摘 要

人行横道是行人事故频发点，为了对行人过街行为特征进行研究，本文利用视频采集方法对武汉市和平大道-建设二路交叉口处行人进行实地调查，研究行人的交通特性，分析得到行人过街的影响因素。并在社会力基础理论的基础上对不同影响因素产生的虚拟力进行分析建模，标定模型中的关键参数。基于空间分流的思想提出行人过街的改善方案，使用基于社会力模型的仿真软件Anylogic对行人过街场景进行仿真，同时使用行人过街通行时间作为评价指标，对不同改善方案进行比较分析，得到不同改善方案的优缺点，不仅可为行人通行效率以及行人交通安全评价等问题的解决提供理论基础，也可以为交通管理控制和交通设施设计提供指导意见，有针对性的提出管理和控制方法，保障行人的过街安全与通行效率。

关键词：行人过街；行人行为特性；社会力模型；行人仿真

Abstract

There is too much traffic accidents at the pedestrian crossing, to investigate the behavior characteristics of pedestrian crossing, this paper conducted a survey of the Pedestrian on the Intersection between Peace Avenue and the second Jian She road in Wuhan by Video Capture Technique. Then the data was analyzed to get the traffic characteristics of pedestrian and the influence factor of pedestrian crossing. At the same time, combining social force theory, this paper established several virtual force models of pedestrians crossing, and figures the key parameters in model. Meanwhile, the paper proposed an improvement program for the pedestrian crossing by separating the commuters and the non-motor vehicle from space, and made a simulation model by Anylogic Software, which use the pedestrian traffic time as the evaluation index. At last, the model was operated to analyze the characteristics of different improvement program. This research not only provide basic theory for increasing pedestrian traffic efficiency and solving the traffic safety evaluation problems , and also provide guidance for the design of traffic management and traffic facilities, protecting the safety and traffic efficiency of pedestrians crossing.

Key Words: Pedestrian crossing; Pedestrian behavior characteristics；Social force model; Pedestrian simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的和意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.3.1社会力模型简述 2

