(室內(nèi)、室外、人行道、扶梯等)不同,需要依據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行設(shè)置和標(biāo)定,包括實(shí)體的物理半徑、喜好的自由速度、行人的橫向擺動(dòng)位移、行人空間要素、服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)等。</p><p>　　Legion輸出人流密度、步行時(shí)間、疏散時(shí)間、步行速度、排隊(duì)長(zhǎng)度等數(shù)據(jù),也

65、可輸出行人活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的人流密度分布和最大密度的持續(xù)時(shí)間分布、空間利用率等直觀圖形,支持圖形、數(shù)據(jù)、圖表的輸出。如將仿真中的行人位置數(shù)據(jù)保存為XML文件,可被車(chē)輛微觀仿真軟件Aimsun讀取,實(shí)現(xiàn)行人和車(chē)輛的混合仿真。</p><p>　　2.3.2 STEPS軟件</p><p>　　STEPS由英國(guó)的MottMacDonald公司研發(fā),也是采用基于實(shí)體的方法和元胞自動(dòng)機(jī)模型。每個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)體

66、被假定有如下基本屬性:自由步行速度、對(duì)環(huán)境的熟悉、耐性、類(lèi)似家庭成員間的聯(lián)合、疏散情況下的預(yù)先運(yùn)動(dòng)時(shí)間,人群(或個(gè)人)按照假定統(tǒng)計(jì)分布被賦予上述屬性。驅(qū)使人群運(yùn)動(dòng)的機(jī)制是每個(gè)個(gè)體以自由步行速度運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)目標(biāo)的愿望,花費(fèi)最短時(shí)間且不與其他行人和障礙物碰撞。</p><p>　　STEPS提供2種運(yùn)行模式:正常模式和疏散模式。在正常模式下,實(shí)體為了到達(dá)目標(biāo)沿不同路線行進(jìn),出口和檢查點(diǎn)將被賦予標(biāo)識(shí),當(dāng)實(shí)體被加入模型時(shí)

67、得到初始標(biāo)識(shí),向著有相同標(biāo)識(shí)的出口或檢查點(diǎn)移動(dòng),直到通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)出口離開(kāi)模擬環(huán)境。在疏散模式下,實(shí)體在其所在的平面尋找可用的出口并向離各自最近的出口運(yùn)動(dòng),其個(gè)體行為規(guī)則和屬性將修改,不使用檢查點(diǎn)和標(biāo)識(shí)。</p><p>　　STEPS還能與ANSYS CFX流體動(dòng)力學(xué)分析軟件連接,導(dǎo)入煙氣仿真數(shù)據(jù),研究疏散模式下煙氣等有毒物質(zhì)對(duì)行人疏散速度的影響。STEPS支持在AutoCAD(DXF格式)底圖的基礎(chǔ)上創(chuàng)建空間模

68、型,提供CSV格式的輸出數(shù)據(jù)文件,包含人流量、人群密度、所使用的出口、空間利用率等。此外,提供交互式三維可視化圖形輸出,可以直觀地瀏覽三維模型和從不同視角觀察人的運(yùn)動(dòng),還可導(dǎo)3DStudioMax模型以增強(qiáng)效果。其交互式二維可視化圖形輸出使用帶顏色的等值線圖來(lái)描述面和面的局部信息,評(píng)價(jià)指標(biāo)包括人群密度、Fruin服務(wù)水平和利用水平。還可輸出AVI格式的動(dòng)畫(huà)和JPG、TIFF、PNG、BMP格式的圖片。</p><p&

69、gt;　　2.3.3 SimWalk軟件</p><p>　　SimWalk由瑞士Savannah SimulationsAG公司研發(fā),主要包括繪圖模塊Simdraw和仿真與分析模塊SimWalk。它采用基于主體(Agent-based)的技術(shù),每個(gè)主體代表一位具有特定目的地、步行速度和避免擁擠的行人,核心算法是基于社會(huì)力模型的勢(shì)場(chǎng)算法(PotentialFieldAlgorithm)。在勢(shì)場(chǎng)中,行人將會(huì)朝具有最

