城市青年公共交通出行者出行體能消耗定量測度及分析*

洪鑫，孟令云，安健，郭子渝

（1.北京交通大學交通運輸學院，北京 100044；2.北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；3.北京交通發展研究中心，北京 100073）

城市青年公共交通出行者出行體能消耗定量測度及分析*

洪鑫1，孟令云2，安健3，郭子渝1

（1.北京交通大學交通運輸學院，北京 100044；2.北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；3.北京交通發展研究中心，北京 100073）

出行者出行過程中的體能消耗對其出行選擇行為具有重要影響。文中綜合考慮交通方式、性別、乘車姿勢、負重情況及擁擠程度，利用正交試驗設計方法確定16種試驗場景，隨機抽取20名被試驗人員（青年），選擇北京居民出行具有代表性的OD即西直門—清河，使用Polar心律儀對出行者出行體能消耗進行定量測度，通過分析試驗數據，得出不同因素與出行體能消耗之間的定性關系，為研究出行選擇行為理論和方法提供支撐，并為改善公交服務質量和優化城市出行結構提供參考依據。

城市交通；公共交通；體能消耗；青年；出行選擇行為

出行者在出行過程中需不斷消耗體能以維持基本的生理代謝并使活動持續進行。當體能消耗達到一定程度時會感到疲勞、局部不適等，這一感受必然驅使其回避高體能消耗方案，而選擇更為輕松、舒適的出行方案。因此，出行者在出行過程中隱含的生理因素對其出行選擇行為具有重要影響。

自20世紀80年代初開始，交通運輸領域開始重視對出行者生理、心理狀態的研究，并認識到其對出行選擇行為具有重要影響。最初國外專家主要研究車輛振動、行駛條件及駕駛姿勢等因素對駕駛員身體疲勞程度及心理緊張程度的影響。隨著研究的深入與技術的發展，人們開始關注同為交通參與者的乘客在交通出行過程中的疲勞程度、體能消耗及主觀感受。上述研究雖然涉及到出行行為主體生理、心理狀態對其出行行為的影響，但研究對象多是駕駛員，有關乘客的研究較少。雖有一些學者提出考慮時間、成本及體能消耗三者的出行選擇行為，但研究其出行過程中體能消耗定量測度及不同因素對出行體能消耗影響的相關文獻并不多見。該文選取北京居民具有代表性的出行OD，測定不同出行狀態下出行者體能消耗，分析不同因素對其體能消耗的影響，為出行選擇行為理論和方法研究及改善公交服務質量提供依據，使城市綜合交通系統更加以人為本。

1 出行者出行體能消耗定量測度

1.1試驗方法

在OD相同的情況下，選取影響出行者出行體能消耗（下文簡稱“能耗”）且便于試驗實際操作控制的典型因素，綜合考慮出行方式、性別、負重情況、乘車姿勢及擁擠程度5種因素，利用正交試驗設計法，將性別、負重情況、乘車姿勢、擁擠程度4個因素放進L8（27）正交表中，將設計出來的場景均用公交和地鐵兩種不同出行方式進行試驗，得到16種試驗場景。招募被試驗人員，要求其按要求完成相應試驗場景的出行能耗測定。收集試驗數據，分析各影響因素與出行者單位分鐘出行能耗之間的關系，結合出行時間，分析各影響因素與出行者總出行能耗之間的關系。

1.2試驗對象

選擇北京居民具有代表性的出行OD即西直門—清河，以632路公共汽車（西直門至清河北區段）和地鐵13號線（西直門至西二旗區段）作為開展試驗的基本線路。通過預試驗實地考察，選擇周一至周五10：00—12：00及14：00—16：00作為出行狀態為不擁擠時的試驗時間、18：00—20：00作為出行狀態為擁擠時的試驗時間。在北京地區從青年出行群體中隨機抽取20名被試驗人員（參考既有的相關研究，確定試驗樣本量為20），其中男性10人、女性10人，其各項生理指數均在正常范圍內（見表1）。

