【文章內(nèi)容簡介】 社會力模型創(chuàng)建環(huán)境對象并設置屬性,創(chuàng)建行為流程圖并設置對象屬性輸出動畫和行人數(shù)目、平均密度、停留時間等數(shù)據(jù)支持以上四款微觀仿真軟件同時支持正常情況和疏散情況下復雜的行人運動行為,其核心是元胞自動機模型或社會力模型,輸入建筑布局圖和數(shù)據(jù),對關鍵參數(shù)進行設置和標定,可輸出相應數(shù)據(jù)和圖形以作深入分析。第3章 行人空間特性與步行速度影響因素在整個行人人群運動中，人是最基本的個體。每一個個體的行為特性都會影響著人群的行為特性。行人的空間占有特性是指行人對空間的需求特性。在研究人群行為特性時，首先需要對每個個體在各種狀態(tài)下的行為進行分析研究。行人空間需求是私人空間需求,具有私密性和領域性,分為行人靜態(tài)空間需求、動態(tài)空間需求和攜帶行李的時的空間需求。人在靜止不動時速度為零，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，可以用人體俯視考慮個體本身所占空間大小。個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 來決定。為了簡便計算，通常將個體抽象成橢圓形，具體下圖所示。圖31靜態(tài)人體橢圓形模型由上圖的幾何尺寸可知，個體占地面積Sp()可分別表示為：由于世界各地人體的生理尺寸并不相同，因此會導致計算出來個體占據(jù)空間不同。通過查閱資料，得出不同地區(qū)人群生理尺寸的數(shù)據(jù)，如下表所示：表31各個地區(qū)人體生理尺寸國家性別最大肩寬（cm）身體厚度（cm）所占面積（m178。）英國（UK）男性51女性波蘭（Pol.）男性女性41日本（Japan）男性41女性中國香港（HK）男性47女性27美國（USA）男性29女性4430法國（Fr.）男性28女性47從上表資料中，不同地域的人擁有不同的人體生理尺寸，參照我國成年人靜止運動狀態(tài)的人體尺寸，可計算擁擠密度的最大上限。因此在研究人群擁擠狀態(tài)時行人個體尺寸研究特別重要。 舒適安全距離舒適安全距離,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。行人在行進過程中一般都會與其周邊環(huán)境保持一定的距離,此現(xiàn)象在環(huán)境心理學中被稱為“邊界效應”,這個距離的最小值稱為邊界距離。避讓距離指行人走行時,對其它行人和建筑物做出避讓反應的最遠距離,即避讓反應半徑,實質(zhì)為作用力范圍。進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,實施避讓行為,從而保持自己的舒適安全距離和行走區(qū)域。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。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,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型及其材質(zhì)、樣式,和行人運動的自由度。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)境有關外,還與民族和文化背景、年齡、性別、個人空間的方向和大小、個人習慣和職業(yè)、人與人之間的親密關系、周圍人的衣服整潔度等因素有關。（1） 民族和文化背景 英美人選擇較大的個人空間需求,視為他的私人空間。而阿拉伯人則喜歡較近的人際距離。（2） 個人空間的方向和大小 一般來說,個人的前方的個人空間較大,兩側(cè)最小,后方較小。例如,擁擠時,陌生男女可以側(cè)肩相抵,或背靠背,絕少面對面。（3） 性別 男女之間距離一般會大于同性間,但也有特殊情況,如男女之間是夫妻或戀愛關系。（4） 人與人之間的親密關系 同伴之間的舒適安全距離會小于陌生人之間,夫妻和戀人間的人際距離小于普通人之間的距離。對于運動起來的個體所需要的空間研究，需要綜合考慮各個方面的影響因素。主要包括步行運動區(qū)、步行感知區(qū)域和反應區(qū)域三個部分。動態(tài)個體的行走速度、步幅、個體所占空間都與靜態(tài)個體不同。圖31行人運動空間示意圖步行運動區(qū)的長度主要是步幅和腳的長度。根據(jù)國內(nèi)已有的調(diào)查資料,。步行運動區(qū)的寬度比靜態(tài)空間需求的寬度稍微大些。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行人,對他進行完全觀察的距離內(nèi)的區(qū)域。—,在此距離以外,行人視覺才感到舒服,以正常速度行走,雙方才不會產(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。