地鐵站人群規(guī)律及特征研究—以廣州地鐵為例

羅鳳霞，王光輝，杜帥楠， 王英杰，胡 成

（1. 廣州市地下鐵道總公司，廣州 510030；2.中國(guó)科學(xué)院 科技政策與管理科學(xué)研究所， 北京 100190；3. 河南大學(xué) 應(yīng)急管理研究所， 開(kāi)封 470004；4. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；5.北京市勞保保護(hù)科學(xué)研究所， 北京 100054）

隨著人口規(guī)模的不斷增加、城市范圍的不斷擴(kuò)展以及交通壓力的不斷突現(xiàn)，各大城市針對(duì)本地的基本情況，分別發(fā)展和完善相應(yīng)的城市軌道交通（地鐵）系統(tǒng)。由于地鐵具有運(yùn)行速度快、車(chē)次多、旅客運(yùn)送量大以及運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，人們將其作為工作或出行的主要交通工具之一。尤其在早高峰和晚高峰時(shí)段，地鐵站可能成為人群流量或人群密度集中的地方。本文以廣州地鐵為例，深入分析地鐵車(chē)站閘機(jī)及視頻監(jiān)控資料，挖掘地鐵車(chē)站大客流人群流動(dòng)規(guī)律，為突發(fā)事件下的應(yīng)急疏散模擬研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 密集人群流動(dòng)規(guī)律內(nèi)涵及其分析指標(biāo)界定

1.1 密集人群流動(dòng)規(guī)律的內(nèi)涵

人群流動(dòng)規(guī)律是指人群行走時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的群體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常被稱(chēng)為人行走規(guī)律、人群運(yùn)動(dòng)規(guī)律、行人運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。人群流動(dòng)規(guī)律包括宏觀規(guī)律和微觀規(guī)律。宏觀規(guī)律主要指行人集體所表現(xiàn)出來(lái)的密度、速度和流量等特征；微觀規(guī)律主要指單一行人在某段時(shí)間內(nèi)因其心理和生理因素的影響而表現(xiàn)出來(lái)的決策行為和采取的動(dòng)作[1]。盡管人的行為比較復(fù)雜，會(huì)在一定程度上表現(xiàn)出無(wú)序性，但其行走仍然可以找到一定的規(guī)律性，尤其是人群擁擠時(shí)，人的運(yùn)行互相受到其他人的影響，人群的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出一些單一個(gè)體不具備的群體特征。常見(jiàn)的人群流動(dòng)規(guī)律或現(xiàn)象包括：

（1）人群密度越大，由于身體間的相互影響，人群速度越慢。

（2）人們對(duì)于繞道或者反向運(yùn)動(dòng)表示出強(qiáng)烈的厭惡心理；行人總是與他人或公共設(shè)施邊界保持一定的距離；行人有時(shí)會(huì)重復(fù)別人的行為方式；在擁擠場(chǎng)合，人群通常會(huì)因?yàn)榭只旁斐赏茢D和驚跑，從而導(dǎo)致沖撞踐踏并引起傷亡事故等。%

（3）密集人群中雙向流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生“自動(dòng)隊(duì)列”的自組織現(xiàn)象。自組織不是提前刻意計(jì)劃、組織形成的，比如通過(guò)指示牌、法規(guī)和習(xí)慣等方式，而是一種自然現(xiàn)象。“自動(dòng)隊(duì)列”現(xiàn)象是指在雙向人流中，行走方向大致相同的行人之間形成條狀的通道，后面的行人跟隨前面的行人前進(jìn)。

（4）當(dāng)人群通過(guò)一個(gè)入口或出口處時(shí)，若有次序地行進(jìn)，可順暢流通。行進(jìn)速度愈快則流量愈大。而當(dāng)人群很擁擠時(shí)，則流量大大減少。這就是所謂的“瓶頸效應(yīng)”。

（5）整個(gè)人群同步接受到緊急撤離信息后，同步或在相近時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)行動(dòng)，當(dāng)出口的寬度限制了密集人群的流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致密集型人群移動(dòng)在出口處形成聚集，呈現(xiàn)拱形分布的特點(diǎn)，如圖1[2]。

