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地铁车站人行环岛改造策略
孙立山博士，北京理工大学交通工程北京重点实验室副教授（联系作者：lssun@bjut.edu.cn）
郝思源，北京理工大学交通工程重点实验室硕士研究生助理
龚庆生，硕士研究生助理，北京交通工程重点实验室，北京工业大学，北京
石秋博士，北京理工大学交通工程重点实验室助理教授
陈艳艳博士，北京理工大学交通工程重点实验室，北京，中国
在地铁站经常可以看到人流交叉。当两个或多个这样的流以正常方式彼此相遇时，就存在着进度的干扰和速度的降低。本研究透过一系列实地行人实验，探讨环形交叉口设计对交叉人流的影响。首先，研究了环形交叉口大小对不同行人交通量的影响；其次，研究了增设导向标志的效果；第三，研究了大量人流交汇的情况。结果表明，在行人交叉口设置环形交叉口，虽然减少了总的可用空间，延长了平均步行距离，但行人流的速度却增加了。实验表明，环形交叉口半径越大，速度的提高越显著，加速度的分散性越小。此外，随着行人交通量的增加，环形交叉口的作用变得更加重要。此外，在环形交叉口入口前增设引导标志，有助于规范交通方向，减少可能发生的冲突。最后，实验表明，在三条人流相交的情况下，插入环形交叉口也有好处。
1．引言
由于地铁换乘站的聚集效应，多条人流的交叉口是常见的。这些相交的人流显然会造成行人交通冲突，降低交通速度，这在组织乘客通过地铁时显然是不可取的。然而，它们实际上是不可撤销的，即使行人方案的规划和设计经过了合理的考虑，因为期望能够使用桥梁或红绿灯来分隔这些人流是不现实的，与交叉车辆交通流的情况不同。在本研究小组最近进行的一项调查中，调查的46个车站中有43个有两条人流交叉口。此外，在46个车站中，有12个车站有三条人流交叉口，5个车站有涉及三条以上人流的交叉口。
Ando等人（1988）是调查地铁站两条人流交叉的先行者。他们观察到行人以一定角度交叉的宏观行为。然而，交叉人流的特征大多是基于过去的定性观测或模拟研究（Helbing，1996、1998；Helbing和Molnar，1998）。一些研究人员指出，当不同方向的人流相交时，可能会形成不稳定的环形交叉口交通，这看起来像设置在行人交叉口位置的虚拟环形交叉口（Duparcmeur等人，1995年；Helbing，1997年；Molnar，1996年）。与实际环形交叉口相比，不同之处在于环形行人流的旋转方向是交替的（Helbing等人，2001）。尽管环形交叉口周围的交通必须绕行一小段路，但发现必要减速和停车的频率会降低，从而大大减少了冲突的可能性（Ando等人，1988年；Helbing和Molnar，1998年）。此外，还对环形交叉口的样式（例如，涡轮环形交叉口、花卉环形交叉口或目标环形交叉口）进行了研究（Mauro，2010；Tollazzi等人，2015a，2015b）。为了稳定环形交叉口交通，Helbing等人（2001）提议在交叉路口中间安装一根柱子或种植一棵树用来抑制交叉路口区域内的“垂直”或“水平”运动阶段。通过计算机模拟，行人流的通行速度效率提高了13%。
自组织现象为行人研究提供了另一关注点。人们广泛观察到行人与人流交叉处条纹形成的自组织现象（Ando等人，1988年；Dzubella和Loacute;wen，2002年；Hoogendoorn和Daamen，2005年；Hoogendoorn和Piet，2003年；Usher和Strawderman，2008年）。行人条纹，就像高速公路上的车道一样，是一种隔离现象。当来自两个不同方向的行人流相交时，在同一方向行驶的行人变成了条状分布（Dzubella和Loacute;wen，2002）。在同一条带内，行人的行走速度和行进方向通常是相同的（Hoogendoorn和Piet，2003）。事实上，当交角为90°时，条纹形成现象更加明显（Hoogendoorn和Daamen，2005）。基于条纹形成现象，假设在交叉点处提供圆形障碍物形成更明显和连贯的条纹，并且发现圆形障碍物在提高运动效率方面优于方形障碍物和无障碍物（Helbing等人，2005）。
对文献的回顾表明，在交叉口插入环形交叉口将有利于交通，因此应予以鼓励。然而，现有的研究大多是基于理论研究或计算机模拟，既不能验证也不能反映现实世界中行人行为的特点。为了获得交叉人流的更多定量特征，行人实验是一种广泛使用的方法（Guo等人，2010；Helbing等人，2005；W ong等人，2010；Xie等人，2013）。在郭等人的研究中。（2010）分析了两条相交人流的速度和密度。利用两个相交流的通过时间来分析自组织效应（Helbing等人，2005）。在涉及两条人流的控制实验中，提取速度、密度和流量等宏观参数来校准双向人流模型（W ong 等人，2010；Xie 等人.，2013）。
