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摘要:为了研究山地城市阶梯路段行人交通特性，对重庆高校校附近的阶梯路段的行人交通特性进行调查分析。通过实地测量和摄像调查取得大量数据，用统计分析的方法研究行人性别等因素对速度的影响规律；并利用这些数据建立上下阶梯行人的流量—密度、速度—密度关系图。为合理设计阶梯设施，提高阶梯路段通行能力提供依据。
关 键 词：阶梯；交通特性；行人
中图分类号： TU986.4+7文献标识码：A 文章编号：
Pedestrian Traffic Characteristics of Ladder Sections In Mountain city
Liu Shichao，Xu Haiqiu，Yang Yazao
(School of Traffic & Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China )
Abstract: In order to study the traffic characteristics of pedestrian on the ladder sections of mountain city, we analysis pedestrian traffic characteristics of ladder sections near the university in Chongqing. The analysis data came through scene surveys and video record investigation. The stair speed rule considering the factors of sex and others is analyzed by statistics methods; and the diagrams of pedestrian flow-density and velocity-density on the stairs are built by using the data. It will provide the basis for the rational design of ladder facilities and improving the traffic capacity of ladder sections.
Keyword: ladder; traffic characteristics; pedestrian
0.前言
我國是个多山的国家，山地约占国土的三分之二，约三分之一的人口居住在山地。山地对现代人类生活的影响将比过去更加强烈，山地城市是山地居民生活的重要场所，也是山地经济与文化发展的重要基地。我国的西南山区是山地城市密集的地区，同平原城市相比，山地城市在空间形态和环境特征方面有所不同。山地城市大量集中分布于中西部连绵起伏的山区里，或山区和平原的交错带上，东部丘陵地区分布较为分散；城市发展用地受地形条件限制，具有长期无法克服的复杂的山地垂直地貌特征，由此形成了独特的分台聚居和垂直分异的人居空间环境，人均用地密度较平原城市高[1]。山地城市的一个重要的特征就是坡度，这也是影响山地城市居民出行方式的一个重要因素。典型的山地城市像重庆、香港、青岛、延安等，居民出行方式大多以步行和公交出行为主，非机动车和小汽车等私人出行方式所占比例较低。以重庆为例，2010年城区交通调查统计显示，居民出行方式47.5%为步行。在山地城市中，人们的步行环境就是起伏变化的地形，爬坡上坎，顺着主要的步行阶梯上下再分流至次等级的巷道、梯步，步行系统与环境紧密契合[2]。因此对阶梯路段行人的速度、流量、密度等相互关系的交通特性的研究，在保证阶梯设施的功能实用，提高行人空间的舒适度，保障行人的交通服务需求，增强山地城市道路步行设施人性化等方面具有重要的理论和现实意义。
1.行人交通的研究
目前国内外对阶梯路段行人交通特性的研究不是很多。主要是以行人的流量、密度、速度这三者的关系为基础，研究行人的交通特性及行人交通设施的通行能力等。国外学者Taku Fujiyama等人通过实验研究了楼坡度对步行速度的影响[3]；Tobias Kretz等人从楼梯长度方面研究对行人速度的影响[4] 他们的研究主要从设施方面考虑对行人速度的影响，并且以实验为基础具有一定的局限性，但研究方法有一定的借鉴性。国内，许多学者从行人流的三个参数关系入手，建立速度、流量同密度之间关系的数学模型，分析行人的交通特性。如：柳伍生等人对地铁站楼梯行人流交通特性进行数据拟合分析得到特征函数模型[5]；贾洪飞等人对综合交通枢纽内部楼梯段行人上下行的交通特性及流量、密度、速度之间的关系及函数模型进行了研究并与水平通道处进行了对比[6]。另外一些学者研究了行人个体特征和环境等因素对行人速度的影响，同时也建立行人流参数关系模型分析行人交通特性。像王凯英等人从性别、年龄、信息或环境方面研究了对楼梯行人速度的影响，并分析了流量、速度与行人所占面积之间的关系[7]；刘栋栋等人通过对北京南站调查获得的大量行人交通特性数据，建立了行人交通流三参数关系模型[8]。这些学者的研究主要集中在了单向楼梯段上的行人流参数流量、密度、速度三者关系及拟合函数的研究，但没有对双向对流的阶梯段行人交通特性进行研究。