1.2 人群流動(dòng)規(guī)律的分析指標(biāo)界定

自上世紀(jì)初期以來(lái)，密集人群流動(dòng)規(guī)律的研究逐漸成為行業(yè)的熱點(diǎn)，并為人群疏散提供理論支持。學(xué)者通過(guò)采取觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)人群流動(dòng)的基本特征進(jìn)行分析，具體包括人群組成分析、人群速度分析、人群變動(dòng)分析等[3]。常見(jiàn)的分析指標(biāo)包括如下幾種：

圖1 拱形效應(yīng)示意圖

（1）人群流動(dòng)規(guī)律：指人群行走時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的群體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（2）人群速度：指某群人在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度，單位是m/s。

（3）人群密度：指一個(gè)空間內(nèi)人群的稠密程度，一般用單位面積上人員的數(shù)量表示，單位為人/m2；

（4）人體所占的空間：從兩個(gè)涵義上表示，一個(gè)涵義是人群中個(gè)體能夠占有的空間，另一個(gè)涵義是個(gè)體行走所需的空間。

（5）人流量：通過(guò)指定區(qū)域的人數(shù)。可以是平均每分鐘的人流量，單位是人/min，也可以是某段時(shí)間內(nèi)的人流量，單位是人。

（6）人群速度方向是指?jìng)€(gè)人自由選擇的行走方向，在此基礎(chǔ)上形成的人流的速度方向，包括同向流動(dòng)型、雙向流動(dòng)型、交叉流動(dòng)型、中心聚攏型、四周發(fā)散型和散漫無(wú)序型等。

2 廣州地鐵的基本情況

廣州地鐵是廣州城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，由廣州市地下鐵道總公司負(fù)責(zé)營(yíng)運(yùn)和管理。為了研究方便，我們選取其中的兩個(gè)車(chē)站進(jìn)行重點(diǎn)研究，其中一個(gè)是換乘車(chē)站甲，另一個(gè)是非換乘車(chē)站乙。甲車(chē)站是廣州地鐵的兩條主要線路的換乘車(chē)站，客流量較大。該車(chē)站為地下3層結(jié)構(gòu)，負(fù)1層為站廳層、負(fù)2層為設(shè)備層，負(fù)3層為站臺(tái)層；甲車(chē)站共有5個(gè)出入口。乙車(chē)站為廣州地鐵主要干線支線上的一個(gè)重要車(chē)站，人流量一般較大。該車(chē)站為東西走向，車(chē)站分為地下2層，負(fù)1層為站廳層，負(fù)2層為站臺(tái)層，站臺(tái)為島式站臺(tái)，該車(chē)站有A、B、C、D共4個(gè)出入口。

3 車(chē)站人群分布特征分析

人群的年齡組成、性別組成、文化程度、職業(yè)、興趣愛(ài)好、性格、行走目的和心理等因素的差異直接或間接影響著人群速度、人群密度、安全意識(shí)和承受擁擠的能力等，進(jìn)而對(duì)人群流動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生影響。本節(jié)在簡(jiǎn)要介紹人群分布影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)廣州某地鐵站內(nèi)人群分布的基本情況進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3.1 年齡特征對(duì)速度的影響分析

年齡通常會(huì)影響人的速度，年齡在18歲～40歲的人群運(yùn)動(dòng)速度明顯高于60歲以上的老年人。老年人運(yùn)動(dòng)速度在0.6 m/s～1.2 m/s之間，相對(duì)于成年人有很大的差異；青少年運(yùn)動(dòng)速度與成年人速度相當(dāng)；性別的差異也是影響人群行走速度的主要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，男性的平均速度是1.4 m/s，而女性的平均速度是1.27 m/s。

3.2 廣州地鐵某車(chē)站的人群分布特征分析

本文選取廣州某地鐵車(chē)站，對(duì)站內(nèi)的人群組成進(jìn)行研究，主要采用二維分類(lèi)的方法，按照年齡、性別將人群分為男青年、男中年、男老年以及女青年、女中年、女老年（以30歲作為中青年的分界點(diǎn)，以50歲作為中老年的分界點(diǎn)）。在收集上述6類(lèi)乘客信息的同時(shí)，本文也分析并研究了不同時(shí)間段下這兩類(lèi)特殊人群，即攜帶行李和小孩的人群特征及比例變化情況。

（1）男、女乘客組成比例及變化趨勢(shì)分析

圖2 男、女乘客組成比例圖

從圖2可以看出，男、女乘客的比例為54%∶46%，即1.2∶1，這與廣州市男女比例大體相當(dāng)，由此也可說(shuō)明是否選擇乘坐地鐵和其性別無(wú)關(guān)。

