工学生交通特性分析与交通组织方案设计以教学楼内部为例
目录
1 引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内外研究背景 1
1.3研究的基本内容和方法 3
2 行人交通特性分析 4
2.1 不同行人类型的特性分析 4
2.2 行人宏观特性分析 6
2.3 行人微观特性分析 9
3 室内行人交通仿真 10
3.1 行人仿真软件介绍及选择 10
3.2 行人交通仿真步骤 11
4 教学楼内学生特性分析 12
4.1调查方案 12
4.2基于视频的学生微观特性分析 13
4.3基于视频的学生宏观特性分析 15
5 教学楼内学生行为仿真 17
5.1 学生交通量调查 17
5.2 学生行为仿真实现 18
5.3 学生行为仿真结果分析 24
6 教学楼内学生交通组织方案优化与设计 27
6.1 学生交通优化方案设计 27
6.2 学生交通优化方案评价 29
结论 30
致谢 31
参考文献 32
1 2 引言
1.1课题研究背景
人是社会活动的主体，同时也就是交通系统的主体。人出行的方式有很多，例如步行、汽车、火车、飞机和轮船等等。其中步行交通是人们最基本的出行方法，是其他出行方式所无法代替的。出门步行是一种最基本的出行方式，行走的服务水平的高低是评价人们的生活质量[1]的重要指标之一。在校园教学楼内部，楼梯、走廊等各类设施都需要满足行走的需要，学生基本用步行的方式在教学楼内活动，活动的质量由行走的服务水平来决定。
在人们每天出行的时候， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
机动车拥堵基本每天都在发生，严重影响人们的日常出行。另一方面，行人设施中行人流的拥堵也是有发生，行人的交通拥堵会延误人们出行，而当行人处于拥挤的环境中是，拥堵甚至可能出现安全事故。
行人交通流与机动车交通流特性的不同主要表现在以下几个方面：首先机动车交通流理论发展较早，比行人交通流理论[2]成熟；然后在现实中，机动车基本都是单向行驶，而行人交通则较为复杂，有相向和对向两种情况；最后行人在行走时比机动车在行驶时更容易受到主观情绪、习惯的影响。
从国内外的经验教训看来，行人流密度过大造成的拥挤是在封闭环境发生安全事故的重要因素。行走空间密度的增大降低了行人行走的舒适度，使得突发事件发生的概率和安全风险提高。在行人空间密度过高时，行人突然受到外部冲击干扰下或遇到其他特殊情况时突然加速或者加速，就会使得人群发生拥挤产生混乱，而混乱的发生就会提高人员之间踩踏事件出现的概率。如果发生了踩踏，行人的安全就会受到威胁。而如果想要减少甚至避免这类事件的出现，我们就要学会分析行人的交通特性，采取相应的各种措施来应对。
1.2国内外研究背景
1.2.1国外研究背景
早在1958年[3]，国外就有人开始对行人交通流进行了研究。那时候行人交通流的研究者受到当时条件的限制一般只能通过摄像和实际观察等的方式从宏观角度对行人交通流进行研究评价[4]，这些研究成果是行人交通流理论的基石。1985年以后，计算机应用程序的出现给对行人交通流的研究带来了行的发展。行人交通流的研究人员通过建立模型的方式开始从宏观角度深入到微观角度来进行深入研究。而到了1990年之后，更多的人开始对行人流微观模型进行研究，主要包括：Michael Sehreckenberg、Vietor Blue、DirkHelbing、 Serge P.Hoogendoorn 、Takashi Nagatani等人，他们的研究成果对现在依然有着深远的影响。
德国的Michael Schreckenberg[5]从行人交通微观层次出发利用仿真模拟的方法来研究观察行人交通特性。他所研究出来的成果已经开发成商业化的产品。此外，全球唯一一个专门用于行人交通研究的PED国际会议也是经由他首倡举办的。
美国的Victor Blue及J.L.Adler[6]是最早利用元胞自动机模型的方式来研究行人交通流特性。他通过仿真软件来仿真模拟行人单向交通流以及双向交通流甚至是混合交通流，分析得到了这几种情况下的行人的速度和密度之间、流量和密度之间、流量和速度之间的关系图。
德国的DirkHelbing[7]在行人仿真领域做出了重大的贡献。如今的基于动力学的社会力模型就是由他最早提出的。相比于之前的模型，这个模型的创新之处就是能够运用动力学来描述行人行走的社会性，同时可以模拟出行人行走时发生的自组织现象。
荷兰的Serge P. Hoogendoorn[8]研究了单向行人交通流、双向行人交通流以及瓶颈行人交通流的基本参数之间的关系和基本特性。他通过这方面的大量实验创建了行人NOMAD模型，并将模型应用到了实际的规划设计之中取得了非常好的效果。
