朱 婷，包丹文，張?zhí)祆?，狄智瑋，羊 釗

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇 南京211106）

航站樓主要是為進(jìn)行航空運(yùn)輸?shù)穆每吞峁└黜?xiàng)服務(wù)的重要場所，航空運(yùn)輸?shù)钠毡?，機(jī)場客流的增加，航站樓內(nèi)資源也日益緊張，對旅客流的特征研究可為航站樓內(nèi)的區(qū)域規(guī)劃和航空業(yè)務(wù)的高效運(yùn)行提供幫助。

國內(nèi)外在旅客流特征方面的研究有很多，William H K L 等[1]通過研究不同步行設(shè)施上的旅客流交通特性，比較速度-流量間的關(guān)系，為具有類似步行特征的香港或其他亞洲城市提供一個模型基礎(chǔ)；胡鵬飛[2]分析影響旅客流宏觀特性的因素及宏觀特性參數(shù)間的關(guān)系來研究旅客流的運(yùn)行特點(diǎn)；畢艷祥等[3]對城市軌道交通車站站臺空間服務(wù)水平指標(biāo)體系進(jìn)行了探討；Jia 等[4]建立了不同設(shè)施的旅客流參數(shù)關(guān)系曲線；顧佳羽等[5]將航站樓出發(fā)大廳劃分了四大區(qū)域后研究分析各區(qū)域的阻塞密度；金曉瓊等[6]以大連市西安路商業(yè)區(qū)為主要立足點(diǎn)，對旅客進(jìn)行步幅步速及流量調(diào)查后進(jìn)行定性定量分析；周繼彪[7]等對北大街地鐵換乘樞紐旅客速度、密度、流量和空間占有率之間的函數(shù)進(jìn)行研究分析；王會會[8]結(jié)合國內(nèi)外的資料從負(fù)重等方面分析影響旅客速度的因素；楊麗麗[9]分析不同設(shè)施上旅客的自由速度分布特性，建立流量、速度、密度、占用空間的參數(shù)關(guān)系模型研究旅客交通特性；王天童等[10]對行人速度特性通過繪制速度頻率分布圖來進(jìn)行研究；王雪梅等[11]認(rèn)為當(dāng)客流密度小于0.2 m2/p 時(shí)，該區(qū)域旅客處于一種危險(xiǎn)狀態(tài)。

國內(nèi)外對各交通基礎(chǔ)設(shè)施的研究很豐富， 也由戶外交通基礎(chǔ)設(shè)施研究逐漸轉(zhuǎn)向室內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施研究，目前對城市軌道交通的旅客流特征的研究已十分完備，但對航空運(yùn)輸重要設(shè)施的航站樓的旅客流特征的研究還沒有很多，也沒有過多的對單個交通參數(shù)的特征進(jìn)行細(xì)致研究，因此本文選擇了對祿口機(jī)場航站樓值機(jī)大廳的旅客流進(jìn)行宏觀特征的研究，根據(jù)旅客流進(jìn)入值機(jī)大廳的主要流線，選取觀測點(diǎn)將其劃分為進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)，通過視頻采集的方法，提取速度、密度、流量等3 個交通基本參數(shù)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行整合分析后觀察各參數(shù)的特征，再對密度-速度、密度-流量之間的關(guān)系進(jìn)行繪圖分析其特征。

1 旅客步行交通特性調(diào)查方法

1.1 調(diào)查分區(qū)

1.1.1 流線分析

南京祿口機(jī)場T2 航站樓值機(jī)大廳是進(jìn)港旅客進(jìn)行各項(xiàng)航空活動的場所之一，國內(nèi)國際的旅客通過出發(fā)口1-4，地鐵S1 號線，2 組扶梯和4部直梯的方式進(jìn)入值機(jī)大廳，進(jìn)行值機(jī)和商業(yè)活動后，再進(jìn)入下一部分的安檢流程，進(jìn)港客流流線流程圖如圖1 所示。 其中國內(nèi)旅客的大部分是通過3 號及4 號出發(fā)口， 地鐵S1 和扶梯來進(jìn)入值機(jī)大廳， 國際旅客的是通過1 號和2 號出發(fā)口，地鐵S1 及直梯進(jìn)入值機(jī)大廳。