圖3 男、女乘客比例變化圖

從圖3可以看出，男女乘客比例均在40%~60%之間波動(dòng)，在13：00以及19：00處，由于男性乘客比例較大，其人群的行走速度也會(huì)出現(xiàn)峰值，此處應(yīng)加強(qiáng)安全管理，以防事故發(fā)生。

圖4 老、中、青乘客組成比例圖

（2）老、中、青乘客組成比例及變化趨勢(shì)分析

從圖4可以看出，乘坐地鐵的乘客中，青年乘客的比例最大，達(dá)到71%，老年乘客較少。這與地鐵的出行目的有關(guān)，該換乘車(chē)站的乘客以年輕的上班族為主，中年乘客一般傾向于選擇自駕車(chē)或乘坐出租車(chē)，而老年乘客則傾向于步行或乘坐公交車(chē)。

圖5 老、中、青乘客比例變化圖

從圖5可以看出，青年乘客比例在60%~90%之間變動(dòng)，在上午9：00、13：00、17：00以及23：00處達(dá)到峰值，這是由于9：00和17：00年輕乘客上下班居多，13：00屬于大部分公司午間休息，23：00為廣州市夜生活時(shí)間，年輕乘客活動(dòng)較為頻繁，人群速度在這幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)達(dá)到峰值。

（3）攜帶行李乘客所占比例及變化趨勢(shì)分析

圖6 攜帶行李乘客在人群中比例變化圖

從圖6可以看出，攜帶行李乘客比例從7：00開(kāi)始上升，到9：00達(dá)到第一個(gè)峰值，然后持續(xù)下降至13：00，然后急劇上升，在15：00達(dá)到全天內(nèi)最高值，占人群比例為11%左右，后持續(xù)下降至17：00，接著上升至另一個(gè)峰值，到23：00接近0。

（4）攜帶小孩乘客所占比例及變化趨勢(shì)分析

圖7 攜帶小孩乘客在人群中比例變化圖

從圖7可以看出，攜帶小孩乘客比例從7：00到11：00處于較平穩(wěn)的狀態(tài)，從11：00之后開(kāi)始下降，并在13：00達(dá)到第一個(gè)低谷，后繼續(xù)上升至下午15：00，而后下降至0，接著持續(xù)上升至一天內(nèi)最高點(diǎn)，達(dá)到人群總數(shù)的10%，從峰值下降至21：00后又略微上升。

4 車(chē)站人群流動(dòng)因素分析

地鐵站內(nèi)的人群流動(dòng)內(nèi)容主要包括：人群的進(jìn)出站流量，換乘人流量和人群速度等。各類(lèi)人群流動(dòng)都具有一定的規(guī)律性，且受到多種因素的影響。本文將分別選取廣州地鐵甲車(chē)站和乙車(chē)站的數(shù)據(jù)，對(duì)人群流量特征和人群速度特征進(jìn)行分析。

4.1 人群流量特征分析

通過(guò)選取乙站的軋機(jī)數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)站全年和重大節(jié)假日期間的進(jìn)出站流量、日均客流量和典型月份進(jìn)出站流量進(jìn)行對(duì)比分析，得出不同假期的人群高峰日和低峰日以及其他人群流量規(guī)律。此外，本文將2011年7月1日和2日的人流量數(shù)據(jù)作為樣本，得出工作日和周末換乘通道的人流量變化規(guī)律。

4.1.1 單日人群流量分析

根據(jù)廣州地鐵提供的數(shù)據(jù)，本報(bào)告主要考慮4個(gè)單日的人群流量分析，分別為2010年10月1日、11月12日及12月24日，都為節(jié)日或大型體育賽事日。考慮到12月24日是周五，雖為西方節(jié)日圣誕節(jié)，但對(duì)各企事業(yè)單位仍為工作日，可以用其近似表示平時(shí)工作日乙站的人群流量。

（1）12月24日（工作日）的數(shù)據(jù)是選取當(dāng)日從00：00：00～23：59：59每15 min的83組數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)近似表示工作日期間，該站的進(jìn)出站人群流量變化趨勢(shì)。此外，鑒于某一時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)出站人流量的差值可以反映每15 min的站內(nèi)人數(shù)，如圖8。

圖8 工作日進(jìn)出站流量、總量及其差值的變化趨勢(shì)