70、低勢(shì)的區(qū)域運(yùn)動(dòng),行走方向和速度取決于3種力。第1種力描述勢(shì)場(chǎng)使行人向目的地運(yùn)動(dòng);第2種力描述行人間的相互作用,使得行人避免碰撞并與他人保持適當(dāng)距離;第3種力使得行人不與障礙物碰撞并與之保持適當(dāng)距離。計(jì)算出勢(shì)場(chǎng)后,主體就能算出當(dāng)前所處位置和目的地之間的優(yōu)化行走路線,行走路線主要由目的地、路徑上與其他行人和障礙物的作用、其他行人和物體的位置決定。在仿真過(guò)程中,所有主體將進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算,根據(jù)上述的3種力計(jì)算出下一時(shí)間步的速度和方向,并進(jìn)行4

71、種檢驗(yàn)。(1)邊界檢驗(yàn):檢驗(yàn)主體位置處于勢(shì)場(chǎng)邊界內(nèi); (2)可見(jiàn)性檢驗(yàn):檢驗(yàn)沒(méi)有障礙物和墻阻擋行進(jìn); (3)物體壓力檢驗(yàn):檢驗(yàn)沒(méi)有墻和障礙物在檢測(cè)半徑內(nèi); (4)行人壓力檢驗(yàn):檢驗(yàn)無(wú)其他行人位于檢測(cè)半徑內(nèi)。</p><p>　　模型建立中,先運(yùn)用Simdraw建立包含步行空間的建筑布局平面,軟件支持AutoCAD的底圖上創(chuàng)建。然后,建立行走路線和步行行為并設(shè)置仿真全局參數(shù),需創(chuàng)建行人行走的起始點(diǎn)(區(qū))、退出點(diǎn)(區(qū)

72、)、等待點(diǎn)(區(qū))、延誤區(qū)、樓梯、電梯、自動(dòng)扶梯、計(jì)數(shù)器和人群屬性并定義相應(yīng)參數(shù),通過(guò)“Configuration”菜單設(shè)置影響全局的仿真運(yùn)行參數(shù),如時(shí)間步長(zhǎng)、勢(shì)單元尺寸、密度單元尺寸、物體范圍、相互作用范圍、壓力因子和服務(wù)水平等。SimWalk提供4種顯示模式,即主體顯示(行人顯示為圓點(diǎn))、跡線顯示(顯示行人的跡線和速度),密度顯示(顯示服務(wù)水平)、負(fù)荷度顯示(顯示區(qū)域?yàn)樾腥说睦鄯e利用情況)。此外,提供多種文本和圖形統(tǒng)計(jì)輸出,包括截圖和

73、動(dòng)畫(huà)、事件統(tǒng)計(jì)、個(gè)體統(tǒng)計(jì)(起終點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間、距離、速度等)、人群統(tǒng)計(jì)、出口統(tǒng)計(jì)等。</p><p>　　2.3.4 AnyLogic軟件</p><p>　　AnyLogic是俄羅斯XJTechnologies公司研發(fā)的復(fù)雜系統(tǒng)仿真軟件,由基礎(chǔ)仿真平臺(tái)和企業(yè)庫(kù)等組成,行人仿真主要依靠其行人庫(kù)實(shí)現(xiàn),核心算法為社會(huì)力模型。用戶從模板庫(kù)中將所需對(duì)象拖拉到工作空間中,再定義這些對(duì)象的屬性和相互間的

74、關(guān)系,使建模過(guò)程變得直觀快捷。行人庫(kù)的對(duì)象分為全局參數(shù)設(shè)置對(duì)象PedConfiguration、環(huán)境對(duì)象、行人對(duì)象和人群對(duì)象。AnyLogic中的行人仿真建模包括環(huán)境建立、創(chuàng)建行為流程圖、運(yùn)行仿真和結(jié)果分析幾個(gè)步驟。環(huán)境包括墻、不同的區(qū)域、服務(wù)、隊(duì)列等,要?jiǎng)?chuàng)建環(huán)境對(duì)象,需使用動(dòng)畫(huà)編輯器繪制布局圖或?qū)雸D片作為布局圖,再加入對(duì)應(yīng)的庫(kù)對(duì)象并設(shè)置屬性。常用的環(huán)境對(duì)象有:表示不同樓層的PedFloor、定義收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)區(qū)域的PedAreaSta

