航站樓出發(fā)大廳行人交通特性研究*

顧佳羽 包丹文 賈俊華

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 南京 210016)

0 引 言

航站樓出發(fā)大廳是旅客進(jìn)入航站樓的必經(jīng)之所，聚集人數(shù)較多.旅客為各自的目的分散在各功能區(qū)內(nèi)，各部分功能區(qū)的行人交通特性也不盡相同，研究各功能區(qū)的行人交通特性可為航站樓應(yīng)急管理提供基礎(chǔ).

國內(nèi)外關(guān)于交通樞紐行人交通特性的研究較多.周繼彪等[1]對西安市北大街換乘樞紐內(nèi)水平通道、樓梯、站臺(tái)和換乘通道的行人交通特征進(jìn)行了研究，擬合得到四種基礎(chǔ)設(shè)施的行人速度與密度呈反向線性關(guān)系，而行人流量與密度呈一元三次函數(shù)關(guān)系.William等[2]研究了香港不同類型步行設(shè)施的行人流特性，用高峰小時(shí)調(diào)查收集到的數(shù)據(jù)來挖掘速度和流量之間的關(guān)系，校驗(yàn)了各類型行人設(shè)施的行程時(shí)間函數(shù).柳伍生等[3]對上海市重要集散地的樓梯行人流進(jìn)行了研究，建立了樓梯行人流特征模型.陳然等[4]對我國大城市的行人交通特征進(jìn)行了實(shí)測調(diào)查，研究發(fā)現(xiàn)行人步速、步頻服從正態(tài)分布.何流[5]采集了地鐵樞紐的行人樣本，運(yùn)用多元回歸分析法建立了行人步速及空間需求模型.龔曉嵐等[6]基于實(shí)測數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的Kaplan-Meier估計(jì)方法建立了步行交通設(shè)施上的行人自由速度分布模型.孫世煒等[7]對地鐵不同類型設(shè)施結(jié)合處的行人速度進(jìn)行了研究，得到了速度隨密度的變化規(guī)律.袁佳楊[8]闡述了交通流量、人流密度和步行速度這三個(gè)交通參數(shù)的定義，總結(jié)了行人交通流模式建立的十個(gè)步驟.Jia等[9]用視頻技術(shù)收集了中國西直門地鐵站行人流的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，用SPSS對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立了不同樞紐設(shè)施的行人流量參數(shù)的關(guān)系模型.

雖然關(guān)于地鐵等綜合交通樞紐和其他基礎(chǔ)步行設(shè)施上的行人交通流研究較為完善，但是目前國內(nèi)幾乎沒有學(xué)者研究航站樓內(nèi)這一重要綜合交通樞紐的行人交通流特性，鑒于此，本文對航站樓出發(fā)大廳內(nèi)各區(qū)域的行人交通特性進(jìn)行探討，以期為航站樓內(nèi)突發(fā)事件下應(yīng)急救援計(jì)劃的制定提供一定的參考.

1 功能分區(qū)

安檢前航站樓出發(fā)層根據(jù)使用性質(zhì)分為四個(gè)基本功能區(qū)：流通區(qū)、排隊(duì)區(qū)、商業(yè)區(qū)和進(jìn)出區(qū)[10].以南京祿口國際機(jī)場T2航站樓三層出發(fā)層的四個(gè)進(jìn)出口和四個(gè)值機(jī)島附近為主要研究中心，選擇四個(gè)研究區(qū)域見圖1.

圖1 南京祿口國際機(jī)場調(diào)研區(qū)域分布圖

1) 進(jìn)出區(qū) 進(jìn)出口是進(jìn)入和離開航站樓的重要途徑，進(jìn)出區(qū)是研究航站樓行人交通特性時(shí)必須考慮的區(qū)域.即使是非緊急情況下，某一進(jìn)口或出口旁邊也不宜有太多的旅客，否則會(huì)造成該區(qū)域密度過大從而形成擁堵.本文研究出發(fā)大廳四個(gè)進(jìn)出口附近的行人流交通特性.

2) 排隊(duì)區(qū) 排隊(duì)區(qū)是指位于出發(fā)大廳值機(jī)柜臺(tái)前，為正在等待辦理值機(jī)手續(xù)的旅客提供的區(qū)域.南京祿口國際機(jī)場值機(jī)島在出發(fā)大廳中以前列式布局，便于旅客尋找，能減少旅客步行長度，但容易造成擁堵.當(dāng)出現(xiàn)延誤等情況時(shí)，排隊(duì)區(qū)域最可能出現(xiàn)騷亂，所以航站樓管理需要特別注意該區(qū)域的行人流交通特性.