2. 山地城市阶梯特征
山地城市一般修建在坡度大于50°以上的坡地上，其居住、交通、绿化等各项功能都是在山体上完成的，城市虽然修建在平坦的用地上，但周边山体对城市的布局、结构及城市发展影响重大。高低起伏的自然环境造成了步行道中阶梯路段很多。这些阶梯路段一般分布在居住区与重要的活动场所或交通站点等与人们日常密切相关的活动场所。它们一般是普通的阶梯步道，也有与其他城市相似的天桥和地下通道等。
3. 行人特征参数采集
本文采取摄像记录观测的方法，在所选观测区正上方架设摄像设备，向下垂直拍摄观测区域。通过观测视频录像采集行人的性别、流量、密度、速度等参数。研究区域选择阶梯的中间段，统计1min内通过固定观测断面的人数，将此人数除以60得到流率，然后再除以断面有效宽度即得到流量；同样，统计这段区域1min内20s、40s、60s末的行人数，取3组数的平均值作为这一分钟内的密度；行人进入观察区域计时到走出观察区域，用区域水平距离除以所用时间得到行人水平速度。
本次调查地点为连通学校教学区与住宿区必经的两个阶梯路段，编号为一号和二号。调查时间为上午9:40至10:10和下午3:40至4:10这两个时段，对两个路段连续调查了14天。
阶梯有上行阶梯、下行阶梯和上下行混合阶梯。本文所调查研究的数据均为上下行混合阶梯上的，调查的群体为学生。
4. 阶梯水平速度特征分析
从行人的性别分析对行人阶梯水平速度的影响，按照上下阶梯情况进行分析。
表1上行阶梯水平速度表2下行阶梯水
阶梯上行人速度分为水平速度、垂直速度和倾斜速度，这里只比较水平速度。由表2和表3可以发现上行速度要比下行速度慢一些，这是由于阶梯上行要比行费力。而无论是上行还是下行男性平均速度要比女性平均速度快一些，但是并无明显规律可循。上行中，男性最大速度为，最小速度为，女性最大速度为，最小速度为；下行中，男性最大速度为，最小速度为，女性最大速度为，最小速度为。这种现象说明相同设施上行人的速度受到性别的影响。同样相同性别的行人在不同阶梯上的速度也有差异，这种差异与设施环境等因素相关，需要更近一步的研究。
5 流量—密度—速度三者关系
5.1 速度與密度之间的关系
阶梯上下行速度—密度关系如图1和图2。
图1 上行阶梯 图2 下行阶梯
由表3，对比二次函数和线性函数的拟合程度，上行行人速度与密度关系选择对数模型。阶梯上行曲线估计为，检验值。由此得到阶梯上行行人步行速度与行人密度关系模型。
从图1中可以看出，当密度小于时，速度分布比较离散拟合程度很差，这是由于低密度下，行人在自由流速情况行人步行速度与密度相关性不大，受行人个体差异的影响较大。在密度大于小于的范围内，行人步行速度随着密度的增加急剧下降，而在至范围内，步行速度随着密度的增加下降速度变缓。
由表2，对比二次函数和线性函数的拟合程度，下行行人速度与密度关系选择对数模型。阶梯下行曲线估计结果为，检验值。得到阶梯下行行人步行速度与行人密度关系模型。
从图2中同样可以得到，当密度小于时，速度分布比较离散，与上行情况相同。在和范围内，行人速度同样随着密度的增加急剧下降，之后下降趋势变缓。这是由于采集数据选取的时间是课间时间，同时由于几个通道口的分流，没有高密度下的数据；另一个原因是行人在阶梯上行走时很少选取与前面行人相邻的那个阶梯，与行人的心理活动有一定的相关性。
5.2 流量与密度间的关系
流量与密度关系图如下图3。
图3流量与密度关系
Fig.3 Relationship between flow and density
表5 模型汇总和参数估计值
Tab.5 Model summary and parameter estimates
对比对数函数和线性函数的拟合程度，行人流量与密度关系选择对数模型。流量与密度曲线估计为，检验值。由此得到阶梯段行人流量与行人密度关系模型。由图可知，行人的流量随着密度的增加上升，达到一定密度后，流量的增加随着密度的增加上升变缓，并出现逐渐接近一定值的趋势。
5.3国内外对阶梯段行人交通研究对比
表6国内外已有研究分析表
Tab.6 Comparison of conclusions
表6中，不同作者对行人流参数关系曲线的研究结果具有一定的差异，国内与国外学者所选用的建模方法有所不同，同时国外与国内行人体型的差异也是造成差异的一个因素。本文同学者柳伍生柳、贾洪飞的研究结果中给出的曲线对比，可以发现行人流基本图的变化趋势趋于一致，但是因研究的对象不同，行人流参数关系模型的系数有一定的差异。同文献9相比，由于所采取的建模方法不同，同时由于国内同国外行人个体特征的差异，造成了参数模型的明显差异。本文同文献10相比，重庆与香港同为山地城市，但拟合的行人流参数关系模型同样存在着差异，这主要是因为本文调查的对象主体是学生，并且是针对混合双行的阶梯段上的行人研究。