日本的Takashi Nagatani[9]通过分析速度、不舒适度、延误等微观行人流的交通特性，从而分析出这些参数之间的关系。此外，他还通过格子气模型对行人双向流中的拥挤时会变向的现象进行了仿真研究。
1.2.2国内研究背景
相对于国外早在1980年就对研究分析了行人交通流特性，国内对行人交通流特性的研究起步比较晚，但是到了现在国内的研究已经达到国际水平。这离不开国内交通领域的高校研究人员对行人流的相关特性进行的深入的研究。
北京工业大学的史建港[10]对行人在大型活动中各个地方的交通特性进行了研究。对于大型建筑活动中的行人流，他通过仿真模拟出了大型活动中各个地方的行人交通流模型，同时还通过对中国人的行走习惯和遇到拥挤时的心理特征，提出了依据服务水平来划分等级的方法，并通过利用Logit模型仿真找出了多种影响行人行为的因素。
香港理工大学的Lam[11]等人采集了香港多个场所的速度、密度、流量等行人交通特性数据，得到了不同条件下行人的最大流量、自由行走速度及最大行走速度等数据和这些参数之间的基本关系图；同时通过分析交叉口信号控制人行道的双向行人流，研究了行人流量与步行速度之间的基本关系。
北京交通大学的岳昊[12]建立了适用于多种复杂情况下行人流行走的元胞自动机模型，复杂情况主要包括相向行人流、对向行人流以及90°夹角行人流等。通过分析比较这些模型和得到的参数，他得到了流量、密度和速度特征参数。除此之外，他创建的元胞自动机模型还能模拟行人的疏散，分析比较了疏散行人流在有障碍和无障碍时不同的反应。
1.3研究的基本内容和方法
本论文主要研究内容如下：
第一章为引言，主要阐述了论文研究的国内外背景、意义，分析了目前的研究现状，提出了论文的整体结构。
第二章为行人交通特性分析。首先分析了不同类型行人的特性，主要根据性别、出行方式、年龄、性格、性格特征、出行目的等的不同来进行分析。然后再分别从宏观层次和微观层次分析行人流的交通特性。
第三章为室内行人交通仿真。首先对几款主流的行人仿真软件进行介绍，并说明选择anylogic软件的原因及其优势。然后介绍Anylogic仿真软件的仿真流程。
1 引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内外研究背景 1
1.3研究的基本内容和方法 3
2 行人交通特性分析 4
2.1 不同行人类型的特性分析 4
2.2 行人宏观特性分析 6
2.3 行人微观特性分析 9
3 室内行人交通仿真 10
3.1 行人仿真软件介绍及选择 10
3.2 行人交通仿真步骤 11
4 教学楼内学生特性分析 12
4.1调查方案 12
4.2基于视频的学生微观特性分析 13
4.3基于视频的学生宏观特性分析 15
5 教学楼内学生行为仿真 17
5.1 学生交通量调查 17
5.2 学生行为仿真实现 18
5.3 学生行为仿真结果分析 24
6 教学楼内学生交通组织方案优化与设计 27
6.1 学生交通优化方案设计 27
6.2 学生交通优化方案评价 29
结论 30
致谢 31
参考文献 32
1 2 引言
1.1课题研究背景
人是社会活动的主体，同时也就是交通系统的主体。人出行的方式有很多，例如步行、汽车、火车、飞机和轮船等等。其中步行交通是人们最基本的出行方法，是其他出行方式所无法代替的。出门步行是一种最基本的出行方式，行走的服务水平的高低是评价人们的生活质量[1]的重要指标之一。在校园教学楼内部，楼梯、走廊等各类设施都需要满足行走的需要，学生基本用步行的方式在教学楼内活动，活动的质量由行走的服务水平来决定。
在人们每天出行的时候， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
机动车拥堵基本每天都在发生，严重影响人们的日常出行。另一方面，行人设施中行人流的拥堵也是有发生，行人的交通拥堵会延误人们出行，而当行人处于拥挤的环境中是，拥堵甚至可能出现安全事故。
行人交通流与机动车交通流特性的不同主要表现在以下几个方面：首先机动车交通流理论发展较早，比行人交通流理论[2]成熟；然后在现实中，机动车基本都是单向行驶，而行人交通则较为复杂，有相向和对向两种情况；最后行人在行走时比机动车在行驶时更容易受到主观情绪、习惯的影响。