圖1 旅客流線流程圖Fig.1 Passenger flow chart

圖2 祿口機(jī)場T2 航站樓值機(jī)大廳區(qū)域劃分圖Fig.2 Regional division of check-in hall of Terminal 2 in Lukou Airport

1.1.2 區(qū)域劃分

本文選擇了位于江蘇省南京市江寧區(qū)的南京祿口國際機(jī)場為調(diào)查研究對象，基于值機(jī)大廳為實(shí)現(xiàn)航空運(yùn)輸功能的設(shè)施，根據(jù)主要的國內(nèi)旅客流進(jìn)入值機(jī)大廳的主要流線——從3 號出發(fā)口及3 號出發(fā)口旁的扶梯進(jìn)入值機(jī)大廳，在C 值機(jī)島完成值機(jī)活動后進(jìn)入商業(yè)區(qū)，在這一固定流線上選取調(diào)查點(diǎn)，將其劃分為3 個區(qū)域，如圖2 所示。

1） 進(jìn)出區(qū)：是國內(nèi)旅客流主要流線的起點(diǎn)區(qū)域，旅客從機(jī)場航站樓的3 號出發(fā)口進(jìn)入值機(jī)大廳，或從其他樓層進(jìn)入值機(jī)大廳的扶梯通道區(qū)域。 進(jìn)出區(qū)是突發(fā)緊急情況下疏散旅客的重要通道，對此區(qū)域的旅客交通特性的研究對機(jī)場建立客流預(yù)警等級提供依據(jù)。

2） 通道區(qū)：是國內(nèi)旅客流主要流線的重要區(qū)域，旅客從航站樓值機(jī)大廳的進(jìn)出區(qū)向另一固定區(qū)域移動的必經(jīng)場所。 通道區(qū)是值機(jī)大廳實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸功能的重要組成部分，此區(qū)域的旅客交通特性也是旅客流研究的重要組成部分，其中進(jìn)出區(qū)與值機(jī)島之間的通道區(qū)是所有旅客必經(jīng)之地，所以本文重點(diǎn)研究的是這一部分的通道區(qū)。

3） 商業(yè)區(qū)：是國內(nèi)旅客流主要流線的潛在經(jīng)過區(qū)域，旅客進(jìn)行各類商業(yè)活動的區(qū)域。 商業(yè)區(qū)是機(jī)場收益來源的重要區(qū)域，對此區(qū)域的旅客交通特性的研究會影響機(jī)場對于商業(yè)區(qū)的進(jìn)一步規(guī)劃。

1.2 調(diào)查方法

為了準(zhǔn)確地調(diào)查旅客交通特性，所以采用便于存儲且能重復(fù)利用的視頻錄像采集法進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

其中進(jìn)出區(qū)選取圖1 的三角形1 扶梯處的位置，通道區(qū)選取圖1 的圓形2、圓形3、圓形4 位置，商業(yè)區(qū)選取圖1 的六邊形5 位置進(jìn)行視頻拍攝。

選擇在2 個工作日和1 個非工作日進(jìn)行研究：2019 年1 月5 日（周三）、7 日（周五）、9 日（周日）上午高峰時(shí)段9:00-10:00 和平峰時(shí)段11:00-12:00，具有一定的普遍性。

由3 個人在上述相同時(shí)段內(nèi)同時(shí)拍攝3 個區(qū)域的視頻材料。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1）旅客速度。旅客速度是指某一時(shí)刻某一段通道范圍內(nèi)所有旅客步速的平均值，用V 表示，m/s 或m/min。