在本研究中，我们利用一系列的行人实地实验，探讨增设一个环形交叉路口的可行性及效果。下一节给出了方法，然后将论文的其余部分分为四个部分。第3节研究了环形交叉口设置对行人流的影响。第四节评价了环形交叉口交通指路标志的功能。先前的研究随后扩展到第5节中的三流交叉口。最后，提出了一些结论和建议。
2方法
2015年4月17日下午，在北京工业大学的一个院子里进行了一系列的行人实验。实验场景是根据图1所示的方案建立的。为了模拟两条相交的人流，两个出入口以及被设计好，考虑到地铁的布局，从北京理工大学招收了50名健康大学生进行实验。
（a）
（b） （c）
Table 1. Comparison of experiment and real environment
参与者的数量足以进行几个不同的实验。考虑到学生之间的任何熟识都可能导致产生有偏见的实验结果，参与者是从不同的班级和部门中挑选出来的。参与者年龄从18岁到25岁不等。不同颜色的帽子被用来区分不同的溪流。如图1（a）所示，为了在不受任何启动延迟影响的情况下获得正常流量，绘制了距离每个入口1.5 m的启动线。为了自动分析行人的行为，在实验区上方20米的高度放置了一台数码相机。数码相机的分辨率是1920？1080像素，捕获速率为30帧/秒，足以记录行人行为（Sun等人，2014）。现场实验场景（实验视频截图）如图1（b）和1（c）所示。
作为一种数据处理工具，本研究使用SIMI Motion（一种使用新算法处理视频片段的软件应用）进行运动捕捉（Sun等人，2014）。行人被贴上了SIMI运动软件的标签。每0.2s用SIMI运动自动捕捉每个行人的位置（x，y）；输出还包括速度、时间、加速度等。在进行正式实验之前，我们进行了三个实验，比较实验中行人流量与地铁实际行人流量之间行人特征因子的一致性。使用SIMI Motion分析了一个真实的地铁走廊的视频片段，该走廊有交叉的行人流。根据这些地铁视频获得的交通量/行人数量进行了试验。对通过时间、速度和加速度三个因素进行单因素方差分析（方差分析，plt;0.05为显著性差异，pgt;0.05为无显著性差异），其显著性见表1。本研究以第一人进入实验区至最后一人走出实验区的总时间为经过时间。结果表明实验与真实世界的地铁走廊没有明显的不同。这一发现表明，实验可以模拟真实世界的情景。
3. 环形交叉口设置对人流影响的研究
3.1行人实验设计
本节旨在研究不同环形交叉口设计对交叉行人流的影响。探讨了三个方面：（a）环形交叉口的存在是否对交织流有影响，如果有，影响是什么；（b）环形交叉口的大小对交叉行人流的影响；以及（c）环形交叉口在不同行人流量下的性能。因此，研究了行人交通量和环形交叉口大小的不同组合。
根据运输研究委员会（TRB）的运输合作研究计划（TCRP）报告100，运输能力和服务质量手册，标准单向通道容量为5000（人/小时）/m（单位（p/h）/m，本文其余部分使用）（Kittelsonamp;Associates等人，2003）。在这项研究中，由于任何潜在的冲突可能会因交通量的不同而有所不同，所以我们调查了三个等级的行人交通量：4000（p/h）/m、5000（p/h）/m和6000（p/h）/m，这表明分别有六、七和八个实验参与者被随机分配到一排。实验流量比为1:1。基于这一假设，设计了半径为0.5 m、1.0 m和1.5 m的环形交叉口，如图2所示。因此，总共设计了12个方案，并进行了分析实验，如表2所示。
3.2数据分析
3.2.1步行距离和过境时间
对每个场景进行了三次步行实验，并从中提取了平均值。表3显示了不同交通量和环形交叉口设置组合下的平均步行距离和交通时间。研究发现，对于相同大小的环形交叉口，不同交通量下的平均步行距离变化不大，说明行人流量对路径选择几乎没有影响。然而，随着环形交叉口尺寸的增大，平均步行距离增大。这是显而易见的，因为行人必须绕着环形交叉路口走才能到达目的地。环形交叉口越大，绕行距离越大，因此总步行距离也越大。至于过境时间，“不绕行”方案与不同大小的绕行方案之间的比较值得关注。当环形交叉口半径为0.5m时，运动路径的变化对传输距离的影响很小，因此，传输时间的变化很小。在三种不同的体积下，观察到最大2s的变化。当环形交叉口半径增加到1.0 m时，平均传输时间下降约3-4 s，与无环形交叉口情况相比，下降约15%。然而，当环形交叉口的半径增加到1.5m时，步行距离最大，传输时间小于或与未添加环形交叉口的情况相同。这一观察结果表明，一个大的环形交叉路口对交叉河流的步行有一定的积极影响。总的来说，虽然插入环形交叉口时步行距离增加，但通过时间减少。从而提高了整个人流的通行效率。还应注意的是，由于每个实验中的行人数量是相同的，因此随着行人交通量的增加，通过时间减少