75、ts、改變步行速度區(qū)域的PedAreaChangeSpeed、限制進(jìn)入?yún)^(qū)域的PedAreaRestricted、表示等待區(qū)域的PedAreaWaiting、表示服務(wù)形式PedShapeService。</p><p>　　行人行為使用流程圖的方式定義,從行人庫(kù)中拖動(dòng)對(duì)象到工作空間中并設(shè)置屬性,然后將多個(gè)對(duì)象連接在一起。常用的行人對(duì)象有:生成行人的PedSource、將行人移出系統(tǒng)的PedSink、行人進(jìn)入的Ped

76、Enter、行人退出的PedExit、行人轉(zhuǎn)向的PedGoTo、行人變換樓層的PedChangeFloor、行人等待的PedWait、定義服務(wù)點(diǎn)位置及隊(duì)列的PedServiceQ。常用的人群對(duì)象有:人群產(chǎn)生的PedGroupSource、人群集中的PedGroupAssemble、人群解散PedGroupDissolve。</p><p>　　AnyLogic可輸出動(dòng)畫(huà)和行人數(shù)目、平均密度、停留時(shí)間等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。運(yùn)

77、用AnyLogic行人庫(kù)中的各種對(duì)象,結(jié)合企業(yè)庫(kù)對(duì)象,可解決復(fù)雜的行人仿真建模。相比專(zhuān)門(mén)的行人仿真軟件, AnyLogic具有開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu),支持基于主體的建模和二次開(kāi)發(fā),能與其他軟件及用Java語(yǔ)言或其他語(yǔ)言編寫(xiě)的自定義模塊協(xié)同工作,為行人交通仿真建模提供更大的靈活性。</p><p>　　表2-5軟件技術(shù)性能對(duì)比</p><p>　　以上四款微觀仿真軟件同時(shí)支持正常情況和疏散情況下復(fù)

78、雜的行人運(yùn)動(dòng)行為,其核心是元胞自動(dòng)機(jī)模型或社會(huì)力模型,輸入建筑布局圖和數(shù)據(jù),對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和標(biāo)定,可輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)和圖形以作深入分析。</p><p>　　第3章 行人空間特性與步行速度影響因素</p><p>　　在整個(gè)行人人群運(yùn)動(dòng)中，人是最基本的個(gè)體。每一個(gè)個(gè)體的行為特性都會(huì)影響著人群的行為特性。行人的空間占有特性是指行人對(duì)空間的需求特性。在研究人群行為特性時(shí)，首先需要對(duì)每個(gè)個(gè)體在各

79、種狀態(tài)下的行為進(jìn)行分析研究。行人空間需求是私人空間需求,具有私密性和領(lǐng)域性,分為行人靜態(tài)空間需求、動(dòng)態(tài)空間需求和攜帶行李的時(shí)的空間需求。</p><p>　　3.1行人靜態(tài)空間需求</p><p>　　人在靜止不動(dòng)時(shí)速度為零，只是占據(jù)一定的幾何空間，包括行人身體本身所占用的空間和行人為與周邊人或障礙物保持一定距離而需要的舒適安全距離，</p><p><b&g

80、t;　　3.1.1身體尺寸</b></p><p>　　可以用人體俯視考慮個(gè)體本身所占空間大小。個(gè)體的占地面積由其方向上的最大生理尺寸決定，通常使用肩寬b 和身體厚度d 來(lái)決定。為了簡(jiǎn)便計(jì)算，通常將個(gè)體抽象成橢圓形，具體下圖所示。</p><p>　　圖3-1靜態(tài)人體橢圓形模型</p><p>　　由上圖的幾何尺寸可知，個(gè)體占地面積Sp()可分別表示為：