記錄視頻中觀測時(shí)段內(nèi)各旅客進(jìn)入觀測區(qū)域的時(shí)間和離開觀測區(qū)域的時(shí)間，作差后取平均值，根據(jù)觀測區(qū)域的長度來計(jì)算旅客的步行速度

式中：V 為旅客速度，m/s；L 為觀測區(qū)域的長度，m；N 為觀測時(shí)段內(nèi)進(jìn)入離開觀測區(qū)域的旅客數(shù)量，p；ti為某一旅客進(jìn)入觀測區(qū)域的時(shí)間和離開觀測區(qū)域的時(shí)間，s。

2） 旅客密度。 旅客密度是指單位瞬間單位面積內(nèi)所含有的旅客的平均數(shù)量，用K 表示，p/m2。

記錄視頻中旅客在觀測時(shí)段內(nèi)每1/3 時(shí)刻的旅客數(shù)量的平均值，根據(jù)觀測區(qū)域的面積來計(jì)算觀測時(shí)段內(nèi)的旅客密度

式中：K 為旅客密度，p/m2；Ni為觀測時(shí)段內(nèi)每1/3 時(shí)刻的旅客數(shù)量，p；W 為觀測區(qū)域的寬度，m。

3） 旅客流量。 旅客流量是指單位時(shí)間通過某一單位寬度斷面的旅客數(shù)量，用Q 表示，min·m。

記錄視頻中旅客在觀測時(shí)段內(nèi)通過觀測區(qū)域截面的旅客數(shù)量，根據(jù)觀測截面的寬度來計(jì)算觀測時(shí)段內(nèi)的旅客流量

式中：Q 為旅客流量，p/m。

4） 旅客占有空間。 旅客占有空間是指旅客在觀測區(qū)域所占的平均面積，用S 表示，m2/p，通常以密度值的倒數(shù)作為其數(shù)值

式中：S 為旅客占有空間，m2/p。

按上述旅客速度、密度和流量的數(shù)據(jù)處理方法記錄視頻數(shù)據(jù)，得到3 個區(qū)域的速度、密度和流量數(shù)據(jù)共354 組，其中進(jìn)出區(qū)共111 組，通道區(qū)共124 組，商業(yè)區(qū)共119 組，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1 所示。

表1 三區(qū)域旅客步行交通參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（部分）Tab.1 Statistics of pedestrian traffic parameters in three areas （partly）

2 旅客步行交通特性調(diào)查結(jié)果分析

表2 旅客平均速度表Tab.2 Average speed of passengers

2.1 旅客步行交通單參數(shù)特征分析

2.1.1 旅客速度

國內(nèi)旅客流主要流線上的進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客平均速度差異如表2 所示，各區(qū)域速度的頻數(shù)分布直方圖如圖3 所示。

圖3（a）進(jìn)出區(qū)的速度均值為0.801 m/s，速度分布在0.40～1.50 m/s 之間，主要集中在［0.50，1.10］ m/s 的范圍內(nèi)；圖3（b）通道區(qū)的速度均值為1.089 m/s，速度分布在0.70～1.70 m/s 之間，主要集中在［0.80，1.30］ m/s 的范圍內(nèi)；圖3（c）商業(yè)區(qū)的速度均值為1.188 m/s，速度分布在0.60～1.70 m/s 之間，主要集中在［0.90，1.50］ m/s 的范圍內(nèi)。從《交通工程手冊》[12]中所知， 我國旅客平均步速變化于0.7～1.7 m/s， 水平路段平均步速變化于1～1.2 m/s， 上下行平均步速變化于0.5～0.8 m/s，所以3 個區(qū)域的旅客平均步速是在合理范圍內(nèi)的，通道區(qū)和商業(yè)區(qū)主要是水平路段，進(jìn)出區(qū)選取的是上下行的扶梯口，因此進(jìn)出區(qū)的速度明顯小于通道和商業(yè)區(qū)也是合理的。

