园博会直行甬道中行人流“潮汐甬道”的仿真设计
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摘 要：研究基于园博会中直行甬道中行人流动的潮汐性特征，通过对直行甬道中密集行人流的仿真模拟，从理论和数据角度论证设置行人流“潮汐甬道”的必要性，较为系统地提出了“潮汐甬道”的设置方案及方向切换条件，为大型游园活动中密集人流管理与控制提供若干对策建议。
关键词：潮汐甬道；行人流仿真；园博会
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0029-02
0 引言
随着我国经济社会的发展，一些大城市相继举办了各种大型展示盛会，前来游览参观的游客络绎不绝，大量的行人在短时间内涌入博览会场地，给园区道路造成了巨大的压力。在园博会等大型游园活动中，密集人群的流动呈现出潮汐现象，某一方向的行人流量远超过另一方向，即道路通行能力双向不平衡的现象。
研究以直行甬道中的行人流为研究对象，根据行人流的流量流向情况，对符合条件的路段设置“潮汐甬道”，对于缓解由于行人流双向流量不平衡产生的拥堵情况、防止拥挤踩踏事故发生、保障行人安全具有重要意义。
但是，国内外现有研究主要是对以往游园活动中成功经验和失败教训的总结与积累，并未形成完整的理论体系，且此类研究多为定性的分析，缺乏理论和数据的支撑，无法对行人流潮汐现象定量分析，从数据的角度得出更为精确的结论，确定行人流“潮汐甬道”的设置条件及方向的转换时机等等。因此，本研究通过对行人流在直行甬道中的流動特征进行仿真模拟，论证设置行人流“潮汐甬道”的必要性并提出设置方案，为园博会行人流“潮汐甬道”的设计提供理论基础与数据支撑。
1 园博会直行甬道中的行人流“潮汐甬道”设置的必要性
本文以园博会中的直行甬道为研究对象，采用基于Agent的仿真建模方法，设定行人流“潮汐甬道”的实施条件，模拟游客在“潮汐甬道”的行走行为，为园博会“潮汐甬道”的设计提供理论模型的支撑。
研究通过对行人流“潮汐甬道”的设置效果进行仿真，验证实施行人流“潮汐甬道”前后道路通行能力是否有所改善。模型对双向能够容纳四人并排行走的道路（双向四条人行道）仿真模拟。假设某一时段某一道路上共有100人在行走，其中，78人正向行走（重行人流方向），22人反向行走（轻行人流方向），即KD=0.78，仿真时长为1200ticks。设行人行走的最大速度为1，遇前方有行人时，会减速并跟着前方行人速度向前行走，当前方无其他行人时，加速行走。
图1、图2分别为未设置行人“潮汐甬道”（双向人行道条数为2：2）和设置了行人“潮汐甬道”时（双向人行道条数为3：1）模拟出的行人速度，用以表征不同情况下的道路通行能力，行人速度越快，说明该路段的通行能力越好。图中，横坐标为仿真时间，纵坐标为行人的行走速度；红线表示重行人流方向行人的平均速度，蓝线表示轻行人流方向行人的平均速度。
根据仿真模拟结果，未设置行人流“潮汐甬道”时，重行人流方向行人的平均速度约为0.039，轻行人流方向行人的平均速度为1。设置行人流“潮汐甬道”后，重行人流方向行人的平均速度约为0.147，轻行人流方向行人的平均速度为0.202。
结果表明，当通行能力双向明显不平衡时，设置行人流“潮汐甬道”后，重行人流方向行人平均行走速度有明显提高，而轻行人流方向行人平均行走速度有一定下降，但是路段整体通行能力有所提高。
2 园博会直行甬道行人流“潮汐甬道”的设计方案
2.1 关于园博会行人流“潮汐甬道”方向转换时机的确定
“潮汐甬道”开启、关闭及转换的时机由园区内道路双向人流量的大小决定。本文通过仿真模拟双向四行道的道路上行人流的平均行走速度与方向分布系数KD的关系，从而确定开启行人流“潮汐甬道”的最佳时机。