表1　被試驗人員的基本信息

1.3試驗過程

試驗中，被試驗人員佩戴Polar心率儀的心率信號發生裝置，嚴格按照試驗要求，在指定時間內完成各試驗場景的能耗測定，并填寫試驗記錄表格。每種試驗場景分別進行10次獨立試驗，其中男女被試驗人員各有8種試驗場景。共收集到200余條試驗數據。

2 試驗結果分析

被試驗人員是從青年出行群體中隨機抽取的，具有一定的容量和代表性，可以由樣本來了解總體，每種試驗場景下各試驗人員的平均能耗（見表2）可反映城市青年交通出行者在該出行狀態下的平均能耗水平。

表2　各試驗場景下的數據范圍及平均體能消耗

對被試驗人員進行編號，其中ID1～10為女性被試驗者，ID11～20為男性被試驗者。圖1～4為試驗結果。

圖1　不同女性被試驗者的試驗結果

圖2　不同男性被試驗者的試驗結果

從表2及圖1～4可看出：試驗場景9～16的能耗平均值普遍高于試驗場景1～8，前者約為后者的1.28倍，這兩種試驗場景的最大區別在于性別，可見男性出行者的出行能耗普遍高于女性出行者。試驗場景1～4與試驗場景5～8的能耗差別不大，說明對于女性被試驗者，公交出行與地鐵出行需要的能耗基本相同；但試驗場景9～12與試驗場景13～16的能耗差別較大，說明對于男性被試驗者，地鐵出行帶來的能耗比公交出行高。將試驗場景1、2與3、4對比，5、6與7、8對比，9、10與11、12對比，13、14與15、16對比，前者的能耗均比后者的低，說明出行者乘車姿勢為坐著時的出行能耗比站立時的低，且男性試驗者的差異更顯著。

圖3　不同試驗場景下女性被試驗者的試驗結果

圖4　不同試驗場景下男性被試驗者的試驗結果

考慮上述影響出行者出行能耗的因素制定因子水平表（見表3），利用極差分析法對被試驗人員單位分鐘出行體能消耗進行分析，結果見表4。

表3　因子水平表

表4　極差分析結果

為進一步確定各因子的顯著性水平，利用SPSS對被試驗人員單位分鐘出行能耗進行方差分析，結果見表5。

表5　顯著性分析結果

確定顯著性水平α為0.05，若影響因素的顯著性概率p值大于α，則認為其對觀測變量沒有顯著影響；反之，則認為其對觀測變量有顯著影響。從表5可見，交通方式、負重情況和擁擠程度對單位分鐘出行能耗沒有顯著影響，乘車姿勢和性別對其有顯著影響。

同理，對各因素對被試驗人員出行總能耗進行顯著性分析，發現負重情況對出行總能耗沒有顯著影響，交通方式、性別、乘車姿勢及擁擠程度對其有顯著性影響，各因素影響程度的主次順序為交通方式、乘車姿勢、性別、擁擠程度、負重情況。交通方式的影響程度明顯提高，主要是由于出行者選擇不同交通方式的出行時間有很大差異，造成出行總能耗差異較大。

此外，分別對出行者身高及體重與出行能耗進行相關分析，所得相關系數r的絕對值均小于0.3，說明身高及體重與出行者出行能耗沒有相關關系。

3 結論

（1）同一試驗者在不同試驗場景中的出行體能消耗差異較大，不同試驗者在同一試驗場景中的出行體能消耗差異也較大，說明出行狀態及出行者自身條件都會對出行體能消耗產生一定影響。

（2）對于女性出行者，地鐵出行與公交出行的單位分鐘體能消耗差別不大；對于男性出行者，地鐵出行的單位分鐘體能消耗比公交出行的高。

（3）男性出行者出行體能消耗普遍高于女性出行者。

（4）出行者乘車姿勢為坐著時的體能消耗普遍低于乘車姿勢為站立時。

（5）綜合考慮交通方式、負重情況、乘車姿勢及擁擠程度4種影響出行體能消耗因素的最優水平，確定公交、無負重、坐著、不擁擠為最優出行狀態，該出行狀態下的單位分鐘體能消耗最低。

（6）從出行者單位分鐘出行體能消耗角度分析，交通方式、負重情況和擁擠程度對其沒有顯著影響，乘車姿勢和性別對其有顯著影響，各因素影響程度的主次順序為乘車姿勢、性別、交通方式、負重情況、擁擠程度。