圖8表示，在6：00之前，乙站的進(jìn)出站人群流量為全天最低，幾乎為零。7：00～9：00以及17：00～19：00，該站的進(jìn)出站流量和總流量分別出現(xiàn)兩個(gè)峰值，總流量分別達(dá)到2 339和4 233，是人群流量需要重點(diǎn)疏散的時(shí)段。

（2）分析“十一”假期該站人群流量變化趨勢(shì)，選取2010年10月1日的數(shù)據(jù)作為樣本進(jìn)行分析，具體包括當(dāng)日24：00中每15 min的79組數(shù)據(jù)。將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、整理和分析后，以折線圖的形式表示“十一”假期首日進(jìn)出站流量和總量差值的變化趨勢(shì)，如圖9。

圖9 “十一”假期首日進(jìn)出站流量、總量及其差值的變化趨勢(shì)

如圖9，“十一”假期首日6：00之前，乙站的進(jìn)出站人群流量是全天最低。各條曲線的變化趨勢(shì)顯示，上午的出站流量大于進(jìn)站流量，下午和傍晚的進(jìn)站流量大于出站流量，白天的進(jìn)出站流量一直居高不下，不存在由于上下班帶來(lái)的進(jìn)出站數(shù)量的明顯差異。

（3）廣州亞運(yùn)會(huì)期間乙站的日進(jìn)出站流量可以反映大型活動(dòng)對(duì)廣州地鐵人流量的影響。通過(guò)選取11月12日亞運(yùn)會(huì)首日的數(shù)據(jù)作為樣本，具體包括當(dāng)日每15 min取樣的89組數(shù)據(jù)。將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、整理和分析后，以折線圖的形式表示亞運(yùn)會(huì)首日乙站的進(jìn)出站流量和總量差值的變化趨勢(shì)，如圖10。

圖1 0 廣州亞運(yùn)會(huì)首日進(jìn)出站流量、總量及其差值的變化趨勢(shì)

如圖10，該站的進(jìn)出站流量在凌晨0：00出現(xiàn)一個(gè)小高峰，考慮到實(shí)際情況，可能是因?yàn)閬嗊\(yùn)會(huì)期間各國(guó)人不同的生活習(xí)慣。11月12日白天的客流量從9：00～19：00一直較高，對(duì)比亞運(yùn)會(huì)期間體育賽事的日程，可以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的深層次關(guān)系和規(guī)律。此外，全天進(jìn)出站總流量的最大值出現(xiàn)在下午15：00左右。進(jìn)出站差值曲線表示乙站內(nèi)和站臺(tái)上全天的乘客人數(shù)斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)最大值和最小值。

（4）考慮到選取的數(shù)據(jù)包括工作日、國(guó)慶節(jié)、春節(jié)以及大型體育賽事，本文將4天的進(jìn)出站數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。由于原始數(shù)據(jù)存在丟失，將每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和篩選，最終得出75組數(shù)據(jù)。圖11反映了該站在不同情況下，每日的進(jìn)出站人群流量的變化趨勢(shì)對(duì)比。

圖11 單日進(jìn)出站總量變化趨勢(shì)的對(duì)比分析

圖11反映了乙站在國(guó)慶節(jié)期間的人群流量比其他3日的流量高，春節(jié)期間的客流量比其他3日的流量低。該站的人群流量在工作日期間存在明顯的早高峰和晚高峰現(xiàn)象，其早高峰時(shí)段為上午7：00～9：00，晚高峰時(shí)段為下午1：00～19：00。此外，在大型體育賽事期間，上述組圖還反映該站白天的客流量變化趨勢(shì)不明顯。

4.1.2 節(jié)假日期間人群流量分析

上節(jié)以折線圖的形式反映該站4個(gè)特定日期的單日進(jìn)出站人群流量變化趨勢(shì)。本節(jié)將重點(diǎn)考慮國(guó)慶假期、春節(jié)以及廣州亞運(yùn)會(huì)期間的單日人流總量變化趨勢(shì)，如圖12和圖13。

圖1 2 國(guó)慶和春節(jié)期間的單日人流量對(duì)比分析

圖1 3 廣州亞運(yùn)會(huì)期間的單日人流量對(duì)比分析

圖12表示“十一”假期的單日客流高峰出現(xiàn)在假期首日，進(jìn)出站總流量約為163 578，客流量呈逐日遞減的趨勢(shì)；春節(jié)期間的單日客流高峰出現(xiàn)在春節(jié)假期的最后一天，且單日人流量相差較大。亞運(yùn)會(huì)期間的單日客流量對(duì)比分析柱形圖（圖13）反映出賽事首日的開(kāi)幕式和末日的閉幕式并非客流量的高峰日，大部分市民可能在家看直播。