从国内外的经验教训看来，行人流密度过大造成的拥挤是在封闭环境发生安全事故的重要因素。行走空间密度的增大降低了行人行走的舒适度，使得突发事件发生的概率和安全风险提高。在行人空间密度过高时，行人突然受到外部冲击干扰下或遇到其他特殊情况时突然加速或者加速，就会使得人群发生拥挤产生混乱，而混乱的发生就会提高人员之间踩踏事件出现的概率。如果发生了踩踏，行人的安全就会受到威胁。而如果想要减少甚至避免这类事件的出现，我们就要学会分析行人的交通特性，采取相应的各种措施来应对。
1.2国内外研究背景
1.2.1国外研究背景
早在1958年[3]，国外就有人开始对行人交通流进行了研究。那时候行人交通流的研究者受到当时条件的限制一般只能通过摄像和实际观察等的方式从宏观角度对行人交通流进行研究评价[4]，这些研究成果是行人交通流理论的基石。1985年以后，计算机应用程序的出现给对行人交通流的研究带来了行的发展。行人交通流的研究人员通过建立模型的方式开始从宏观角度深入到微观角度来进行深入研究。而到了1990年之后，更多的人开始对行人流微观模型进行研究，主要包括：Michael Sehreckenberg、Vietor Blue、DirkHelbing、 Serge P.Hoogendoorn 、Takashi Nagatani等人，他们的研究成果对现在依然有着深远的影响。
德国的Michael Schreckenberg[5]从行人交通微观层次出发利用仿真模拟的方法来研究观察行人交通特性。他所研究出来的成果已经开发成商业化的产品。此外，全球唯一一个专门用于行人交通研究的PED国际会议也是经由他首倡举办的。
美国的Victor Blue及J.L.Adler[6]是最早利用元胞自动机模型的方式来研究行人交通流特性。他通过仿真软件来仿真模拟行人单向交通流以及双向交通流甚至是混合交通流，分析得到了这几种情况下的行人的速度和密度之间、流量和密度之间、流量和速度之间的关系图。
德国的DirkHelbing[7]在行人仿真领域做出了重大的贡献。如今的基于动力学的社会力模型就是由他最早提出的。相比于之前的模型，这个模型的创新之处就是能够运用动力学来描述行人行走的社会性，同时可以模拟出行人行走时发生的自组织现象。
荷兰的Serge P. Hoogendoorn[8]研究了单向行人交通流、双向行人交通流以及瓶颈行人交通流的基本参数之间的关系和基本特性。他通过这方面的大量实验创建了行人NOMAD模型，并将模型应用到了实际的规划设计之中取得了非常好的效果。
日本的Takashi Nagatani[9]通过分析速度、不舒适度、延误等微观行人流的交通特性，从而分析出这些参数之间的关系。此外，他还通过格子气模型对行人双向流中的拥挤时会变向的现象进行了仿真研究。
1.2.2国内研究背景
相对于国外早在1980年就对研究分析了行人交通流特性，国内对行人交通流特性的研究起步比较晚，但是到了现在国内的研究已经达到国际水平。这离不开国内交通领域的高校研究人员对行人流的相关特性进行的深入的研究。
北京工业大学的史建港[10]对行人在大型活动中各个地方的交通特性进行了研究。对于大型建筑活动中的行人流，他通过仿真模拟出了大型活动中各个地方的行人交通流模型，同时还通过对中国人的行走习惯和遇到拥挤时的心理特征，提出了依据服务水平来划分等级的方法，并通过利用Logit模型仿真找出了多种影响行人行为的因素。
香港理工大学的Lam[11]等人采集了香港多个场所的速度、密度、流量等行人交通特性数据，得到了不同条件下行人的最大流量、自由行走速度及最大行走速度等数据和这些参数之间的基本关系图；同时通过分析交叉口信号控制人行道的双向行人流，研究了行人流量与步行速度之间的基本关系。
北京交通大学的岳昊[12]建立了适用于多种复杂情况下行人流行走的元胞自动机模型，复杂情况主要包括相向行人流、对向行人流以及90°夹角行人流等。通过分析比较这些模型和得到的参数，他得到了流量、密度和速度特征参数。除此之外，他创建的元胞自动机模型还能模拟行人的疏散，分析比较了疏散行人流在有障碍和无障碍时不同的反应。
1.3研究的基本内容和方法
本论文主要研究内容如下：
第一章为引言，主要阐述了论文研究的国内外背景、意义，分析了目前的研究现状，提出了论文的整体结构。
第二章为行人交通特性分析。首先分析了不同类型行人的特性，主要根据性别、出行方式、年龄、性格、性格特征、出行目的等的不同来进行分析。然后再分别从宏观层次和微观层次分析行人流的交通特性。
第三章为室内行人交通仿真。首先对几款主流的行人仿真软件进行介绍，并说明选择anylogic软件的原因及其优势。然后介绍Anylogic仿真软件的仿真流程。
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