（7）從出行者出行總體能消耗角度分析，負重情況對其沒有顯著影響，交通方式、性別、乘車姿勢及擁擠程度對其有顯著影響，各因素影響程度的主次順序為交通方式、乘車姿勢、性別、擁擠程度、負重情況。與各因素對單位分鐘出行體能消耗的顯著性比較，交通方式的顯著性明顯增加，主要是因為選擇不同交通方式的出行時間有很大差異，造成出行總體能消耗差異很大。

（8）出行者身高及體重與出行者單位分鐘出行體能消耗之間沒有相關性。

上述研究可為建立考慮體能消耗的交通出行方式選擇模型，提高出行方式選擇預測精度奠定基礎，同時可為公共交通分擔率隨社會經濟、服務供給、外界環境等因素的演化規律提供微觀理論解釋，并為相關政策（如公交票制票價、道路擁堵收費、機動車保有與使用政策及停車收費等）的論證與制定提供科學依據。

［1］ Bong-Jo Chung，Jae-Beom Park，Ju-Young Kim，et al. Limit length evaluation of tangent on freeway according to driver's physiological response［A］.The 80th Annual Meeting Transportation Research Board［C］.2001.

［2］ Myungsoon Chang，Juyoung Kim，Kyungwoo Kang，et al.Evaluation of driver's psychophysiological load at freeway merging area［A］.The 80th Annual Meeting Transportation Research Board［C］.2001.

［3］ Spitzer H，Hettinger T，Kaminksky G.Tafelnfür den energieumsatzbeik?rperlicher arbeit［M］.Berlin：Beuth-Verlag Gmbh，Berlin-K?ln，1982.

［4］ Weidmann U.Transport technik der Fussgaenger［A］.Transporttechnische Eigenschaften des Fussg?ngerverkehrs Literaturauswertung［C］.1993.

［5］ House of Common Transport Committee.Overcrowding on public transport［R］.London：The Stationery Office Ltd，2003.

［6］ Robert K?lbl，Drink Helbing.Energy laws in human travel behavior［J］.New Journal of Physics，2003，48（5）.

［7］ Venkatesh Balasubramanian，K Adalarasu，Rahul Regulapati.Comparing dynamic andstationarystanding postures in an assembly task［J］.International Journal of Industrial Ergonomics，2009，39（5）.

［8］ 潘曉東.人體信息技術在道路交通環境與安全性評價中的應用［R］.上海：同濟大學，2002.

［9］ 金健.駕駛疲勞機理及饋選模式研究［D］.成都：西南交通大學，2002.

［10］ 鄭柯，任福田.高速公路順直路段上駕駛員行車緊張性研究［J］.北京工業大學學報，2003，29（2）.

［11］ 郭寒英.基于出行者生理心理的城市客運交通出行行為研究［D］.成都：西南交通大學，2007.

［12］ 楊曉光，安健，劉好德，等.公交運行服務質量評價指標體系探討［J］.交通運輸系統工程與信息，2010，10（4）.

［13］ 安健，孫明正，郭繼孚.基于客觀測度與主觀估算的出行疲勞研究［J］.城市交通，2013，11（2）.

［14］ 何映平.試驗設計與分析［M］.北京：化學工業出版社，2012.

［15］ Booyens J，Hervey G R.The pulse rate as a means of measuring metabolic rate in man［J］.Canadian Journal of Physiology and Pharmacology，1960，38（11）.

［16］ Malhotra M S，Gupta J，Rai R M.Pulse count as a measure of energy expenditure［J］.Journal of Applied Physiology，1963，18（9）.

［17］ Sana M Cessay，Andrew M Prentice，Kenneth C Day，et al.The use of heart rate monitoring in the estimation of energy expenditure：a validationstudy using indirect whole-body calorimetry［J］.British Journal of Nutrition，1989，61（2）.

U491.2

A

1671-2668（2016）05-0049-04

國家自然科學基金資助項目（71571012；71501014）；北京市自然科學基金資助項目（9144032）

2016-02-23