梁　迪, 王　彬, 吳　雙

(沈陽大學(xué) 機械工程學(xué)院, 遼寧 沈陽　110044)

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大學(xué)校園交通優(yōu)化設(shè)計

梁迪, 王彬, 吳雙

(沈陽大學(xué) 機械工程學(xué)院, 遼寧 沈陽110044)

摘要:針對當(dāng)前大學(xué)校園交通的現(xiàn)狀,以沈陽大學(xué)為例,結(jié)合其具體問題,對校園交通進行優(yōu)化.運用TransCAD軟件建立沈陽大學(xué)路網(wǎng);應(yīng)用人因工程學(xué)相關(guān)理論以及標志設(shè)計相關(guān)理論設(shè)計校園交通標志;應(yīng)用Dijkstra算法解決最優(yōu)路徑選擇問題.

關(guān)鍵詞:校園交通; 路網(wǎng)建立; 擇優(yōu)路徑; 交通標志

高校校園道路交通系統(tǒng)是一個由使用者、交通工具、外部環(huán)境共同構(gòu)成的有機整體,是一個多因素相互作用、相互聯(lián)系的交通系統(tǒng), 承擔(dān)著校園內(nèi)部與外界交通聯(lián)系的功能[1]. 由于教職工、學(xué)生的工作、生活相對集中, 校園內(nèi)會出現(xiàn)人流和車流高峰期, 極易發(fā)生交通事故[2]. 針對近幾年來校園交通越來越復(fù)雜、安全問題隨之增多的狀況, 本文基于以人為本的思想[3], 結(jié)合沈陽大學(xué)的實際情況, 從校園交通優(yōu)化的角度, 通過對校園內(nèi)的交通狀況進行分析,找出其中存在的問題, 并使用Dijkstra算法、人因工程學(xué)等工具加以解決.

1路網(wǎng)建立

1.1沈陽大學(xué)道路網(wǎng)的抽出

運用TransCAD軟件繪制沈陽大學(xué)線路圖,如圖1所示.

圖1　沈陽大學(xué)路網(wǎng)線路圖

1.2沈陽大學(xué)校園道路的命名

大學(xué)校園路名可以彰顯學(xué)校的辦學(xué)理念,同時反映校園的文化底蘊,它實際上也是校園文化建設(shè)的重要組成部分.因此,校園命名應(yīng)遵循學(xué)校精神優(yōu)先原則、學(xué)校歷史優(yōu)先原則、學(xué)校景色優(yōu)先原則.

通過隨機訪談,綜合100名在校師生的意見,沈陽大學(xué)道路命名如表1所示.

表1　沈陽大學(xué)道路命名

續(xù)表1

編號位 置命名釋 義93號樓后面的道路懷民路心系蒼生,服務(wù)于民107號樓前的道路重學(xué)路永懷求學(xué)之心,活到老,學(xué)到老111號樓側(cè)面的道路尚文路崇尚文明,追求真理12足球場旁邊的路和諧路各族師生和諧相處,情深誼長132號樓側(cè)面的路育人路育天下之才

1.3道路等級劃分

沈陽大學(xué)道路實測數(shù)據(jù)如表2所示.

測量沈陽大學(xué)校內(nèi)各個主要路段的寬度,通過對比、數(shù)據(jù)分析,將現(xiàn)有的道路按照寬度、使用功能等分為三大類:主干道、次干道、支路.道路等級劃分如表3所示.

表2　沈陽大學(xué)重要路段長度與寬度

表3　沈陽大學(xué)道路等級劃分方式

1.4路網(wǎng)數(shù)據(jù)的輸入

根據(jù)已經(jīng)采集來的相關(guān)數(shù)據(jù)對路網(wǎng)進行輸入.這里以人流量占比重更大的為主要研究數(shù)據(jù),見表4.路網(wǎng)建立后,結(jié)合TransCAD的特點繪制出沈陽大學(xué)現(xiàn)實道路流量圖,如圖2所示.

表4　沈陽大學(xué)路網(wǎng)信息

圖2　沈陽大學(xué)重要路段流量

2標志牌設(shè)計

公共標志已不僅僅局限于其功能作用[4],更多的是一種藝術(shù),在傳遞信息的同時給人帶來美感.良好的導(dǎo)引標志系統(tǒng)在提供信息指引時應(yīng)具有層次清晰的特點,按照這種思想,把導(dǎo)引標志分為三類:一級導(dǎo)引標志、二級導(dǎo)引標志、三級導(dǎo)引標志.