4.2 人群速度特征分析

人群速度通常是指人群整體表現(xiàn)出來(lái)的速度狀態(tài)，它不是由單個(gè)人的速度決定的，而是人群在行走過(guò)程中互相影響和制約表現(xiàn)出來(lái)的一種平均速度狀態(tài)。本文將地鐵站內(nèi)的人群速度分為平地速度和上下樓梯速度，并分別對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。

4.2.1 平地速度分析

人群速度大小是表征移動(dòng)快慢的物理量。一般來(lái)說(shuō)，人員密度越大，整體移動(dòng)速度越慢。圖14顯示廣州地鐵某車(chē)站內(nèi)，不同人群平地行走的平均速度。由于男女在身高等方面的差異，行走時(shí)的步長(zhǎng)和步頻不同，行走速度也有一定的差異。

圖14 地鐵內(nèi)不同人群的平均速度比較圖

4.2.2 上下樓梯速度分析

對(duì)各類(lèi)人群在不同密集程度下的上下樓速度進(jìn)行分析，在充分考慮換乘線路的情況下，對(duì)非密集區(qū)域的上下樓梯速度進(jìn)行分析。

通過(guò)對(duì)視頻記錄中的人群上下樓梯情況進(jìn)行分類(lèi)和數(shù)據(jù)提取，將上下樓梯的人群對(duì)象分為男老年、男青年、男中年、女老年、女青年、女中年和小朋友7類(lèi)，并將各類(lèi)人群的上下樓速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各類(lèi)人群在不同密集程度下的上下樓梯速度情況，可以總結(jié)如下規(guī)律：

（1）在上下樓梯和密集程度相同的情況下，男中青年的上下樓梯速度最快，其次是女中青年，最慢的是老年人和小朋友。

（2）各類(lèi)人群的下樓速度明顯高于上樓速度，如在非密集區(qū)，男中年的下樓速度為3.09 n/s（n表示行人步行的步數(shù)），上樓速度為1.95 n/s。

（3）在上下樓情況相同的情況下，各類(lèi)人群在非密集區(qū)的速度相差較大，如在非密集區(qū)，男青年的下樓速度為3.46 n/s，男老年的下樓速度為1.29 n/s，在密集區(qū)，男青年的下樓速度為1.85 n/s，男老年的下樓速度為1.77 n/s。

同時(shí)，本文分析男性中青年上下樓梯速度的分布情況。選取男性中青年在非密集區(qū)的下樓梯速度作為樣本，分析人群上下樓梯速度的分布情況，檢驗(yàn)這些數(shù)據(jù)是否近似服從正態(tài)分布，檢驗(yàn)結(jié)果如圖15。圖15的正態(tài)P-P圖進(jìn)一步表明，男性中青年下樓梯速度的分布近似服從正態(tài)分布。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖15 速度n/s的（趨降）正態(tài)P-P圖

本文研究表明，在工作日或節(jié)假日期間，地鐵站內(nèi)的人群組成或人群流動(dòng)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。例如，工作日期間的地鐵站以青年乘客為主，存在明顯的早高峰和晚高峰時(shí)段，且晚高峰的持續(xù)時(shí)間大于早高峰；大型體育賽事會(huì)導(dǎo)致日均客流量的增多，但十一或春節(jié)期間的日均客流量相對(duì)較少，甚至低于全年日均客流量。此外，各類(lèi)人群在平地、上樓梯和下樓梯等情況下，分別具有不同的速度，且存在小孩或老年人的人群速度主要受某幾個(gè)小孩或老年人的影響。下一步的研究可以從以下幾個(gè)方面考慮：（1）通過(guò)總結(jié)影響人群組成和人群流動(dòng)的各因素，進(jìn)一步分析它們之間的交互關(guān)系，并從微觀層面上對(duì)人群流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。（2）將地鐵站內(nèi)的人群流動(dòng)規(guī)律和相應(yīng)的擁擠踩踏事件進(jìn)行有效結(jié)合，并對(duì)其發(fā)生、發(fā)展和演化機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的總結(jié)。

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