81、</p><p>　　由于世界各地人體的生理尺寸并不相同，因此會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)個(gè)體占據(jù)空間不同。通過(guò)查閱資料，得出不同地區(qū)人群生理尺寸的數(shù)據(jù)，如下表所示：</p><p>　　表3-1各個(gè)地區(qū)人體生理尺寸</p><p>　　從上表資料中，不同地域的人擁有不同的人體生理尺寸，參照我國(guó)成年人靜止運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的人體尺寸，可計(jì)算擁擠密度的最大上限。因此在研究人群擁擠狀態(tài)時(shí)行人個(gè)

82、體尺寸研究特別重要。</p><p>　　3.1.2 舒適安全距離</p><p>　　舒適安全距離,是指行人避免與其他行人和建筑物接觸和碰撞,而保持的必要的身體和心理兩方面的舒適和安全距離、邊界距離。行人在行進(jìn)過(guò)程中一般都會(huì)與其周邊環(huán)境保持一定的距離,此現(xiàn)象在環(huán)境心理學(xué)中被稱(chēng)為“邊界效應(yīng)”,這個(gè)距離的最小值稱(chēng)為邊界距離。避讓距離指行人走行時(shí),對(duì)其它行人和建筑物做出避讓反應(yīng)的最遠(yuǎn)距離,即避

83、讓反應(yīng)半徑,實(shí)質(zhì)為作用力范圍。進(jìn)入避讓距離的其它行人和建筑物若影響到行人的走行,則行人需要調(diào)整自己的步速和行走方向,實(shí)施避讓行為,從而保持自己的舒適安全距離和行走區(qū)域。</p><p>　　舒適安全距離可分為行人與行人之間的舒適安全距離(人際距離)和行人與建筑物之間的舒適安全距離(邊界距離)。兩種舒適安全距離距離都與行人的匆忙程度和所處的交通環(huán)境有關(guān)。行人走路越著急,所需的舒適安全距離越小。行人不論是靜止還是走行

84、,都需要舒適安全距離,但所需距離可能不同,隨走行的情況不同而改變。行人與建筑物之間舒適安全距離還取決于建筑物類(lèi)型及其材質(zhì)、樣式,和行人運(yùn)動(dòng)的自由度。</p><p>　　行人之間的舒適安全距離,也叫人際距離,除了與行人匆忙程度和交通環(huán)境有關(guān)外,還與民族和文化背景、年齡、性別、個(gè)人空間的方向和大小、個(gè)人習(xí)慣和職業(yè)、人與人之間的親密關(guān)系、周?chē)说囊路麧嵍鹊纫蛩赜嘘P(guān)。</p><p><

85、b>　　民族和文化背景</b></p><p>　　英美人選擇較大的個(gè)人空間需求,美國(guó)人把周?chē)?.7米的地方,視為他的私人空間。而阿拉伯人則喜歡較近的人際距離。</p><p>　　個(gè)人空間的方向和大小</p><p>　　一般來(lái)說(shuō),個(gè)人的前方的個(gè)人空間較大,兩側(cè)最小,后方較小。例如,擁擠時(shí),陌生男女可以側(cè)肩相抵,或背靠背,絕少面對(duì)面。</p

86、><p><b>　　性別</b></p><p>　　男女之間距離一般會(huì)大于同性間,但也有特殊情況,如男女之間是夫妻或戀愛(ài)關(guān)系。</p><p>　　人與人之間的親密關(guān)系</p><p>　　同伴之間的舒適安全距離會(huì)小于陌生人之間,夫妻和戀人間的人際距離小于普通人之間的距離。</p><p>　　3

87、.2行人動(dòng)態(tài)空間需求</p><p>　　對(duì)于運(yùn)動(dòng)起來(lái)的個(gè)體所需要的空間研究，需要綜合考慮各個(gè)方面的影響因素。主要包括步行運(yùn)動(dòng)區(qū)、步行感知區(qū)域和反應(yīng)區(qū)域三個(gè)部分。動(dòng)態(tài)個(gè)體的行走速度、步幅、個(gè)體所占空間都與靜態(tài)個(gè)體不同。</p><p>　　圖3-1行人運(yùn)動(dòng)空間示意圖</p><p>　　步行運(yùn)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度主要是步幅和腳的長(zhǎng)度。根據(jù)國(guó)內(nèi)已有的調(diào)查資料,男性步幅平均66.