6.结束语
以学校附近的地下通道阶梯段的行人交通为研究对象，利用观测到的大量数据进行分析，得到性别和设施环境作用下，双向阶梯行人上下阶梯的步行速度特征，同时得出了双向阶梯上行人交通的流量、密度和速度三者之间的关系。研究发现，行人的性别和设施环境对阶梯上行人步行速度有着明显的影响；双向阶梯上行人上下行的速度、流量与密度关系总体上符合一般规律。在“以人为本”的交通发展策略下，研究成果对于山地城市阶梯路段设施的规划设计提供一定的参考，并可用于交通微观仿真模型。
参考文献(References)：
[1]陈玮.对我国山地城市概念的辨析[J]. 华中建筑，2001,1(3)
[2]雷诚，赵万民.山地城市步行系统规划设计理论与实践——以重庆市主城区为例[J].城市规划学刊，2008年第3期.
[3]FUJIYAMAT, TYLERN. Pedestrian speeds on stairs: an initial step for a simulation model[ DB/OL]. ( 2004-01-10) [ 2008-9-1] http: //eprints uc.l ac. uk/1241/.
[4] KRETZ T, GRUNEBOHM A, KESSEL A, et al. Upstairs walking speed distributions on a long stairway. Safety Sci 2008, 46(1): 72-78
[5]柳伍生,余朝玮.地铁站楼梯行人流交通特征的数据拟合分析[J]. 计算机工程与应用，2008, 44(3): 50-52
[6]贾洪飞，杨丽丽，唐明.综合交通客运枢纽内部行人流特性分析及仿真参数标定[J]. 交通运输系统工程与信息，2009.10,Vol.9, No.5
[7]王凯英,廖明军,孟宪强,王显利.上海地铁站内行人楼梯交通特性[J]. 上海海事大学学报，2009.3,Vol. 30, No.1
[8]刘栋栋,赵斌.北京南站行人特征参数的调查与分析[J]. 建筑科学，2011.5，Vol.27, No.5
[9]Daly,P.N.,McGrath,F. and Annesley,T.J., Pedestrian Speed/flow Relationships for Underground Stations. Traffic Engineering and Control, 1991,Vol.32(2):75-78
[10]Lam, W.H.K., Morrall, J.F., and Ho, H. Pedestrian Flow Characteristics in Hong Kong. Transportation Research Record 1487,1995,56-62
关 键 词：阶梯；交通特性；行人
中图分类号： TU986.4+7文献标识码：A 文章编号：
Pedestrian Traffic Characteristics of Ladder Sections In Mountain city
Liu Shichao，Xu Haiqiu，Yang Yazao
(School of Traffic & Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China )
Abstract: In order to study the traffic characteristics of pedestrian on the ladder sections of mountain city, we analysis pedestrian traffic characteristics of ladder sections near the university in Chongqing. The analysis data came through scene surveys and video record investigation. The stair speed rule considering the factors of sex and others is analyzed by statistics methods; and the diagrams of pedestrian flow-density and velocity-density on the stairs are built by using the data. It will provide the basis for the rational design of ladder facilities and improving the traffic capacity of ladder sections.