2.1標志牌顏色

2.2標志牌文字及內(nèi)容安排

(1) 字高設(shè)置.現(xiàn)在導(dǎo)引標志的字高公式一般是基于以下兩個臨界條件建立的字高模型:

① 駕駛員在A點剛剛能夠看清導(dǎo)引標志,即駕駛員從B點開始識讀導(dǎo)引標志;

② 駕駛員在C點讀完并理解導(dǎo)引標志信息的含義,與此同時,行駛車輛到達D點,見圖3.

表5　色彩組合可見度表

圖3　駕駛員行駛模型和對標志的認知模型圖

字高的計算公式為

(1)

式中:vt為駕駛員認讀標志時車輛駛過的距離;M為消失距離;C為駕駛員在視力表中的視角與漢字所需視角的轉(zhuǎn)化系數(shù),一般取3;A為駕駛員視力.

(2) 指路標志內(nèi)容的安排.交通信息按傳遞信息要素的需求程度、路網(wǎng)OD分布、大型建筑服務(wù)功能的層次性分為三類:控制性信息、重要性信息、一般性信息.具體參見表6.

表6　信息類型

2.3標志設(shè)計圖

(1) 禁令標志,是禁止或限制車輛、行人交通行為的標志[5].根據(jù)沈陽大學(xué)現(xiàn)狀,需設(shè)置禁止駛?cè)?、禁止鳴笛、禁止轉(zhuǎn)向、禁止機動車駛?cè)氲?根據(jù)人因工程學(xué)的色彩理論和交通標志版面設(shè)計理論,除個別外,禁令標志均為白底、紅圈、紅杠、黑圖案壓杠.

根據(jù)校園限速要求,行車速度在20 km/h以內(nèi),得到標志設(shè)計要求的各部分尺寸見表7.

表7　禁令標志各部分尺寸

(2) 警告標志,是警告車輛、行人注意危險地點的標志.警告標志采用黃底色、黑邊、黑圖案.黃色加黑色的顏色組合保證良好視認效果,更易于駕駛員從復(fù)雜的背景中辨認出警告標志.警告標志的形狀為等邊正三角形,頂角朝上.根據(jù)校園行車速度得到其設(shè)計尺寸如表8.

表8　警告標志尺寸

(3) 指路標志,為藍色底白色圖案.指路標志中漢字采用黑體或簡體,字寬與字高相等.根據(jù)觀測,校園內(nèi)行車速度在20 km/h以下,校園指路標志的字高可設(shè)置為15～20 cm,見表9.指路標志文字的間隔、行距等應(yīng)符合表10的規(guī)定.

部分指路標設(shè)計如圖4～圖8所示.

表9　漢字高度與行車速度的關(guān)系

表10　文字的間距、行距

圖4　一級指路標志

圖5　二級指路標志

圖6　指向標志圖

圖7　路名標志設(shè)計圖

圖8　地名指路標志設(shè)計圖

3擇優(yōu)路徑

大學(xué)校園里路線的正確選擇,會給校園內(nèi)外人員出行帶來很大的方便.一般情況下,不論對于行人還是車輛,最短路徑是首選,但到達目的地的最短路徑不一定是最佳路線,因為人們到達目的地的最終期望是時間最短.用D(i,j)表示任意兩個節(jié)點間的路程,用Q(i,j)標志任意兩個節(jié)點間的流量,T(i,j)標志任意兩點間的行程時間,有如下函數(shù):

(2)

式中:i,j為校園內(nèi)任意兩個交通節(jié)點;K為比例常數(shù).

針對沈陽大學(xué)的具體情況得到其路網(wǎng)抽象如圖9所示.分別建立其對應(yīng)的各節(jié)點的距離矩陣和各節(jié)點的流量矩陣(∞為兩節(jié)點未直接相連).

圖9　路網(wǎng)抽象圖

距離矩陣及流量矩陣分別為

關(guān)于兩個固定點之間的最優(yōu)問題,可以采用Dijkstra算法.