88、6cm，女性步幅平均為60.6cm。步行運(yùn)動(dòng)區(qū)的寬度比靜態(tài)空間需求的寬度稍微大些。</p><p>　　步行感知區(qū)域,是指通常情況下,行人完全能感知到正前方行走的另一個(gè)行人,對(duì)他進(jìn)行完全觀察的距離內(nèi)的區(qū)域。該距離約為1.8—2.lm,在此距離以外,行人視覺(jué)才感到舒服,以正常速度行走,雙方才不會(huì)產(chǎn)生碰撞。步行感知區(qū)域?qū)嶋H就是行人間的走行安全距離。</p><p>　　反應(yīng)區(qū)域是指行人以常速行

89、走時(shí),會(huì)影響到行人走行和判斷的前方范圍。行人會(huì)注意和觀察反應(yīng)區(qū)域里的行人和建筑物,以便能夠適時(shí)的采取避讓行為。這個(gè)區(qū)域長(zhǎng)度等于反應(yīng)時(shí)間與正常步速的乘積。</p><p>　　行人動(dòng)態(tài)空間需求包含了靜態(tài)空間需求,且一般比靜態(tài)空間需求大,所以靜態(tài)空間需求中的舒適安全距離、邊界距離、人際距離,也是行人動(dòng)態(tài)空間需求的一部分。</p><p>　　3.3攜帶行李行人的空間需求</p>

90、<p>　　當(dāng)行人攜帶有行李物品時(shí),占用的空間自然也要增加。普通的女士日用箱包、男士公文包、小型袋子等,對(duì)于行人走行影響很小,本論文對(duì)此不做考慮,只研究體積較大、重量較大、會(huì)影響行人走行速度和空間需求的行李和物品。</p><p>　　較重較大的行李按攜帶方式可分為:拉桿類(lèi)、肩背類(lèi)、提類(lèi)及其它攜帶方式的物品。在我國(guó)地鐵交通樞紐內(nèi),以雙背帶包、拉桿箱、旅行包等為主。</p><p>

91、;　　表3-2行人攜物時(shí)寬、厚維度及投影面積</p><p>　　注：取行人尺寸為0.53m×0.31m</p><p>　　如圖所示為常見(jiàn)的行人不同攜帶方式和攜帶物品時(shí),占用的寬度、厚度和投影面積情況，反映了攜帶行李行人的靜態(tài)空間需求。</p><p>　　3.4行人步速的概念</p><p>　　行人的步行速度是矢量,但一般只指

92、速率。速度的方向一般為身體正前方向,但也有例外,如當(dāng)人側(cè)身穿過(guò)或斜穿人與人或人與建筑物之間的空隙時(shí)。行人速度是一個(gè)很籠統(tǒng)的概念,可分為:期望速度、限制速度、實(shí)際速度等。從物理學(xué)的角度,行人速度又可分為:瞬時(shí)速度和平均速度。</p><p><b>　　3.4.1期望速度</b></p><p>　　就是行人在步行交通環(huán)境中,在沒(méi)有其他行人和障礙物干擾時(shí),根據(jù)物理步行設(shè)

93、施環(huán)境，自身身體素質(zhì)和出行目的等條件,期望達(dá)到的步行速度。期望速度也叫自由流速度,是個(gè)人的最大舒適度和最小的能量消耗之間的一個(gè)平衡值。一般可認(rèn)為期望速度就是行人的舒適速度。不過(guò)有例外,如行人著急趕時(shí)間時(shí),期望速度就大于舒適速度。期望速度的影響因素有物理交通環(huán)境和行人自身兩方面。不同的物理交通環(huán)境下,如平道、樓梯等,不同身體素質(zhì)的人,如男性和女性，老人和青年,期望速度不同。</p><p><b>　　3