Keyword: ladder; traffic characteristics; pedestrian
0.前言
我國是个多山的国家，山地约占国土的三分之二，约三分之一的人口居住在山地。山地对现代人类生活的影响将比过去更加强烈，山地城市是山地居民生活的重要场所，也是山地经济与文化发展的重要基地。我国的西南山区是山地城市密集的地区，同平原城市相比，山地城市在空间形态和环境特征方面有所不同。山地城市大量集中分布于中西部连绵起伏的山区里，或山区和平原的交错带上，东部丘陵地区分布较为分散；城市发展用地受地形条件限制，具有长期无法克服的复杂的山地垂直地貌特征，由此形成了独特的分台聚居和垂直分异的人居空间环境，人均用地密度较平原城市高[1]。山地城市的一个重要的特征就是坡度，这也是影响山地城市居民出行方式的一个重要因素。典型的山地城市像重庆、香港、青岛、延安等，居民出行方式大多以步行和公交出行为主，非机动车和小汽车等私人出行方式所占比例较低。以重庆为例，2010年城区交通调查统计显示，居民出行方式47.5%为步行。在山地城市中，人们的步行环境就是起伏变化的地形，爬坡上坎，顺着主要的步行阶梯上下再分流至次等级的巷道、梯步，步行系统与环境紧密契合[2]。因此对阶梯路段行人的速度、流量、密度等相互关系的交通特性的研究，在保证阶梯设施的功能实用，提高行人空间的舒适度，保障行人的交通服务需求，增强山地城市道路步行设施人性化等方面具有重要的理论和现实意义。
1.行人交通的研究
目前国内外对阶梯路段行人交通特性的研究不是很多。主要是以行人的流量、密度、速度这三者的关系为基础，研究行人的交通特性及行人交通设施的通行能力等。国外学者Taku Fujiyama等人通过实验研究了楼坡度对步行速度的影响[3]；Tobias Kretz等人从楼梯长度方面研究对行人速度的影响[4] 他们的研究主要从设施方面考虑对行人速度的影响，并且以实验为基础具有一定的局限性，但研究方法有一定的借鉴性。国内，许多学者从行人流的三个参数关系入手，建立速度、流量同密度之间关系的数学模型，分析行人的交通特性。如：柳伍生等人对地铁站楼梯行人流交通特性进行数据拟合分析得到特征函数模型[5]；贾洪飞等人对综合交通枢纽内部楼梯段行人上下行的交通特性及流量、密度、速度之间的关系及函数模型进行了研究并与水平通道处进行了对比[6]。另外一些学者研究了行人个体特征和环境等因素对行人速度的影响，同时也建立行人流参数关系模型分析行人交通特性。像王凯英等人从性别、年龄、信息或环境方面研究了对楼梯行人速度的影响，并分析了流量、速度与行人所占面积之间的关系[7]；刘栋栋等人通过对北京南站调查获得的大量行人交通特性数据，建立了行人交通流三参数关系模型[8]。这些学者的研究主要集中在了单向楼梯段上的行人流参数流量、密度、速度三者关系及拟合函数的研究，但没有对双向对流的阶梯段行人交通特性进行研究。
2. 山地城市阶梯特征
山地城市一般修建在坡度大于50°以上的坡地上，其居住、交通、绿化等各项功能都是在山体上完成的，城市虽然修建在平坦的用地上，但周边山体对城市的布局、结构及城市发展影响重大。高低起伏的自然环境造成了步行道中阶梯路段很多。这些阶梯路段一般分布在居住区与重要的活动场所或交通站点等与人们日常密切相关的活动场所。它们一般是普通的阶梯步道，也有与其他城市相似的天桥和地下通道等。
3. 行人特征参数采集
