阶梯路段行人运动行为的社会力模型改进研究

摘要

21世纪以来，全球城市化建设进程明显加快，城市化水平显著提高，城市规模不断扩大，建筑的形式、功能、结构等方面逐渐趋向多元化，居民的出行活动日渐频繁且趋于集中。据不完全统计，全球平均每年有上千人因出行集聚活动中的突发事件而伤生，人群事故不仅造成人员伤亡和经济损失，还对城市建设及社会发展产生不利影响。因此保证行人出行活动的安全逐渐发展为一项社会性课题。
　　行人运动行为是影响人群活动安全的重要因素，其既存在一定的规律性，又具有很大的随机性。实施行人运动相关实验存在一定的难度，危险路段的实验就更不可能进行，因此，通常采用模型方法进行研究。社会力模型是以个体为基础建立的，考虑了行人与环境之间的动态交互，对行人运动现象的描述也更为真加真实可靠，因此，本研究中采用社会力模型对行人的运动特性进行探究。
　　阶梯路段在现代城市中越发普遍，山地城市更是随处可见。阶梯路段本身存在一定的坡度，且由数个台阶组成，行人在阶梯路段上的运动行为较平面运动更为复杂。而阶梯路段又是事故多发地带，是危险路段的重要组成部分，因此，有必要对阶梯路段行人的运动特性进行研究。
　　首先，本文从宏观和微观两个层面对行人的交通特性进行了概述。在实地调研所获得的大量数据的基础上，运用MATLAB和SPSS对数据进行分析处理，从自由速度、宏观参数特性、运动轨迹及期望速度四方面对行人自由运动特性进行了分析。分析了性别、坡度、长度等因素对速度的影响，并建立了阶梯路段“期望速度—坡度—长度”关系模型，丰富和完善了行人交通流理论体系。
　　其次，概述了社会力模型的基本原理，从模型结构及表达式的改进、相对速度的影响、运动的各向异性、需求空间分析、算法优化、参数选取及模型应用等7个方面对已有研究进行系统地回顾。对阶梯路段行人的受力情况进行了分析，在模型中加入了行人重力沿斜面的分力;并考虑台阶对行人运动的影响，对模型的部分参数值及算法进行了优化，建立了适用于阶梯路段的社会力模型。
　　最后，运用MATLAB对初始模型和改进模型进行实例仿真，并从速度与长度关系、速度与坡度关系及运动轨迹三方面对仿真效果与实际情况进行了对比，以此来验证改进模型是否合理。改进的社会力模型能够有效地描述阶梯路段行人的运动现象，可以为行人交通设施的规划和设计提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 阶梯路段行人运动特性

1．2．2 行人仿真理论及模型

1．2．3 研究现状评述

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 阶梯路段行人运动参数采集与分析

2．1 行人运动特性分析

2．1．1 行人运动微观特性

2．1．2 行人运动宏观特性

2．2 阶梯路段特性分析

2．2．1 阶梯路段

2．2．2 阶梯路段台阶建设规范

2．3 行人运动数据的采集与分析

2．3．1 采集内容

2．3．2 采集方法

2．3．3 采集步骤

2．3．4 自由运动状态识别

2．3．5 数据的处理及分析

2．4 小结

第三章 阶梯路段行人自由运动特性分析

3．1 自由速度特性

3．1．1 自由速度特性分析

3．1．2 自由速度影响因素分析

3．2 自由运动“速度-密度”特性分析

3．3 自由运动“流量-密度”特性分析

3．4 自由运动轨迹特性分析

3．5 期望速度特性

3．5．1 期望速度特性分析

3．5．2 期望速度影响因素分析

3．5．3 阶梯路段期望速度模型

3．6 小结

第四章 社会力模型及其改进研究

4．1 基本原理

4．2 模型演变

4．2．1 模型结构及表达式改进

4．2．2 相对速度影响

4．2．3 运动各向异性

4．2．4 需求空间分析

4．2．5 算法优化

4．2．6 参数选取

4．2．7 模型应用

4．3 模型演变评价

4．4 适用于阶梯路段的社会力模型改进研究

4．4．1 模型结构

4．4．2 模型算法

4．4．3 模型参数

4．5 小结

第五章 改进模型仿真应用

5．1 VISSIM仿真界面与流程

5．2 MATLAB仿真结构与流程

5．3 仿真案例

5．3．1 速度与长度关系分析

5．3．2 速度与坡度关系分析

5．3．2 运动轨迹特性分析

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果