反應區(qū)域是指行人以常速行走時,會影響到行人走行和判斷的前方范圍。行人會注意和觀察反應區(qū)域里的行人和建筑物,以便能夠適時的采取避讓行為。這個區(qū)域長度等于反應時間與正常步速的乘積。行人動態(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,也是行人動態(tài)空間需求的一部分。當行人攜帶有行李物品時,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,對于行人走行影響很小,本論文對此不做考慮,只研究體積較大、重量較大、會影響行人走行速度和空間需求的行李和物品。較重較大的行李按攜帶方式可分為:拉桿類、肩背類、提類及其它攜帶方式的物品。在我國地鐵交通樞紐內(nèi),以雙背帶包、拉桿箱、旅行包等為主。表32行人攜物時寬、厚維度及投影面積圖示定義寬度?（m）厚度?（m）投影（）單手提一大件行李雙手提兩大件行李攜帶拉桿箱注：如圖所示為常見的行人不同攜帶方式和攜帶物品時,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。行人的步行速度是矢量,但一般只指速率。速度的方向一般為身體正前方向,但也有例外,如當人側(cè)身穿過或斜穿人與人或人與建筑物之間的空隙時。行人速度是一個很籠統(tǒng)的概念,可分為:期望速度、限制速度、實際速度等。從物理學的角度,行人速度又可分為:瞬時速度和平均速度。就是行人在步行交通環(huán)境中,在沒有其他行人和障礙物干擾時,根據(jù)物理步行設施環(huán)境，自身身體素質(zhì)和出行目的等條件,期望達到的步行速度。期望速度也叫自由流速度,是個人的最大舒適度和最小的能量消耗之間的一個平衡值。一般可認為期望速度就是行人的舒適速度。不過有例外,如行人著急趕時間時,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。 行人在具體的物理交通環(huán)境中,受周圍行人和建筑物的影響,實際行走的速度。實際速度間于最高速度和零之間,不一定是期望速度。 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、自動步行道等情況,限制速度就是電梯的速度。年齡是影響自由流環(huán)境下行人速度的主要因素之一。目前對此影響關系的研究,都是把年齡分為老人、中年、青年、中學生、兒童等年齡段,并結(jié)合性別因素對比不同年齡段的期望速度統(tǒng)計數(shù)據(jù)差異。此類研究都得出,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。北京工業(yè)大學的調(diào)查結(jié)果顯示,—,。—,。,。,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,處于男性和女性平均速度之間。通常來講,成年男性比女性高大,體力和耐力強,步幅大,且女性喜歡穿高跟鞋和涼拖,邁步輕盈距離短,所以成年男性的步行期望速度和最高速度會比女性高。不同年齡段和不同物理交通環(huán)境下的男女速度統(tǒng)計數(shù)據(jù)都顯示,—,速度差別在平道上較大,在樓梯上較小,下樓梯時的差異比上樓梯小。城市居民的出行目的與居民的年齡、職業(yè)相關,一般可分為上班、上學、回家、購物、業(yè)務、旅游和其他。對于早高峰城市地鐵交通樞紐內(nèi)行人的出行目的，上班、上學出行比重占最大，購物、旅游所占比重其次。不同的出行目的對時間和舒適性要求不同,其期望速度會有不同。城市通勤者,攜帶物品很少,走行速度快。而長途旅行者,攜帶的物品較多,導致速度較慢。旅游或購物的行人,其時間要求和限制很少,攜帶物品也不多,期望速度適中。較重的行李,會增加行人的負擔,使步行速度降低。對于女性，較重的手提箱包,影響非常明顯。在上下樓梯時需要把攜帶的拉桿箱提著行走,這對速度的影響也很大。攜帶的行李從體積、重量、數(shù)量和攜帶方式四個方面決定了其對行人的影響。對于以中長途客流為主的客運樞紐來說,地鐵交通樞紐攜帶行李的行人的比例會較大,攜帶行李對行人速度的影響就不可以忽視。城市與農(nóng)村、不同國家或地區(qū),人們的期望速度有一定的差異。一般來說,城市里的人比農(nóng)村的人生活節(jié)奏快,時間觀念強,走路步調(diào)較快,步幅較短,所以期望步速高。不同國家或地區(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)計出的東亞國家的行人平均期望速度會比歐美要低。不同學者在不同地區(qū)的調(diào)查研究表明,。主要服務于城市內(nèi)的客運樞紐,行人主要為城市居民,地區(qū)差異不大。地鐵交通樞紐的物理交通環(huán)境包括:平道、坡道、臺階、樓梯和彎道等。