94、.4.2實(shí)際速度</b></p><p>　　行人在具體的物理交通環(huán)境中,受周?chē)腥撕徒ㄖ锏挠绊?實(shí)際行走的速度。實(shí)際速度間于最高速度和零之間,不一定是期望速度。</p><p><b>　　3.4.3限制速度</b></p><p>　　是指受物理步行環(huán)境的限制,行人只能以此速度位移。地鐵交通樞紐內(nèi)一般只有扶梯、電梯、自動(dòng)步行道

95、等情況,限制速度就是電梯的速度。</p><p>　　3.5行人期望速度的影響因素</p><p><b>　　3.5.1年齡</b></p><p>　　年齡是影響自由流環(huán)境下行人速度的主要因素之一。目前對(duì)此影響關(guān)系的研究,都是把年齡分為老人、中年、青年、中學(xué)生、兒童等年齡段,并結(jié)合性別因素對(duì)比不同年齡段的期望速度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)差異。此類(lèi)研究都得出

96、,按照平均期望速度由快到慢依次為:青年、中年、兒童和老年人。中青年是交通樞紐內(nèi)主要組成人員。</p><p>　　北京工業(yè)大學(xué)的調(diào)查結(jié)果顯示,青年人的步行速度變化范圍是0.69m/s—2.23m/s,均值為1.34m/s;中年人的步行速度變化范圍是0.65m/s—1.98m/s,均值為1.28m/s;老年人的步行速度的變化范圍是0.58m/s一1.55m/s,均值為1.11m/s;兒童的平均期望速度為1.19m/

97、s,要高于老年人。青年和中年的速度差別不是很大,特別是青年女性和中年女性的速度相差更少。青年中,中學(xué)生的平均期望速度為1.27m/s,略高于成年人平均速度1.23m/s,處于男性和女性平均速度之間。</p><p><b>　　3.5.2性別</b></p><p>　　通常來(lái)講,成年男性比女性高大,體力和耐力強(qiáng),步幅大,且女性喜歡穿高跟鞋和涼拖,邁步輕盈距離短,所以

98、成年男性的步行期望速度和最高速度會(huì)比女性高。不同年齡段和不同物理交通環(huán)境下的男女速度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都顯示,男性的平均期望速度一般比女性高0.02—0.15m/s,速度差別在平道上較大,在樓梯上較小,下樓梯時(shí)的差異比上樓梯小。</p><p><b>　　3.5.3出行目的</b></p><p>　　城市居民的出行目的與居民的年齡、職業(yè)相關(guān),一般可分為上班、上學(xué)、回家、購(gòu)物

99、、業(yè)務(wù)、旅游和其他。對(duì)于早高峰城市地鐵交通樞紐內(nèi)行人的出行目的，上班、上學(xué)出行比重占最大，購(gòu)物、旅游所占比重其次。不同的出行目的對(duì)時(shí)間和舒適性要求不同,其期望速度會(huì)有不同。城市通勤者,攜帶物品很少,走行速度快。而長(zhǎng)途旅行者,攜帶的物品較多,導(dǎo)致速度較慢。旅游或購(gòu)物的行人,其時(shí)間要求和限制很少,攜帶物品也不多,期望速度適中。</p><p><b>　　3.5.4攜帶行李</b></p&

100、gt;<p>　　較重的行李,會(huì)增加行人的負(fù)擔(dān),使步行速度降低。對(duì)于女性，較重的手提箱包,影響非常明顯。在上下樓梯時(shí)需要把攜帶的拉桿箱提著行走,這對(duì)速度的影響也很大。</p><p>　　攜帶的行李從體積、重量、數(shù)量和攜帶方式四個(gè)方面決定了其對(duì)行人的影響。對(duì)于以中長(zhǎng)途客流為主的客運(yùn)樞紐來(lái)說(shuō),地鐵交通樞紐攜帶行李的行人的比例會(huì)較大,攜帶行李對(duì)行人速度的影響就不可以忽視。</p><

