大坪軌道站樓梯及通道行人交通特性分析

(重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院 重慶 400074)

一、研究背景

由于我國城市軌道發(fā)展歷史比較短，尚未建立完善的城市軌道交通產(chǎn)業(yè)，軌道交通在客流組織、設(shè)施布局、站內(nèi)設(shè)施設(shè)置等方面不夠完善。城市軌道交通車站內(nèi)行人設(shè)施和交通需求是否匹配關(guān)系到軌道交通的運行效率。因此，需要深入研究城市軌道車站內(nèi)乘客個體的交通特性和乘客流的交通特性。

二、樓梯客流特征分析

在城市軌道交通車站內(nèi)，樓梯上乘客的運動既具有水平方向上行人運行的特性，如慣性規(guī)律、親情現(xiàn)象、約束規(guī)律和自組織現(xiàn)象，又與水平方向上的行人運動特性存在差異，具體特征有以下幾個方面[6]：

1.樓梯上乘客的走行速度小于同等條件下水平通道內(nèi)乘客的走行速度，乘客的個體行為對整個乘客群具有顯著的影響，但乘客個體速度差異較小；

2.軌道交通車站出站口樓梯處客流隨列車的到發(fā)具有波動性，而車站入口樓梯處客流到達(dá)具有隨機(jī)性；與站臺連接處樓梯上乘客當(dāng)看到所要乘坐的列車到達(dá)時會在短時內(nèi)加快走行速度，在雙向混行的樓梯上方向客流具有較小的瞬時沖擊性；

3.軌道交通換乘樓梯上客流隨著列車的到發(fā)具有短時激增特性，乘客在上行樓梯上的速度明顯低于下行樓梯上乘客的速度，同樣低于水平通道內(nèi)乘客的走行速度。

三、重慶大坪站乘客客流交通特性分析與建模

乘客流的基本交通特性是指軌道交通車站內(nèi)不同設(shè)施處的乘客速度、流量、密度特性。主要通過采集的數(shù)據(jù)分析軌道交通樓梯及換乘通道上乘客的速度、流量和密度數(shù)據(jù)，研究乘客在樓梯和換乘通道處的交通特性和行為特性，進(jìn)而建立反映乘客流基本特性之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型[8]。

乘客群體是指共同步行具有一定出行目的的一組人群，可以分為兩種類型：一種是多個乘客本來就是一個出行群體；另一類是在乘客走行的過程中，由于外部原因不自覺行程的臨時群體，即乘客流。乘客流的交通特性是乘客群體內(nèi)所有乘客個體的交通特性的總體反映。其基本參數(shù)的具體描述如下：

(1)乘客流流量Q

乘客流量是指單位時間內(nèi)單位寬度斷面上通過乘客設(shè)施某一斷面的乘客數(shù)量，一般用p/(m·s)或者p/(m·min)。這里的寬度指設(shè)施的有效寬度，即乘客通過設(shè)施橫斷面內(nèi)乘客使用的寬度，需要扣除一些物理設(shè)施占用的寬度和靠邊、墻角等未被使用的寬度。

(2)乘客流密度K

乘客密度是指乘客設(shè)施上的單位面積上的乘客數(shù)量，面積一般指水平投影面積，單位用p/m2。在計算時所用的面積為有效面積，指該區(qū)域內(nèi)乘客使用的所有面積，同樣需要扣除物理設(shè)施占用的空間和靠邊、墻角等未被使用的空間。

(3)乘客流速度V

與機(jī)動車的車速相類似，乘客流速度可以分為空間平均速度和時間平均速度。

(一)樓梯客流交通特性分析與建模

選取地鐵一號線大坪站連接站臺層與站廳層的樓梯、地鐵1號線與輕軌2號線換乘通道作為調(diào)查對象，通過拍攝視頻的方法獲取乘客數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見附錄的附表，利用卷尺測量樓梯及通道的具體尺寸，通過分析數(shù)據(jù)研究乘客個體的基本特性。

通過分析樓梯上508位乘客的數(shù)據(jù)，由于在客流高峰期乘客較多，有一部分乘客被其他乘客遮擋，所以得到了411個有效數(shù)據(jù)。

選擇軌道1號線1號樓梯作為調(diào)查對象，進(jìn)行觀測并獲得乘客的基本數(shù)據(jù)。

根據(jù)采集的樓梯上乘客流的乘客人數(shù)及通過的時間，間接得出乘客流的流量、速度和密度數(shù)據(jù)，從而得到樓梯上乘客流量QS——速度VS、流量QS——密度KS和速度VS——密度KS特性及模型。

(二)樓梯上乘客密度、速度、流量特性及建模

根據(jù)樓梯上乘客的密度KS、速度VS和流量QS數(shù)據(jù)，利用matlab軟件生成KS——QS——VS三維散點圖。通過Matlab軟件對生成的三維散點圖進(jìn)行多項式擬合

(1)KS一次擬合、VS一次擬合

擬合結(jié)果如“式(1.4)”所示：

(1.1)

(2)KS二次擬合、VS二次擬合，擬合結(jié)果如“式1.2a”所示：

(1.2a)

對QS進(jìn)行極值判斷：

△=B2-AC=-1.027<0,A=-0.8782<0

根據(jù)極值判斷條件可知，QS存在極值且A小于0，即存在最大值。具體計算結(jié)果如“式(1.2b)”所示：

(1.2b)

?Vs=0.8846m/s,Ks=2.1302人/(m·s)

?Qmax=1.3921人/(m·s)

由式1.2b得出，當(dāng)乘客密度為2.1302人/m2、速度為0.8846m/s時，乘客流量取得最大值1.3921人/(m·s)，該值與觀測到的最大流量1.44人/(m·s)基本相近。