石 琦 方 勇 胡 華 劉志鋼 魏萬(wàn)旭

(上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院, 201620, 上海)

由于多樣化的檢票方式與不斷增大的客流量,在城市軌道交通(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“城軌”)車(chē)站閘機(jī)設(shè)施前,經(jīng)常出現(xiàn)行人因移動(dòng)掃碼而延滯通行的現(xiàn)象。究其原因是閘機(jī)設(shè)施是行人進(jìn)出站時(shí)無(wú)法規(guī)避的必經(jīng)之地,行人需采取延滯通行的方式來(lái)應(yīng)對(duì)暫時(shí)無(wú)法通行的情況。行人停滯行為具有充分利用空間等特性[1],研究停滯行為的共性和特性可以幫助理解行人在城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處的交通行為。

目前,針對(duì)閘機(jī)設(shè)施處的行人交通行為特征已有一定的研究。文獻(xiàn)[2-4]對(duì)行人在閘機(jī)設(shè)施處無(wú)法順利通行時(shí)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了研究,但未對(duì)行人停滯行為進(jìn)行詳細(xì)分析。行人停滯行為譜作為全面統(tǒng)計(jì)行人停滯行為特性的數(shù)據(jù)體系,排除了行人個(gè)體差異(例如性別、年齡、是否攜帶行李等),直觀反映了行人停滯行為的共性規(guī)律。現(xiàn)有交通行為譜相關(guān)研究并不多,文獻(xiàn)[5]以車(chē)頭時(shí)距、車(chē)頭間距、相對(duì)速度、TTC(沖突時(shí)間)等參數(shù)作為跟馳行為譜構(gòu)成要素,構(gòu)建司機(jī)在15種典型跟馳駕駛場(chǎng)景下的跟馳行為譜。文獻(xiàn)[6]提出了基于大樣本統(tǒng)計(jì)分布的不良駕駛行為閾值確定方法,以及不良駕駛行為譜特征值計(jì)算方法,這兩種方法可以應(yīng)用于對(duì)不良駕駛車(chē)輛與不良駕駛行為的實(shí)時(shí)辨別。目前,對(duì)行人交通行為譜的研究較為缺乏,通過(guò)構(gòu)建行人停滯行為譜并解析其特征,可確定停滯行為特征閾值,從而可辨識(shí)異常停滯行為,為改善閘機(jī)設(shè)施的設(shè)計(jì)與設(shè)置,減少行人交通安全風(fēng)險(xiǎn)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜構(gòu)成要素

當(dāng)行人無(wú)法順利通行城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施時(shí)會(huì)停滯不前。城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜應(yīng)包含如下幾類(lèi)要素:

1) 閘機(jī)設(shè)施:最常見(jiàn)的閘機(jī)類(lèi)型為門(mén)扉式閘機(jī)和三桿式閘機(jī)。

2) 行人流:采用行人流率反映行人流特征,即單位時(shí)間行人通過(guò)閘機(jī)設(shè)施的數(shù)量。已有研究發(fā)現(xiàn),閘機(jī)設(shè)施的實(shí)際通行能力與設(shè)計(jì)通行能力存在較大差異[7-8]。據(jù)實(shí)地觀測(cè),最大行人流率為15 人次/min。當(dāng)行人流率為0～5人次/min時(shí),行人能自由地選擇閘機(jī)設(shè)施和行走速度,且行走基本不受行人流中其他行人的影響,行人流處于自由流;當(dāng)行人流率為>5～10 人次/min時(shí),行人受行人流中其他行人的干擾較大,行走速度受到一定限制,行人流處于穩(wěn)定流,有擁擠感;當(dāng)行人流率為>10～15 人次/min時(shí),行人受行人流中其他行人的干擾更加嚴(yán)重,行人流處于不穩(wěn)定流狀態(tài);當(dāng)行人流率靠近上限15 人次/min時(shí),閘機(jī)設(shè)施每分鐘可通行的行人流量達(dá)到最大值,行人已無(wú)自由選擇行走速度的余地。根據(jù)實(shí)際觀測(cè),本文將行人流率劃分為0～5人次/min、>5～10人次/min、>10～15人次/min進(jìn)行研究。

3) 個(gè)體停滯行為:利用表征個(gè)體行人發(fā)生該行為時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行表征,一般應(yīng)包括時(shí)間、位移及距離等參數(shù)。

1.2 車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為表征指標(biāo)

將行人或車(chē)輛視為運(yùn)動(dòng)單元。本文認(rèn)為行人停滯行為可以通過(guò)行人自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其與閘機(jī)設(shè)施的相對(duì)位置來(lái)表征。閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為的表征指標(biāo)見(jiàn)圖1。