根據(jù)國內(nèi)外研究， 歐美國家的旅客平均速度一般在1.34 m/s 左右， 國內(nèi)的旅客平均速度一般在1.24 m/s左右，旅客在使用室內(nèi)設(shè)施時(shí)的速度是小于戶外設(shè)施的。 本文調(diào)查的3 個區(qū)域的旅客平均速度都低于國內(nèi)的旅客平均速度，一方面可能是因?yàn)闄C(jī)場是一個室內(nèi)環(huán)境，且航站樓面積不夠高峰小時(shí)旅客的使用，易產(chǎn)生擁堵現(xiàn)象，阻礙旅客的前進(jìn)；另一方面可能是因?yàn)橛捎跈C(jī)場旅客攜帶的行李數(shù)較多，負(fù)重較高，限制旅客的行走。

圖3 三區(qū)域速度分布直方圖Fig.3 Histogram of velocity distribution in three areas

2.1.2 旅客密度和旅客占有空間

國內(nèi)旅客流主要流線上的進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客平均密度及平均占有空間差異如表3 所示。

進(jìn)出區(qū)的旅客平均密度為0.752 p/m2， 通道區(qū)的旅客平均密度為0.702 p/m2， 商業(yè)區(qū)的旅客平均密度為0.503 p/m2。 平均密度從高到低的順序分別是：進(jìn)出區(qū)﹥通道區(qū)﹥商業(yè)區(qū)，與平均速度的結(jié)果恰好相反，據(jù)此推測速度與密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，下文對此關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)證明。其中旅客流密度最高的是進(jìn)出區(qū)，它是旅客進(jìn)入值機(jī)大廳的必經(jīng)之路，易發(fā)生擁堵現(xiàn)象，所以需要加強(qiáng)關(guān)注是否發(fā)生大客流，提前進(jìn)行客流預(yù)警；其次是通道區(qū)，它是連通各功能區(qū)域的管道，密度過大會使旅客產(chǎn)生擁擠感，降低旅客滿意度；最后是商業(yè)區(qū)，旅客密度最低，旅客通過率較低，可以進(jìn)一步規(guī)劃這一主要流線上的商業(yè)區(qū)可以帶來更大的人流密度，創(chuàng)造更大的收益。

進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)、商業(yè)區(qū)的旅客平均占有空間分別為1.33，1.42，1.99 m2/p，根據(jù)《民用運(yùn)輸機(jī)場服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[13]高峰小時(shí)每位旅客均大于1 m2的標(biāo)準(zhǔn)， 南京祿口國際機(jī)場值機(jī)大廳的各區(qū)域均達(dá)到了服務(wù)要求。

2.1.3 旅客流量

國內(nèi)旅客流主要流線上的旅客進(jìn)出區(qū)、旅客通道區(qū)和旅客旅客商業(yè)區(qū)的旅客平均流量差異如表4 所示。

進(jìn)出區(qū)的旅客平均流量為2.068 ，通道區(qū)的旅客平均流量為1.944 ，商業(yè)區(qū)的旅客平均流量為1.588 ， 平均流量從高到低的順序分別是：進(jìn)出區(qū)﹥通道區(qū)﹥商業(yè)區(qū)， 與平均密度的結(jié)果相同， 這并不能表明密度與流量呈正相關(guān)關(guān)系，下文可以證明。

表3 旅客平均密度表Tab.3 Average density of passengers

表4 旅客平均流量表Tab.4 Average passenger flow

2.2 交通參數(shù)之間關(guān)系的調(diào)查分析

2.2.1 密度-速度

根據(jù)在國內(nèi)旅客流主要流線上的3 個區(qū)域收集到的數(shù)據(jù)，使用EXCEL 軟件的相關(guān)功能，得出進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客密度與速度關(guān)系的散點(diǎn)圖，如圖6 所示。

