【正文】 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 。 處于流線中部的行人 ,步速受限情況嚴(yán)重 ,采取被動跟隨策略 。 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 。 在基于動力學(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) 。 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 。 北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 25 場地條件 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 。 不同學(xué)者在不同地區(qū)的調(diào)查研究表明 ,歐洲人的平均速度是 ,美國人是 ,澳大利亞人是 ,亞洲人是 。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 。 地區(qū)差異 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 。 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 。 對于女性 ， 較重的手提箱包 ,影響非常明顯 。 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 。 城市通勤者 ,攜帶物品很少 ,走行速度快 。 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(xué)出行比重 占 最大 ，購物、旅游所占 比重 其次。 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 ,男性的平均期望速度一般比女性高 — ,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 。 青年中 ,中學(xué)生的平均期望速度為 ,略高于成年人平均速度 ,處于男性和女性平均速度之間 。兒童北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 24 的平均期望速度為 ,要高于老年人 。中年人的步行速度變化范圍是 — ,均值為。 中青年是 交通樞紐內(nèi) 主要組成人員 。 目前對此影響關(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)合性別因素對比不同年齡段的期望速度統(tǒng)計數(shù)據(jù)差異 。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 。 實際速度間于最高速度和零之間 ,不一定是期望速度 。 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 。 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 。 從物理學(xué)的角度 ,行人速度又可分為 :瞬時速度和平均速度 。 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)身穿過或斜穿人與人或人與建筑物之間的空隙時 。 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（ 2m ） 單手提一大件行李 雙手提兩大件行李 攜帶拉桿箱 注：取行人尺寸為 北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 23 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 。 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 。 攜帶行李行人的空間需求 當(dāng)行人攜帶有行李物品時 ,占用的空間自然也要增加 。 這個區(qū)域長度等于反應(yīng)時間與正常步速的乘積 。 反應(yīng)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 。 該距離約為 — ,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 。 步行運動區(qū)的寬度比靜態(tài)空間需求的寬度稍北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 22 微大些 。 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 。主要包括 步行運動區(qū) 、步行感知區(qū)域和反應(yīng) 區(qū)域 三個部分。 （ 4） 人與人之間的親密關(guān)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 。 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。 而阿拉伯人則喜歡較近的人際距離 。 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)北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 21 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(xí)慣和職業(yè) 、人與人之間的親密關(guān)系 、 周圍人的衣服整潔度等因素有關(guān) 。 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 。 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) 。 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 ,實施避讓行為 ,從而保持自己的舒適安全距離和行走區(qū)域 。 行人在行進(jìn)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(xué)中被稱為 “ 邊界效應(yīng) ” ,這個距離的最小值稱為邊界距離 。 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。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 ： 北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 20 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。為了簡便計算，通常將個體抽象成橢圓形，具體下圖所示。 行人 靜 態(tài)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 ， 身體尺寸 可以用人體俯視考慮個體 本身 所占 空間大小。 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(jìn)行分析研究 。每一個個體的行為特性都會影響著人群的行為特性。 不能 SimWalk 基于社會力模型的勢場模型 建筑空間布局 ,仿真全局參數(shù) ,創(chuàng)建起始點 (區(qū) )、退出點 (區(qū) )、等待點 (區(qū) )等對象并定義參數(shù) 四種顯示模式 ,截圖和動畫、事件統(tǒng)計、個體統(tǒng)計、人群統(tǒng)計、出口統(tǒng)計等 不能 AnyLogic 社會力模型 創(chuàng)建環(huán)境對象并設(shè)置屬性 ,創(chuàng)建行為流程圖并設(shè)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(fù)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(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。