注:DV—縱向距離[1];DH—橫向距離;Rstop—停滯范圍;①、②、③—同一行人在Rstop內(nèi)的3個(gè)不同位置;(x1、y1)—行人在位置①的坐標(biāo);(x0、y0)—行人在閘機(jī)處刷卡時(shí)的位置坐標(biāo)。

DV是指行人停滯行為起點(diǎn)與閘翼/閘桿中心的縱向距離:

DV=|y1-y0|

(1)

式中:

y1——行人停滯行為起點(diǎn)位置的縱坐標(biāo);

y0——閘翼/閘桿中心位置的縱坐標(biāo)。

DH是指行人停滯行為起點(diǎn)與閘翼/閘桿中心的橫向距離:

DH=|x1-x0|

(2)

式中:

x1——行人停滯行為起點(diǎn)位置的橫坐標(biāo);

x0——閘翼/閘桿中心位置的橫坐標(biāo)。

Rstop是指行人停滯行為發(fā)生時(shí)所處區(qū)域的大小:

Rstop=πr2

(3)

式中:

r——行人沿某一方向行走的最大距離,一般r取0～1.28(假設(shè)行人的步幅為0.64 m[3])。

tstop是指行人停滯行為的持續(xù)時(shí)間:

tstop=tn-t1

(4)

式中:

t1——行人停滯行為起點(diǎn)時(shí)刻;

tn——行人停滯行為終點(diǎn)時(shí)刻。

1.3 行人停滯行為譜的構(gòu)建方法

當(dāng)行人停滯行為表征指標(biāo)值明顯較小或明顯較大時(shí),其對(duì)閘機(jī)設(shè)施的實(shí)際通行能力和擁擠風(fēng)險(xiǎn)會(huì)帶來(lái)顯著影響,因此,可假設(shè)行人停滯行為表征指標(biāo)值應(yīng)集中在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi),而遠(yuǎn)離此區(qū)間的表征指標(biāo)值即為異常值。四分位差法是異常值檢測(cè)中一種常見(jiàn)的方法,可以用于對(duì)各種分布數(shù)據(jù)的閾值計(jì)算[9]。本文采用四分位差法作為行人停滯行為表征指標(biāo)閾值的確定方法,從而獲得行人停滯行為譜表征指標(biāo)的上下限閾值范圍,其可進(jìn)一步作為判別行人異常停滯行為的依據(jù)。

行人停滯行為表征指標(biāo)閾值Mi為:

Mi=max(0,(Qi1-1.5RIQ,i),(Qi3+1.5RIQ,i))

(5)

式中:

Qi1——行人停滯行為表征指標(biāo)i樣本參數(shù)分布的下四分位;

Qi3——行人停滯行為表征指標(biāo)i樣本參數(shù)分布的上四分位;

RIQ,i——i樣本參數(shù)的四分位差。

獲取不同行人流率下不同類(lèi)型閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為表征指標(biāo)的均值、閾值和波動(dòng)范圍,作為城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜范例,如表1所示。

表1 城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜范例

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于上海城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處的監(jiān)控視頻。監(jiān)控視頻分辨率為704 像素×576 像素,幀率為24 幀/s。由于監(jiān)控視頻攝像機(jī)的角度不是完全垂直于地面,視頻圖像拍攝角度傾斜,故無(wú)法采用攝像機(jī)俯拍提取行人行為數(shù)據(jù)[10]。本文采用Adobe After Effects軟件對(duì)行人進(jìn)行自動(dòng)追蹤,以行人的臉部為追蹤目標(biāo),記錄每1幀追蹤目標(biāo)圖像的像素坐標(biāo);對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定,獲取攝像機(jī)內(nèi)參矩陣、旋轉(zhuǎn)矩陣及平移向量等參數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[11]提供的方法將追蹤目標(biāo)的二維像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo),通過(guò)一定時(shí)間內(nèi)視頻畫(huà)面中的行人位置坐標(biāo)變化,可計(jì)算出行人停滯行為的表征指標(biāo)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集界面截圖如圖2所示。經(jīng)篩選用于本次研究的行人停滯行為的樣本數(shù)據(jù)共89個(gè)。

a) 攝像機(jī)標(biāo)定

b) 世界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及表征指標(biāo)獲取

3 城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜

根據(jù)采集的數(shù)據(jù)及行人停滯行為譜構(gòu)建方法,得到城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜,如表2所示?；诒?,對(duì)不同閘機(jī)類(lèi)型(門(mén)扉式和三桿式)和不同行人流率(0～5人次/min、>5～10人次/min、>10～15人次/min)下,行人停滯行為表征指標(biāo)分布的差異性進(jìn)行逐一分析。