本文采取摄像记录观测的方法，在所选观测区正上方架设摄像设备，向下垂直拍摄观测区域。通过观测视频录像采集行人的性别、流量、密度、速度等参数。研究区域选择阶梯的中间段，统计1min内通过固定观测断面的人数，将此人数除以60得到流率，然后再除以断面有效宽度即得到流量；同样，统计这段区域1min内20s、40s、60s末的行人数，取3组数的平均值作为这一分钟内的密度；行人进入观察区域计时到走出观察区域，用区域水平距离除以所用时间得到行人水平速度。
本次调查地点为连通学校教学区与住宿区必经的两个阶梯路段，编号为一号和二号。调查时间为上午9:40至10:10和下午3:40至4:10这两个时段，对两个路段连续调查了14天。
阶梯有上行阶梯、下行阶梯和上下行混合阶梯。本文所调查研究的数据均为上下行混合阶梯上的，调查的群体为学生。
4. 阶梯水平速度特征分析
从行人的性别分析对行人阶梯水平速度的影响，按照上下阶梯情况进行分析。
表1上行阶梯水平速度表2下行阶梯水
阶梯上行人速度分为水平速度、垂直速度和倾斜速度，这里只比较水平速度。由表2和表3可以发现上行速度要比下行速度慢一些，这是由于阶梯上行要比行费力。而无论是上行还是下行男性平均速度要比女性平均速度快一些，但是并无明显规律可循。上行中，男性最大速度为，最小速度为，女性最大速度为，最小速度为；下行中，男性最大速度为，最小速度为，女性最大速度为，最小速度为。这种现象说明相同设施上行人的速度受到性别的影响。同样相同性别的行人在不同阶梯上的速度也有差异，这种差异与设施环境等因素相关，需要更近一步的研究。
5 流量—密度—速度三者关系
5.1 速度與密度之间的关系
阶梯上下行速度—密度关系如图1和图2。
图1 上行阶梯 图2 下行阶梯
由表3，对比二次函数和线性函数的拟合程度，上行行人速度与密度关系选择对数模型。阶梯上行曲线估计为，检验值。由此得到阶梯上行行人步行速度与行人密度关系模型。
从图1中可以看出，当密度小于时，速度分布比较离散拟合程度很差，这是由于低密度下，行人在自由流速情况行人步行速度与密度相关性不大，受行人个体差异的影响较大。在密度大于小于的范围内，行人步行速度随着密度的增加急剧下降，而在至范围内，步行速度随着密度的增加下降速度变缓。
由表2，对比二次函数和线性函数的拟合程度，下行行人速度与密度关系选择对数模型。阶梯下行曲线估计结果为，检验值。得到阶梯下行行人步行速度与行人密度关系模型。
从图2中同样可以得到，当密度小于时，速度分布比较离散，与上行情况相同。在和范围内，行人速度同样随着密度的增加急剧下降，之后下降趋势变缓。这是由于采集数据选取的时间是课间时间，同时由于几个通道口的分流，没有高密度下的数据；另一个原因是行人在阶梯上行走时很少选取与前面行人相邻的那个阶梯，与行人的心理活动有一定的相关性。
5.2 流量与密度间的关系
流量与密度关系图如下图3。
图3流量与密度关系
Fig.3 Relationship between flow and density
表5 模型汇总和参数估计值
Tab.5 Model summary and parameter estimates
对比对数函数和线性函数的拟合程度，行人流量与密度关系选择对数模型。流量与密度曲线估计为，检验值。由此得到阶梯段行人流量与行人密度关系模型。由图可知，行人的流量随着密度的增加上升，达到一定密度后，流量的增加随着密度的增加上升变缓，并出现逐渐接近一定值的趋势。
5.3国内外对阶梯段行人交通研究对比
表6国内外已有研究分析表
Tab.6 Comparison of conclusions