根據(jù)繪制的旅客密度與速度關(guān)系散點(diǎn)圖，使用EXCEL 軟件的相關(guān)功能對其進(jìn)行函數(shù)擬合，得到的各區(qū)域旅客密度與速度關(guān)系擬合函數(shù)如表5 所示。

由表5 可見，3 個不同區(qū)域旅客流的速度與密度的擬合函數(shù)關(guān)系均呈現(xiàn)反向線性關(guān)系，旅客流的速度隨著密度的增大而減小，但3 個區(qū)域的線性關(guān)系的斜率不盡相同。其中進(jìn)出區(qū)客流速度-密度擬合函數(shù)的斜率絕對值最小，為0.249 8，說明進(jìn)出區(qū)旅客流速度受密度影響最小，因?yàn)檫M(jìn)出區(qū)空間較小， 旅客行李負(fù)重通常會小心謹(jǐn)慎，所以速度變化率較?。黄浯问巧虡I(yè)區(qū)，斜率絕對值為0.458，商業(yè)區(qū)空間較大，速度彈性大；擬合函數(shù)斜率絕對值最大的是通道區(qū)，為0.547 5，通道區(qū)是旅客實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移的通道，對密度變化的反應(yīng)更為敏感，因此速度變化率較大。

圖6 旅客密度與速度關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter plot of the relationship between passenger density and speed

進(jìn)出區(qū)的樣本分布在 ［0.15，1.87］（密度，p/m2）和［0.43，1.50］（速度，m/s）之間，較其余2 個區(qū)域而言，進(jìn)出區(qū)的客流密度分布最廣，速度分布更偏低，進(jìn)出區(qū)的客流普遍速度較慢；通道區(qū)的 樣 本 分 布 在 ［0.28，1.38］ （ 密 度，p/m2） 和［0.7，1.67］（速度，m/s）之間，較另外兩區(qū)域而言，通道區(qū)的客流密度分布更為集中，速度分布更為廣泛；商業(yè)區(qū)的樣本分布在［0,1.33］（密度，p/m2）和 ［0.75，1.6］（速度，m/s） 之間， 主要密集在［0.2，0.67］（密度，p/m2）和［0.94，1.4］（速度，m/s）之間，而在其他區(qū)域分布則較為稀疏。

2.2.2 密度-流量

根據(jù)在國內(nèi)旅客流主要流線上的3 個區(qū)域的數(shù)據(jù)，使用EXCEL 軟件的相關(guān)功能，得出進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客密度與流量關(guān)系的散點(diǎn)圖，如圖7 所示。

根據(jù)繪制的旅客密度與流量關(guān)系散點(diǎn)圖，使用EXCEL 軟件的相關(guān)功能對其進(jìn)行函數(shù)擬合，得到的各區(qū)域旅客密度與速度關(guān)系擬合函數(shù)如表6 所示。

由表6 可知，旅客密度與流量擬合函數(shù)關(guān)系呈一元二次函數(shù)關(guān)系，隨著旅客密度的增大，旅客流量先增大到最佳旅客流后再減小，直至旅客流量減小到零，區(qū)域陷入癱瘓狀態(tài)。

不同區(qū)域的擬合函數(shù)的曲線特征雖然都呈現(xiàn)拋物線的形式，但是各區(qū)域的最大旅客流、最大旅客流密度卻不盡相同，最大的旅客流密度：進(jìn)出區(qū)﹥通道區(qū)﹥商業(yè)區(qū)，說明旅客對進(jìn)出區(qū)的空間要求低于通道區(qū)，低于商業(yè)區(qū)。

