行人過街行為特性的雙層動(dòng)力學(xué)建模與仿真研究.pdf

1、在人類的歷史中，步行一直扮演著交通出行方式中開端和終端的重要角色。在“以人為本”思想的指引下，步行交通愈來愈受到交通管理者、研究者和出行者的關(guān)注。作為全部交通參與者中最易受傷害的行人群體，如何保障其在出行過程中安全是所有步行交通研究的中心點(diǎn)和重點(diǎn)。在常規(guī)情況下，行人在交通環(huán)境中最為危險(xiǎn)的情境發(fā)生于過街時(shí)，盡管有信號(hào)燈、人行橫道線和其他保護(hù)性交通設(shè)施的存在，但是，行人始終面臨著與其他交通方式的競(jìng)爭(zhēng)。若可以提高行人過街的效率，不但可以優(yōu)化交

2、通設(shè)施權(quán)屬分配，提高城市交通系統(tǒng)運(yùn)行效率，同時(shí)，也可以相應(yīng)增強(qiáng)行人過街安全性和舒適性，從根本上解決“中國(guó)式過馬路”這一管理難題?；诖?，論文以大量的、富有針對(duì)性的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析和研究行人過街行為和特性，分別對(duì)中觀行人過街決策行為和微觀行人過街運(yùn)動(dòng)行為建模，將兩個(gè)模型有機(jī)結(jié)合，從而建立可靠的行人過街行為雙層動(dòng)力學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)仿真的手段，提出行人過街設(shè)施的設(shè)計(jì)方法和步驟，在理論和實(shí)踐兩個(gè)角度對(duì)提高行人過街交通的效率、舒適性和安

3、全性都具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文從行人過街行為的現(xiàn)象入手，選用人工調(diào)查法與視頻調(diào)查法相結(jié)合的調(diào)查方法，通過對(duì)南京市4處平面交叉口的過街行人進(jìn)行調(diào)查，從宏觀與微觀兩個(gè)角度分析了行人過街行為的時(shí)空變化特性。重點(diǎn)分析過街行人流的速度、密度和流量等宏觀特性，深入探究過街行人在速度變化、方向變化、起始位置選擇等方面的微觀特性，最后總結(jié)和歸納行人過街過程中出現(xiàn)的自組織現(xiàn)象規(guī)則。研究結(jié)果顯示，過街行人到達(dá)分布服從負(fù)二項(xiàng)分布，南京市行人的理想

4、過街速度為1.34m/s。行人在過街時(shí)更傾向于保持常速狀態(tài)，少有選擇加速或減速狀態(tài)。行人進(jìn)入過街設(shè)施時(shí)更喜歡選擇中間區(qū)域的位置，而終點(diǎn)位置選擇與起點(diǎn)位置的直線偏差不會(huì)太大，同時(shí)，行人過街走行方向主要集中在80°至100°區(qū)間內(nèi)，呈現(xiàn)出行人傾向于按直線行走的特點(diǎn)。并從群體的角度歸納了行人過街行為的六項(xiàng)規(guī)則。
　　在行人過街行為特性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)過街情境下行人過街行為的理論框架，將行人過街行為劃分為戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層和操作層三個(gè)層級(jí)。

5、以O(shè)WA算子為基礎(chǔ)建立了行人過街短時(shí)路徑?jīng)Q策模型。將成對(duì)比較法與OWA算子相結(jié)合，用以解決行人過街短時(shí)路徑規(guī)劃這一多目標(biāo)決策問題。定義行人過街路徑的最小成本，確保用戶在計(jì)算每條路徑成本的過程中能夠使用多種決策策略，并且在選擇過程中允許替換路線。提出最小魯棒性路徑成本的路徑規(guī)劃算法用以解決不同決策方案下的最佳路徑選擇問題。同時(shí)，利用Matlab GUI平臺(tái)進(jìn)行了原型系統(tǒng)開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)基本特性輸入、相對(duì)權(quán)重設(shè)置以及決策策略選擇，并生成相應(yīng)的決

6、策路徑。
　　在行人過街行為特性分析和行人過街決策模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立了行人過街運(yùn)動(dòng)模型。以離散選擇模型為基礎(chǔ)，對(duì)行人過街的微觀運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行了建模。重點(diǎn)針對(duì)行人個(gè)體過街行為結(jié)構(gòu)中操作層的行為進(jìn)行了建模，包括約束和無約束兩種行為模式。約束行為模式是由于與其他個(gè)體的交互作用而產(chǎn)生的，用跟隨模式和沖突模式表示。這些模型捕獲了人群行為特征的自組織效應(yīng)。設(shè)計(jì)了比較完整的模型驗(yàn)證程序，并通過計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，用第二章數(shù)據(jù)分析結(jié)

7、果進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)保證了模型在類似的情景下表現(xiàn)良好，并且在用于預(yù)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)模型特性具有魯棒性。
　　以行人過街行為基本理論中戰(zhàn)術(shù)層和操作層的交互為切入點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)仿真的手段，將對(duì)向行人流運(yùn)行狀態(tài)區(qū)域分為起步區(qū)、波動(dòng)區(qū)以及交織區(qū)，并對(duì)狀態(tài)判別區(qū)域范圍進(jìn)行量化。引入行走負(fù)效應(yīng)概念，建立人行橫道狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)體系，提出行人交織區(qū)的三級(jí)運(yùn)行狀態(tài)，并與HCM2010手冊(cè)中人行設(shè)施分級(jí)部分進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)，研究不同人行橫道寬度與