3.2.2速度
表4列出了不同行人交通量下速度的描述性统计数据。与没有环形交叉口的情况相比，环形交叉口的安装会导致行人速度的增加和所有交通量的速度标准差的降低。这种现象表明设置环形交叉口可以改善交通状况。在交通量相同的情况下，随着环形交叉口半径的增大，平均速度和中间速度增大，标准差减小。然而，这一观察结果并不支持这样的结论：环形交叉口越大，步行条件越好。环形交叉口的大小不能无限大，应取决于交叉口面积的大小。
为了研究不同交通量下环形交叉口大小对行人速度的影响，图3分析了平均速度的增长率。可见，实验交通量越大，车速增长率越大。很明显，6000（p/h）/m的行人平均速度增长率明显高于其他行人交通量。
3.2.3加速度
频繁的加速和减速是车辆交通中的危险因素之一；在行人交通中也是不可取的（Hediyeh等人，2012）。提取加速度数据，研究环形交叉口设置对车速变化的影响。图4显示了不同交通量和环形交叉口安装的行人加速度分布。很明显，在安装环形交叉口后，所有交通量的加速度分布更加集中。这说明安装环形交叉口可以有效地减少加速度变化的发生。
总之，环形交叉口的安装有利于交叉交通。然而，改进取决于环形交叉口的大小。在本研究所使用的三种大小的环形交叉口中，半径为1.5m的最大环形交叉口显示了最佳的总体交通状况（交通时间没有显著增加，但速度较高，加速度较小）。此外，在最大实验行人交通量（6000（p/h）/m）时，速度的改善最为显著。
4. 交通指路标志效果评价
4.1行人实验设计
环形交叉路口安装好后，行人可以顺时针或逆时针方向绕着它走。在公路法规中，环形交叉口只允许单向行驶。在环形交叉路口前安装有引导标志，以引导驾驶员。这项研究还介绍了环形交叉口行人管理的引导标识。根据中国的法律和习俗，汽车和行人应该在大道的右侧行驶。因此，在环形交叉路口前安装了指示用户逆时针方向的标牌（图5）。另外还进行了一项实验，观察交通标志的效果。实验中，行人流量为5000（p/h）/m，环形交叉口半径为1.0 m。
4.2数据分析
将新实验（如表5所示）得出的速度、加速度、步行距离和通过时间与方案3b得出的速度、加速度、步行距离和通过时间进行比较。图6显示了两个实验的步行轨迹。每条线代表一个行人的行走轨迹。梯度是根据速度给出的，并用符号表示，其中实心圆表示最低速度，而开放方格表示最高速度（见键）。速度可以表示行人交通流之间的冲突程度。速度越低，冲突就越严重。总体而言，低速位置主要分布在交叉口及交叉口前，特别是行人交通冲突最严重的区域。
交通指路标志的步行距离明显增加了5.70%。从图6可以看出，几乎所有的行人都是逆时针方向行走，这导致一些行人绕道而行。但是，与没有引导标志的场景相比，传输时间减少了14.28%。平均速度提高3.25%，标准偏差降低26.70%。在加速方面，在有迹象的情况下，可观察到标准偏差减少12.20%。所有这些参数都表明，引导标识对提高环形交叉口的交通效率起着积极的作用。
特别是，如图6所示的冲突点值得注意。没有交通标志的指引，行人会选择在环行路向左转或向右转。两个流的进入和合并冲突是显著的。行人通过对交通标志的反应，向同一方向行走。消除了进入时的双向冲突，减少了合并冲突。综上所述，通过实验研究，我们观察到增加辅助引导标识的益处。
5.三个相交流的情况
5.1行人实验设计
三流交叉口是一种较为复杂的交通现象。在本节中，我们将介绍另外三个实验，研究环形交叉口对这三个车流交叉口的影响。
实验场景如图7所示。除出入口改为3个外，其余设计均与双流交叉口相同。设计了三个对比实验：第一个（方案5a）是一个没有环形交叉口的三流交叉口；第二个（方案5b）是一个有环形交叉口的三流交叉口；最后一个（方案5c）包括环形交叉口和交通引导标志。实验中，行人流量为5000（p/h）/m，环形交叉口半径为1.0 m。
5.2数据分析 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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