當(dāng)旅客流流量達(dá)到最大值時(shí)，旅客平均占有空間達(dá)到最小動態(tài)空間，根據(jù)表6，進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)、商業(yè)區(qū)的最小動態(tài)空間分別為0.09，0.34，0.56 m2/p； 當(dāng)旅客流流量降為0 時(shí)， 旅客平均占有空間達(dá)到最小靜態(tài)空間，最小靜態(tài)空間分別為0.05，0.16，0.26 m2/p，其中進(jìn)出區(qū)的客流最小靜態(tài)空間明顯低于其他區(qū)域，說明旅客流在進(jìn)出區(qū)的容忍區(qū)間更大，因此可以以國內(nèi)旅客流主要流線的起點(diǎn)——進(jìn)出區(qū)的旅客流的變化特征作為客流預(yù)警的參考。

表5 各區(qū)域旅客密度與速度關(guān)系擬合函數(shù)及參數(shù)估計(jì)值Tab.5 Fitting function and parameter estimation of passenger density and speed in each area

圖7 旅客密度與流量關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter plot of the relationship between passenger density and flow

表6 各區(qū)域旅客密度與流量關(guān)系擬合函數(shù)及參數(shù)估計(jì)值Tab.6 Fitting function and parameter estimation of passenger density and flow in each area

當(dāng)K﹤1.798 5 p/m2時(shí)， 商業(yè)區(qū)的流量最大，其次是通道區(qū)，最后是進(jìn)出區(qū)，說明當(dāng)旅客密度偏小時(shí)，在相同的密度區(qū)間范圍內(nèi)，商業(yè)區(qū)的通行能力最大，其次是通道區(qū)，最后是進(jìn)出區(qū)。 商業(yè)區(qū)這一特征說明國內(nèi)旅客流這一主要流線上的潛在經(jīng)過區(qū)域還沒有充分發(fā)揮其潛能，機(jī)場可以進(jìn)一步規(guī)劃發(fā)展商業(yè)區(qū)， 充分利用商業(yè)區(qū)創(chuàng)收；同時(shí)進(jìn)出區(qū)通行能力上的不足說明可以在這一流線起點(diǎn)區(qū)域展開對客流預(yù)警方面的研究或者是對航站樓的旅客流動線進(jìn)行再規(guī)劃。

2.2.3 密度-速度-流量

使用MATLAB 軟件對3 個旅客步行交通參數(shù)繪制三維散點(diǎn)圖，如圖8 所示。

圖8 祿口機(jī)場值機(jī)大廳旅客密度-速度-流量關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter plot of passenger density-speed-flow relationship of check-in hall of Lukou Airport

3 結(jié)論

基于南京祿口機(jī)場T2 航站樓值機(jī)大廳的實(shí)際情況，根據(jù)主要的國內(nèi)旅客流進(jìn)入值機(jī)大廳的主要流線，在這一固定流線上劃分成3 個區(qū)域，研究各區(qū)域的旅客交通特性的3 參數(shù)（流量、密度、速度）及參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，得到了以下結(jié)論：

1） 值機(jī)大廳各區(qū)域的旅客速度與密度擬合函數(shù)關(guān)系呈反向線性關(guān)系， 旅客速度隨著密度的增大而減小，其中進(jìn)出區(qū)、通道區(qū)、商業(yè)區(qū)的速度隨密度的變化率的絕對值分別為0.154 3，0.472 4，0.449 8，說明速度變化率最小的是進(jìn)出區(qū)，其次是商業(yè)區(qū)，最大的是通道區(qū)，其對密度變化的反應(yīng)更為敏感。

2）值機(jī)大廳各區(qū)域的旅客密度與流量擬合函數(shù)關(guān)系呈一元二次函數(shù)關(guān)系，隨著旅客密度的增大，旅客流量先增大到最佳旅客流后再減小。 當(dāng)K﹤1.798 5 p/m2時(shí)，商業(yè)區(qū)的流量最大，在相同的密度區(qū)間范圍內(nèi)，商業(yè)區(qū)的通行能力最大，說明可以進(jìn)一步規(guī)劃發(fā)展商業(yè)區(qū)，充分利用商業(yè)區(qū)創(chuàng)收。