101、p><b>　　3.3.5地區(qū)差異</b></p><p>　　城市與農(nóng)村、不同國(guó)家或地區(qū),人們的期望速度有一定的差異。一般來(lái)說(shuō),城市里的人比農(nóng)村的人生活節(jié)奏快,時(shí)間觀念強(qiáng),走路步調(diào)較快,步幅較短,所以期望步速高。不同國(guó)家或地區(qū)的人,體型特征和文化生活差異大,期望步行速度不同。如東方人比西方人身材矮小,所以統(tǒng)計(jì)出的東亞國(guó)家的行人平均期望速度會(huì)比歐美要低。不同學(xué)者在不同地區(qū)的調(diào)查研究表明

102、,歐洲人的平均速度是1.41m/s,美國(guó)人是1.35m/s,澳大利亞人是1.44m/s,亞洲人是1.24m/s。主要服務(wù)于城市內(nèi)的客運(yùn)樞紐,行人主要為城市居民,地區(qū)差異不大。</p><p><b>　　3.5.6場(chǎng)地條件</b></p><p>　　地鐵交通樞紐的物理交通環(huán)境包括:平道、坡道、臺(tái)階、樓梯和彎道等。不同類(lèi)型的物理交通環(huán)境(平道、上坡、下坡、上樓梯、下樓

103、梯、扶梯、彎道等)中,行人走行速度不同。既使同一類(lèi)型的物理交通環(huán)境,建筑尺寸的不同,也會(huì)影響到行人的走行速度。</p><p><b>　　3.5.7其他因素</b></p><p>　　也有的文獻(xiàn)研究了身高和體重,認(rèn)為體重會(huì)影響人的靈活性,身高會(huì)影響人的步幅,所以會(huì)影響步行速度和加速能力。在基于動(dòng)力學(xué)的行人微觀交通仿真模型中,都把體重作為重要的參數(shù)。</p&g

104、t;<p>　　3.6行人實(shí)際速度的影響因素</p><p><b>　　3.6.1期望速度</b></p><p>　　行人在實(shí)際行走時(shí)總是希望以期望速度行走,期望速度就是行人實(shí)際速度波動(dòng)的中心或上限。高峰時(shí),處于人流前方的行人一般表現(xiàn)出快速奔走的狀態(tài),以避免混入后方的擁擠人群而影響自己速度。人群前方行人的快速行走的行為減弱了對(duì)后方人流在的大面積擁堵和

105、交織對(duì)自己出行狀態(tài)造成的影響。處于流線中部的行人,步速受限情況嚴(yán)重,采取被動(dòng)跟隨策略。所以人群中部的行人速度一致,表現(xiàn)出整體移動(dòng)的現(xiàn)象。處于流線末端的行人,較前方人流而言更能自主選擇自己的步行狀態(tài),這類(lèi)行人對(duì)時(shí)間價(jià)值的需求并不急迫,他們更注重空間環(huán)境的質(zhì)量。</p><p>　　3.6.2周?chē)腥肆髁?、密?lt;/p><p>　　在人流平峰時(shí)段時(shí),人群密度一般較低,時(shí)空環(huán)境基本能夠滿足行人活

106、動(dòng)需求,行人能夠在較大程度上地支配自身的活動(dòng)方式,受非正常情況干擾的概率較小,他們更希望以一種更舒適的方式完成自己的交通活動(dòng)。所以人流密度較低時(shí),行人更注重行走的舒適度,在和其它行人保持一定距離的基礎(chǔ)上盡可能地實(shí)現(xiàn)自己的期望速度,而高峰期的行人由于時(shí)間價(jià)值的不同和焦躁情緒的影響,并不排斥與其他人的近距離接觸。</p><p>　　目前對(duì)行人實(shí)際速度與周?chē)腥肆髁棵芏鹊年P(guān)系的定量定性研究主要有,速度一流率、速度一密