相比專門的行人仿真軟件 , AnyLogic 具有開放式的體系結(jié)構(gòu) ,支持基于主體的建模和二次開發(fā) ,能與其他軟件及用 Java 語言或其他語言編寫的自定義模塊協(xié)同工作 ,為行人交通仿真建模提供更大的靈活性。 AnyLogic 可輸出動畫和行人數(shù)目、平均密度、停留時間等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。常用的行人對象有 :生成行人的 PedSource、將行人移出系統(tǒng)的 PedSink、行人進(jìn)入的 PedEnter、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)點位置及隊列的PedServiceQ。常用的環(huán)境對象有 :表示不同樓層的 PedFloor、定義收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)區(qū)域的 PedAreaStats、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。 AnyLogic 中的行人仿真建模包括環(huán)境建立、創(chuàng)建行為流程圖、運行仿真和結(jié)果分析幾個步驟。用戶從模板庫中將所需對象拖拉到工作空間中 ,再定義這些對象的屬性和相互間的關(guān)系 ,使建模過程變得直觀快捷。此外 ,提供多種文本和圖形統(tǒng)計輸出 ,包括截圖和動畫、事件統(tǒng)計、個體統(tǒng)計 (起終點、持續(xù)時間、距離、速度等 )、人群統(tǒng)計、出口統(tǒng)計等。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 (區(qū) )、退出點 (區(qū) )、等待點 (區(qū) )、延誤區(qū)、樓梯、電梯、自動扶梯、計數(shù)器和人群屬性并定義相應(yīng)參數(shù) ,通過 “ Configuration” 菜單設(shè)置影響全局的仿真運行參數(shù) ,如時間步長、勢單元尺寸、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。 (4)行人壓力檢驗 :檢驗無其他行人位于檢測半徑內(nèi)。 (2)可見性檢驗 :檢驗沒有障礙物和墻阻擋行進(jìn) 。在仿真過程中 ,所有主體將進(jìn)行循環(huán)迭代計算 ,根據(jù)北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 17 上述的 3種力計算出下一時間步的速度和方向 ,并進(jìn)行 4種檢驗。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。第 1 種力描述勢場使行人向目的地運動 。它采用基于主體 (Agentbased)的技術(shù) ,每個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力模型的勢場算法 (PotentialFieldAlgorithm)。還可輸出 AVI 格式的動畫和 JPG、 TIFF、PNG、 BMP 格式的圖片。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動 ,還可導(dǎo) 3DStudioMax 模型以增強效果。 STEPS 還能與 ANSYS CFX 流體動力學(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)對行人疏散速度的影響。在正常模式下 ,實體為了到達(dá)目標(biāo)沿不同路線行進(jìn) ,出口和檢查點將被賦予標(biāo)識 ,當(dāng)實體被加入模型時得到初始標(biāo)識 ,向著有相同標(biāo)識的出口或檢查點移動 ,直到通過一個系統(tǒng)出口離開模擬環(huán)境。驅(qū)使人群運動的機制是每個個體以自由步 行速度運動到下一個目標(biāo)的愿望 ,花費最短時間且不與其他行人和障礙物碰撞。 STEPS 軟件 STEPS 由英國的 MottMacDonald 公司研發(fā) ,也是采用基于實體的方法和元胞自動機模型。 Legion 輸出人流密度、步行時間、疏散時間、步行速度、排隊長度等數(shù)據(jù) ,也可輸出行人活動區(qū)域內(nèi)的人流 密度分布和最大密度的持續(xù)時間分布、空間利用率等直觀圖形 ,支持圖形、數(shù)據(jù)、圖表的輸出。實體能夠區(qū)分同方向移動的行人和交叉流動的行人 ,能與相鄰的實體通信。每位行人被模擬成一個二維實體 ,通過尋找具有最小化可感知的目標(biāo)費用函數(shù)的下一步 ,使每個實體朝目的地移動 ,該費用為 3 部分的加權(quán)平均 ,即不便性(Inconvenience)、挫折 (Frustration)和不舒適性 (Disfort)。 Legion 軟件 Legion 的早期版本 由 開發(fā) ,采用了元胞自動機模型 ,后來由英國的Legion 公司研發(fā)。 行人 運動仿真軟件 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、 MicroPedSim、 Exodus、EvacSim、 Evaet 等 ,但大多數(shù)僅限于模擬人群疏散。社會力模型優(yōu)點在于描述行人運動較強的真實性，能夠體現(xiàn)人群運動的自組織現(xiàn)象，但該模型計算量大，計算時間長。所有的模型都在一定程度上描述了行人運動現(xiàn)象，體現(xiàn)出行人運動規(guī)律。 磁力模型比較簡單且容易理 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)且難以驗證。 加速度模型描述行人走行路線沖突時 ,通過加速度向量改變其運動方向 ,以避免與他人碰撞。r為行人和磁極間的距離 。q1表示行人的磁強度 。 123kq qFrr? 其中 ,F表示行人所受 的磁力向量 。按照 “ 同性相斥、異性吸引 ” ,行人在引力作用下往目的地運動 ,并因斥力避讓其他的行人和障礙物。 社會力模型從人群中個體受力方面入手，運用數(shù)學(xué)解析公式表達(dá)了行人的運動過程，實踐證明其能夠模擬很多行人的運動狀態(tài)和自組織現(xiàn)象且模型中的變量所代 表的北京建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 （論文 ） 14 物理意義是可以計算的 ,但其只是過分簡單地把行人的運動分為幾個力的作用結(jié)果，用來描述現(xiàn)實生活中的行人復(fù)雜系統(tǒng)顯然還是不夠的 ,對于避免碰撞的描述還不是很成熟。 ??? 為當(dāng)前環(huán)境下的喜愛速度 。 社會力模型模型用如下方程組表示。吸引力有助于形成行人群體 (與分子間作用力相似 )。邊界 B引起的斥力效應(yīng)為 ： ()rF r U r ??? ? ? ? ? ??（ ） = 其值為負(fù)且隨 )( BB rU ?? ? 單調(diào)遞減 . （ 4） 吸引力， 行人有時會被其他人 (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 ir? 的吸引效應(yīng) ataif? 可用與斥力效應(yīng)相似的單調(diào)遞增勢函數(shù)),( trW ii ?? ? 表示為 ： ( , ) W ( , )att a i a ia i a if r t r t? ? ? 式中： ir?? =?r? — ir? 為行人與