不同類型的物理交通環(huán)境(平道、上坡、下坡、上樓梯、下樓梯、扶梯、彎道等)中,行人走行速度不同。既使同一類型的物理交通環(huán)境,建筑尺寸的不同,也會影響到行人的走行速度。也有的文獻研究了身高和體重,認為體重會影響人的靈活性,身高會影響人的步幅,所以會影響步行速度和加速能力。在基于動力學的行人微觀交通仿真模型中,都把體重作為重要的參數(shù)。行人在實際行走時總是希望以期望速度行走,期望速度就是行人實際速度波動的中心或上限。高峰時,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后方人流在的大面積擁堵和交織對自己出行狀態(tài)造成的影響。處于流線中部的行人,步速受限情況嚴重,采取被動跟隨策略。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),這類行人對時間價值的需求并不急迫,他們更注重空間環(huán)境的質(zhì)量。、密度在人流平峰時段時,人群密度一般較低,時空環(huán)境基本能夠滿足行人活動需求,行人能夠在較大程度上地支配自身的活動方式,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。所以人流密度較低時,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上盡可能地實現(xiàn)自己的期望速度,而高峰期的行人由于時間價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。目前對行人實際速度與周圍行人流量密度的關系的定量定性研究主要有,速度一流率、速度一密度、速度一人均空間三種角度。一般認為此類模型屬于行人流的宏觀特性研究。但由于周圍行人密度對個體行人的速度的影響非常大,所以在一些行人微觀仿真模型中,把行人密度作為個體行人實際速度決策的主要因素之一。流量q：指在單位時間里通過某一通道橫斷面的人數(shù)。流量的測量通常以每米的寬度通過多少人來計算，單位為p/ms；速度u：指行人的平均運動速度，分為兩種情況。一是時間平均速度，即行人流在某一段時間里通過某個斷面的平均速度；二是空間平均速度，即人群在某一時刻，所觀測的區(qū)域內(nèi)所有人速度的平均值；密度k：指某一時刻在某一區(qū)域的人數(shù)，常用的單位為p/。這三要素間存在以下關系： q = k?u在交通流理論中，三者之間的關系式可以用三維空間中的圖像表示出來，如圖3圖32流量、速度、密度三參數(shù)關系曲線（1）速度—密度美國通行能力手冊（HCM 2000）按照Greenshiled線性模型，得出了不同類型的行人速度—密度之間的關系，如下圖所示。圖33 速度密度關系示意圖有的研究者認為行人實際速度與人群密度的關系不是線性的,這可能是由于調(diào)查的交通環(huán)境不同造成的。但曲線大致趨勢是一致。（2）流量—速度流量—速度模型常用于評價交通運行狀況、估算服務水平。常用的流量速度模型是Greenshields的拋物線模型，它是由速度密度的線形關系推導出的，其表達式為：美國道路通行能力手冊（HCM2000）采用的行人的流量速度曲線下圖所示圖34 流量速度關系示意圖當只有少量行人時（低流量水平），空間較大，行人可采用較高的步行速度。當流量增加時，由于密度增加行人可利用空間漸小，速度下降。當行人密度達到擁擠的臨界水平時，行走變得很困難，流量和速度都會下降。（3）速度—人均空間試驗表明,,否則也不能達到正常步速。圖35速率—空間關系圖上述關系圖闡述了購物者、工人、學生和其他四類人群的步速和流量之間的關系。這些曲線表明當行人設施上行人極少時，有一個很大的空間去選擇高的行走速度。隨著流量的增加，由于人們彼此距離越來越近，相互影響顯著增大而使步速降低。當?shù)竭_不擁擠和擁擠的臨界線后，行人行動變得越發(fā)困難，流量和步速同時降低。這些曲線所反映出來的信息與我們?nèi)粘Ｉ钪锌吹降默F(xiàn)象基本類似，對于行人交通特性研究有指導意義。交叉人流、雙向人流會導致流量和速度的下降。地鐵交通樞紐內(nèi)除了進站口和售票口前,流線渠化設施較少,行人流線交織普遍,特別是客流高峰時段,人流密度高,交織區(qū)域的沖突嚴重和穿插和規(guī)避行為多,對速度的影響較大。結(jié)伴出行者,往往步調(diào)一致,速度相同,行人往往不能按照自己的期望速度行走,需要根據(jù)同伴的速度做出調(diào)整。結(jié)伴出行者中有速度較慢者,如小孩、女性,就可能會出現(xiàn)木桶效應現(xiàn)象,幾個人都以這個最慢者的速度行走。若有結(jié)伴者中有急事或習慣于快走,其他同伴可能會照顧他的感受,加快步行速度。對交通環(huán)境不熟悉的行人,往往會放慢腳步觀察環(huán)境和交通誘導信息,或駐足問路。而對環(huán)境熟悉的行人,行走時不會刻意地去觀察周圍的交通環(huán)境,