1.3.2国外研究现状 2

1.3.3国内研究现状 3

1.4研究内容和技术路线 4

1.4.1主要研究内容 4

1.4.2研究技术路线 4

第2章 过街行人行为特性分析 7

2.1过街行人行为主要特点 7

3.1.1适应性 7

2.1.2生理性 7

2.1.3动态性 7

2.1.4关联性 8

2.2行人过街调查及数据分析 8

2.2.1调查方法与方案 8

2.2.2调查结果 9

2.2.3调查结论 11

2.3本章小结 12

第3章 基于社会力的行人过街模型 13

3.1机动车影响因素 13

3.1.1机动车对行人作用力强度 13

3.1.2机动车对行人作用力半径 14

3.1.3机动车与行人冲突条件判定 16

3.1.4机动车对行人的虚拟作用力 17

3.2信号控制影响因素 17

3.2.1红灯时期 17

3.2.2绿灯时期 18

3.2.3绿闪时期 18

3.3非机动车影响因素 19

3.3.1非机动车交通空间需求 19

3.3.2非机动车交通服务水平 19

3.3.3非机动车与行人相互作用力 19

3.4本章小结 20

第4章 行人过街改善方案设计及仿真分析 21

4.1行人过街改善方案 21

4.2行人过街仿真分析 22

4.2.1Anylogic简介 22

4.2.2仿真流程 22

4.2.3仿真结果 25

4.3本章小结 27

第5章 结论与展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1研究背景

随着我国社会和经济的发展，城市交通机动化进程不断加快，机动车出行比例迅猛增加，因此在过去的几十年里，城市交通管理本着“以车为本”的理念，在解决交通问题时主要考虑的是机动车的通行效率，处处以车辆通行为优先，大量挤占行人的出行空间，使得行人与机动车的矛盾增加，行人在道路上时刻要担心来自机动车的安全威胁，严重影响到行人的人身安全。但是步行仍然是城市居民出行的主要方式之一，据统计，在过去 20 年中，上海市的步行交通比例从过去占出行总量的41.3%下降到 2004 年的 29.2%，仍将占据相当比例。现阶段我国各个城市居民的步行出行量基本都在出行总量的 20%以上，兰州更是高达50%以上^[1]。各种各样的公共场所如车站、行人通道、过街天桥、交通枢纽等处行人拥堵现象屡见不鲜,导致行人出行不便,出行延误较长,出行安全性降低。尤其是正在发展中的公交系统与城市轨道交通系统需要通过步行来衔接，步行交通能够有效解决公共交通系统中“最后一公里”的问题。近年来，在“以人为本”的设计理念下，行人出行的安全、效率、舒适度等都是处理交通问题的重要考虑因素，慢行交通规划与设计也开始成为研究热点，力求引导居民采用“步行 公交”、“自行车 公交”的出行方式来缓解交通拥堵现状，减少汽车尾气污染，从而营造舒适、安全、便捷、清洁、宁静的城市环境。

1.2研究目的和意义

由于步行涉及的空间分布广泛,其出行特征呈现出多样化特点。而行人过街作为行人交通系统中的重要组成部分，最容易受到来自机动车和非机动车的干扰，以致行人过街处是行人事故的频发点。当行人在过街过程中不仅会受到机动车的干扰，行人自身的社会经历与性格特征、交通设施等都会对行人的行为决策造成影响，而其中的许多影响因素难以量化，对行人研究造成了极大的阻力。目前的交叉口信号配时只考虑人行横道长度，行人速度也采用固定值，却没有考虑在行人自身特征与外部环境对行人过街速度的影响，然而经研究发现，行人过街中不仅受到左右转机动车的干扰，导致行人需要减速甚至停顿来避让机动车，而且行人的年龄、性别等均会影响到行人的过街速度。因此，本文在社会力理论的基础上，建立合理有效的行人过街仿真模型，对行人过街行为进行仿真分析，研究得到行人过街的基本特征，标定基于社会力的行人过街模型参数，健全行人交通特性理论，不仅可为行人通行效率以及行人交通安全评价等问题的解决提供理论基础，也可以为交通管理控制和交通设施设计提供指导意见，有针对性的提出管理和控制方法，保障行人的过街安全与通行效率。

1.3国内外研究现状

1.3.1社会力模型简述

近年来，人们开始认识到保护行人交通安全的重要性，许多学者和专家对行人交通行为特性进行了研究，由于设计实地实验对行人进行研究难度较大，仿真模型因为可操作性强和花费较少，学者们主要通过对行人运动进行仿真建模来分析行人的交通运行规律，其中具有代表性的模型有磁力模型 、气体格子模型 、排队论模型 、元胞自动机模型和社会力模型等^[2]，而其中的社会力模型尤其成为人们关注的热点。

Lewin1951年在《field theory in social science：selected theoretical papers》—书中首次提出社会力概念，其后， Helbing等发展了这一概念^[3]，于1995年首次提出社会力模型，为研究个体行人行走的动态特性和行人相互作用的理论描述提供了新的方法^[4]。社会力模型基于牛顿动力学原理，它把每个行人看作受力的个体，对行人进行受力分析，行人受到的社会力主要包括行人受到的自驱动力、行人间相互作用力、行人与障碍物间相互作用力^[5],通过对行人的合力分析可得到行人的速度、加速度和位置等信息，然后通过这些信息来再现行人运动轨迹；此外社会力模型能很好地模拟一些行人流现象，如“快既是慢”，分层现象，膨胀现象等各类自组织现象。

1.3.2国外研究现状

由于社会力模型的优点突出,吸引了大量学者对社会力模型进行学习和改进。国外学者对于社会力模型的研究成果颇多,除了对模型基本参数验证和修订,还加入了行人预测机制、吸引物干扰、绕行障碍物、主动避让、同伴群等因素,对原有模型进行改进。