表6中，不同作者对行人流参数关系曲线的研究结果具有一定的差异，国内与国外学者所选用的建模方法有所不同，同时国外与国内行人体型的差异也是造成差异的一个因素。本文同学者柳伍生柳、贾洪飞的研究结果中给出的曲线对比，可以发现行人流基本图的变化趋势趋于一致，但是因研究的对象不同，行人流参数关系模型的系数有一定的差异。同文献9相比，由于所采取的建模方法不同，同时由于国内同国外行人个体特征的差异，造成了参数模型的明显差异。本文同文献10相比，重庆与香港同为山地城市，但拟合的行人流参数关系模型同样存在着差异，这主要是因为本文调查的对象主体是学生，并且是针对混合双行的阶梯段上的行人研究。
6.结束语
以学校附近的地下通道阶梯段的行人交通为研究对象，利用观测到的大量数据进行分析，得到性别和设施环境作用下，双向阶梯行人上下阶梯的步行速度特征，同时得出了双向阶梯上行人交通的流量、密度和速度三者之间的关系。研究发现，行人的性别和设施环境对阶梯上行人步行速度有着明显的影响；双向阶梯上行人上下行的速度、流量与密度关系总体上符合一般规律。在“以人为本”的交通发展策略下，研究成果对于山地城市阶梯路段设施的规划设计提供一定的参考，并可用于交通微观仿真模型。
参考文献(References)：
[1]陈玮.对我国山地城市概念的辨析[J]. 华中建筑，2001,1(3)
[2]雷诚，赵万民.山地城市步行系统规划设计理论与实践——以重庆市主城区为例[J].城市规划学刊，2008年第3期.
[3]FUJIYAMAT, TYLERN. Pedestrian speeds on stairs: an initial step for a simulation model[ DB/OL]. ( 2004-01-10) [ 2008-9-1] http: //eprints uc.l ac. uk/1241/.
[4] KRETZ T, GRUNEBOHM A, KESSEL A, et al. Upstairs walking speed distributions on a long stairway. Safety Sci 2008, 46(1): 72-78
[5]柳伍生,余朝玮.地铁站楼梯行人流交通特征的数据拟合分析[J]. 计算机工程与应用，2008, 44(3): 50-52
[6]贾洪飞，杨丽丽，唐明.综合交通客运枢纽内部行人流特性分析及仿真参数标定[J]. 交通运输系统工程与信息，2009.10,Vol.9, No.5
[7]王凯英,廖明军,孟宪强,王显利.上海地铁站内行人楼梯交通特性[J]. 上海海事大学学报，2009.3,Vol. 30, No.1
[8]刘栋栋,赵斌.北京南站行人特征参数的调查与分析[J]. 建筑科学，2011.5，Vol.27, No.5
[9]Daly,P.N.,McGrath,F. and Annesley,T.J., Pedestrian Speed/flow Relationships for Underground Stations. Traffic Engineering and Control, 1991,Vol.32(2):75-78
[10]Lam, W.H.K., Morrall, J.F., and Ho, H. Pedestrian Flow Characteristics in Hong Kong. Transportation Research Record 1487,1995,56-62