设某一双向四行道路段上有100个行人，行人行走的最大速度为1，研究分别仿真了设置双向人行道条数为2：2、3：1两种情况下的行人行走速度。待仿真数据稳定后，计算双向行人速度平均值。结果如表1所示。
在设置“潮汐甬道”的情况下，当KD<0.75时，重行人流方向的服务水平得到极大的提高，而轻行人流方向行人通行受阻，且KD越小，受阻越严重；当KD=0.75时，双向通道服务水平相同；当KD>0.75时，重行人流方向的服务水平相比原先有一定提升，且轻行人流方向通行顺畅。
根据“轻行人流方向减少人行道后，其服务水平不低于重行人流方向增加人行道后的服务水平”原则，当方向分布系数KD的值小于0.7时，双向人流量分布属于正常范围，无需开启行人流“潮汐甬道”；当KD的取值范围在[0.7，0.75]时，双向人流量不平衡，若开启行人流“潮汐甬道”，重行人流方向服务水平有很大改善，轻行人流方向对行人通行影响不大，可根据实际情况开启行人流“潮汐甬道”；当KD的取值范围在[0.75，1）时，双向人流量不平衡现象严重，需要开启行人流“潮汐甬道”；尤其，当KD大于0.8时，重行人流方向行人通行受阻严重，可考虑将道路设置为单行道，指挥轻行人流方向的行人绕道而行。
2.2 关于行人流“潮汐甬道”管理控制信息系统
2.2.1 基于高清监控图像的人流量自动检测系统
采用智能化的数字技术建设基于高清监控图像的可视化人流量自动监测的显示控制系统，该系统主要用于前端图像与电脑终端的图像接入与传输，实时传输高清监控画面，满足人流量监控与远程控制的需求。
通过高清监控图像的人流量自动检测系统，智能实时收集园博会行人流直行甬道双向行人流量，掌握“潮汐甬道”实时情况，计算方向分布系数，预测行人流潮汐现象产生时间。收集的数据能够为“潮汐甬道”方向转换时机的确定提供辅助决策。
2.2.2 基于GIS的位置服务系统
地理信息系统（GIS，Geography Information System）是园区交通管理系统的核心部分，是行人流“潮汐甬道”管理控制信息系统的载体，具有强大的信息采集和管理能力，可自定义构造各种交通管理信息库、关联数据库、地理与资源图层。
建立基于GIS的位置服务系统，实时获取行人流的位置信息，分析行人流的运动趋势。通过吸引游客使用园博会微信公众号或园博会游园掌上宝等手机应用软件，收集行人的位置信息以及活动轨迹，分析行人流的流量流向特征，适时切换“潮汐甬道”方向。
2.2.3 基于大数据的分析系统
通过园区行人流管理信息系统，自动采集、分析、处理、发布园区内的主要行人流信息，实时监测、监控园区内行人流状况。利用基于大数据的分析系统，收集各类有关行人流通行的影响因素并进行综合分析，结合实际的道路通行条件和承载能力，寻求更合适的“潮汐甬道”转换时机。
园博会管理部门应配备专门人员，根据大数据的分析，加强对行人流“潮汐甬道”的管理，在“潮汐甬道”方向转换及分析系统产生预警时，进行现场指挥，加强对行人流的引导。
3 结语
本文基于园博会等大型活动行人流的潮汐特征，通过对直行甬道中行人流仿真模拟，提出园博会行人流“潮汐甬道”的设置方案。仿真结果表明，设置“潮汐甬道”后，路段通行能力和服务水平确实有一定提高，有利于防止大型游园活动中行人拥挤踩踏事故的发生。本文基于行人流仿真的理论与数据支持，确定了行人流“潮汐甬道”的方向的转换时机，为园博会行人流“潮汐甬道”的设计提出建议。由于数据精确度有限，方案仍需在实践中不断完善和创新，从而为其他大型游园活动中合理利用行人流潮汐现象、缓解道路通行压力提供参考。
参考文献
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