表2 城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜

3.1 DV與DH

DV與DH反映了行人相對(duì)閘機(jī)設(shè)施的位置。不同行人流率下門(mén)扉式閘機(jī)設(shè)施處的DH如圖3所示。

a) 行人流率為0～5人次/min

b) 行人流率為>5～10 人次/min

c) 行人流率為>10～15 人次/min

由圖3可見(jiàn):在門(mén)扉式閘機(jī)設(shè)施處,行人流率為0～5人次/min、>5～10人次/min、>10～15 人次/min時(shí),對(duì)應(yīng)的DH的均值分別為0.21 m、0.25 m、0.20 m,對(duì)應(yīng)的閾值分別為0～0.60 m、0～0.69 m、0～0.42 m,主要分布在0～0.20 m內(nèi)。

不同行人流率下三桿式閘機(jī)設(shè)施處的DH如圖4所示。由圖4可見(jiàn):在三桿式閘機(jī)設(shè)施處,當(dāng)行人流率為0～5人次/min、>5～10人次/min、>10～15 人次/min時(shí),對(duì)應(yīng)的DH的均值分別為0.40 m、0.35 m、0.32 m;當(dāng)行人流率0～5 人次/min時(shí),DH主要分布在0.5～0.6 m內(nèi);當(dāng)行人流率>5～10 人次/min時(shí),DH主要分布在0.2～0.6 m內(nèi);當(dāng)行人流率>10～15 人次/min時(shí),DH主要分布在0～0.4 m內(nèi)。

a) 行人流率為0～5人次/min

b) 行人流率為>5～10 人次/min

c) 行人流率為>10～15 人次/min

由此可見(jiàn):DV遠(yuǎn)大于DH,表示行人易在閘機(jī)設(shè)施正前方停滯。另外,根據(jù)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn),存在部分行人退至閘機(jī)設(shè)施側(cè)方停滯的現(xiàn)象,這與行人的運(yùn)動(dòng)空間和文化程度有關(guān)。

3.2 Rstop

不同閘機(jī)設(shè)施類(lèi)型和不同行人流率下的Rstop箱形圖如圖5所示。由圖5可見(jiàn):當(dāng)行人流率>5～10 人次/min時(shí),Rstop標(biāo)準(zhǔn)差取得最大,即門(mén)扉式閘機(jī)設(shè)施處Rstop標(biāo)準(zhǔn)差為0.57 m2,三桿式閘機(jī)設(shè)施處Rstop標(biāo)準(zhǔn)差為0.59 m2,這表示此時(shí)行人Rstop波動(dòng)性最大;隨著行人流量的增加,行人可用空間減小,因此當(dāng)行人流率>10～15 人次/min時(shí),行人Rstop減小,波動(dòng)性減小。

b) 三桿式

3.3 tstop

不同閘機(jī)設(shè)施類(lèi)型和不同行人流率下的tstop箱形圖如圖6所示。由圖6可見(jiàn):隨著行人流率的增加,tstop的RIQ,i減小,且閾值也顯著減小;三桿式閘機(jī)設(shè)施處的tstop標(biāo)準(zhǔn)差減小,其波動(dòng)性亦減小。

a) 門(mén)扉式

b) 三桿式

4 結(jié)語(yǔ)

1) 綜合考慮閘機(jī)類(lèi)型、行人流和個(gè)體停滯行為三類(lèi)要素特征,構(gòu)建了城軌車(chē)站閘機(jī)設(shè)施處行人停滯行為譜范例。

2) 采用四分位差法確定行人停滯行為譜表征指標(biāo)上下限閾值,對(duì)行人停滯行為縱向距離、橫向距離、停滯范圍及停滯時(shí)間等4個(gè)表征指標(biāo)的均值、閾值和波動(dòng)范圍進(jìn)行分析,全面解析了不同閘機(jī)類(lèi)型和不同行人流率下的行人停滯行為譜特征。

3) 后續(xù)研究應(yīng)進(jìn)一步增大閘機(jī)設(shè)施樣本量數(shù)據(jù),完善行人停滯行為譜指標(biāo)閾值?？衫帽疚难芯克悸泛头椒?對(duì)城軌車(chē)站樓梯、自動(dòng)扶梯、站臺(tái)等場(chǎng)景進(jìn)行行人停滯行為譜特征研究。