(1) 令l(u0)=0,對v≠u0,令l(v)=∞,s0={u0},i=0.

(3) 若i>|V|-1,停止;若i<|V|-1,用i11代替i,轉(zhuǎn)(2).

算法結(jié)束時,從u0到各頂點v的距離由v的最后一次的標號l(v)給出.在v進入Si之前的標號l(v)叫T標號,v進入Si時的標號l(v)叫P標號.算法就是不斷修改各項點的T標號,直至獲得P標號.若在算法運行過程中,將每一頂點獲得P標號所得來的邊在圖上標明,則算法結(jié)束時,u0至各項點的最短通路也在圖上標示出來了.

用矩陣an×n(n為頂點個數(shù))存放各邊權(quán)的鄰接矩陣,行向量pb、index1、index2、d分別用來存放P標號信息、標號頂點順序、標號頂點索引、最短通路的值.其中分量:

(3)

index2(i)存放始點到第i點最短通路中第i頂點前一頂點的序號;d(i)存放由始點到第i點最短通路的值.求第一個入口處的①節(jié)點到其他節(jié)點最短路徑的MATLAB程序和運行結(jié)果,同理兩個節(jié)點之間流量的最小問題也可以轉(zhuǎn)化成Dijkstra算法求最優(yōu)問題,利用MATLAB進行編程運行并獲得運行結(jié)果.當(dāng)流量較小,所考慮距離最短為主,根據(jù)軟件運行的結(jié)果從入口處①節(jié)點到其他節(jié)點運行的最短路徑路線見表11.當(dāng)流量較大時,考慮具體路段的流量為主.根據(jù)軟件運行的結(jié)果,從入口處①節(jié)點到其他節(jié)點運行的流量最小路徑如表12所示.

表11　距離最短路線

表12　流量最小路線

4改善效果

改善前所有車輛均由西門進入校園,半小時內(nèi)的流量分別為:工作日257輛,雙休日771輛;改善后來自小北關(guān)街方向的車輛由體育場館附近的大門進入,這樣就大大縮短了車輛進入校園的時間.由于兩門車輛進入是同時的,所以耗時會出現(xiàn)重疊部分,此時實際車輛完全進入校園時間滿足函數(shù)t=max(t1,t2,t3,…,ti),ti=流量×流速.改善前工作日總用時為1 800s,改善后t=147×(1 800/257-1)=882.57 s,節(jié)省時間t=1 800 s-882.57 s=917.43 s.雙休日總時間1 800 s,改善后為t=471×(1 800/771-1)=628.61 s,節(jié)省時間t=1 800 s-628.61 s=1 171.39 s.

5結(jié)論

本文利用TransCAD軟件完成沈陽大學(xué)道路線路圖和流量圖的繪制,建立路網(wǎng),為沈陽大學(xué)校園道路命名.用繪圖軟件結(jié)合人因理論、標志設(shè)計理論完成沈陽大學(xué)校園導(dǎo)引標志的設(shè)計圖.通過校園內(nèi)最優(yōu)路徑的選擇和主要道路交通情況的分析調(diào)研,應(yīng)用標號算法及MATLAB仿真技術(shù)對交通狀況進行改善后,發(fā)現(xiàn)工作日可節(jié)省出行時間917.43 s,周末可節(jié)省出行時間1 171.39 s,校園師生交通安全狀況得到顯著改善.

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【責(zé)任編輯: 祝穎】

Campus Traffic Optimization Design

LiangDi,WangBin,WuShuang

(School of Mechanical Engineering, Shenyang University, Shenyang 110041, China)

Abstract:Aiming at the current status of campus traffic, taking Shenyang University as an example, in conjunction with specific traffic problems, campus traffic is optimized for Shenyang University. The road network of Shenyang University is built using TransCAD software; the theories of human factor engineering and Logo design are applied to design the campus traffic identification, and the Dijkstra algorithm is used to solve the optimal path selection problem.

Key words:campus traffic; road net building; optimal path; traffic identification

中圖分類號:TU 984.14

文獻標志碼:A

文章編號:2095-5456(2016)01-0056-06

作者簡介:梁迪(1971-),女,湖南長沙人,沈陽大學(xué)副教授,博士研究生.

收稿日期:2015-05-27