3) 流通區(qū) 流通區(qū)是航站樓內(nèi)行人移動(dòng)的主要場所，作為進(jìn)出區(qū)和排隊(duì)區(qū)之間以及值機(jī)區(qū)和商業(yè)區(qū)之間的過渡.流通區(qū)分為流通前區(qū)和流通后區(qū)和島間流通區(qū).就南京祿口國際機(jī)場的前列式值機(jī)島柜臺(tái)而言，進(jìn)出區(qū)與排隊(duì)區(qū)間的空余空間就是流通前區(qū)；流通后區(qū)指值機(jī)島后側(cè)與商業(yè)設(shè)施之間的部分；島間流通區(qū)指各值機(jī)島之間供旅客流動(dòng)的區(qū)域.功能最多最重要的區(qū)域就是流通前區(qū)，離港流程中旅客也最先經(jīng)過流通前區(qū)，所以本文研究進(jìn)出口和值機(jī)島前排隊(duì)區(qū)之間的流通前區(qū)，這里簡稱流通區(qū).

4) 商業(yè)區(qū) 航站樓中商業(yè)面積占航站樓總面積的10%左右，大型航站樓可達(dá)20%以上，而南京祿口國際機(jī)場T2航站樓商業(yè)面積只占總面積的5.4%，機(jī)場需要重視對商業(yè)設(shè)施的建設(shè).對商業(yè)區(qū)域的行人交通分析有助于對商業(yè)設(shè)施的整體規(guī)劃，提高機(jī)場收益.

2 數(shù)據(jù)采集

工作日高峰時(shí)段行人流出行量大，所以行人流觀測時(shí)間為連續(xù)5個(gè)工作日：2016年12月19日-23日早高峰7:30-9:30及晚高峰4:30-6:30.每個(gè)調(diào)查點(diǎn)采集的信息有：行人流量、密度、速度和各調(diào)查區(qū)域的物理參數(shù).調(diào)查時(shí)在4個(gè)進(jìn)出口區(qū)域和4個(gè)值機(jī)島前的排隊(duì)區(qū)域各安排1人采用視頻錄像的方式記錄行人交通流特征，另外將流通區(qū)劃分成3個(gè)部分由3人采用視頻錄像的方式同時(shí)記錄行人交通流特征，圖1中B值機(jī)島和C值機(jī)島后方的商業(yè)區(qū)分別安排1人采用視頻錄像的方式記錄行人交通流特征.

視頻錄像的優(yōu)點(diǎn)是可以重復(fù)使用，能提供全面的行人流數(shù)據(jù)，節(jié)約人力財(cái)力.根據(jù)錄像采集的數(shù)據(jù)，分幀處理視頻，記錄某一行人進(jìn)入和離開調(diào)查區(qū)域的時(shí)間和其穿越調(diào)查區(qū)域步行的長度，然后用長度除以時(shí)間得到步行速度.同時(shí)記錄該行人進(jìn)入和離開時(shí)間的中間時(shí)刻所處調(diào)查區(qū)域的密度、以及對應(yīng)時(shí)刻的行人流量(對應(yīng)時(shí)刻通過觀測區(qū)某一截面的行人數(shù)量)，見圖2.進(jìn)出區(qū)某時(shí)刻行人流量為單位時(shí)間內(nèi)通過單位長度的行人數(shù)量，人/(m·s).行人密度計(jì)算為

(1)

式中：N為某時(shí)刻航站樓某調(diào)查區(qū)域的行人數(shù)量；s為調(diào)查區(qū)域面積；a為調(diào)查區(qū)域的長；b為調(diào)查區(qū)域的寬.

圖2 某區(qū)域某時(shí)刻流量計(jì)算示意圖

按上述方式處理錄像視頻得樣本數(shù)據(jù)共423組.其中進(jìn)出區(qū)91組，流通區(qū)129組，排隊(duì)區(qū)78組，商業(yè)區(qū)125組.將所有數(shù)據(jù)錄入excel中，見表1.

3 結(jié)果分析

3.1 交通參數(shù)特征

在調(diào)查的四大功能區(qū)內(nèi)，行人交通特性不盡相同，結(jié)果見表2.

1) 行人速度 根據(jù)國內(nèi)外研究，現(xiàn)代人平均步行速度為1.46 m/s，南京市行人平均步行速度為1.32 m/s.本文研究的機(jī)場航站樓四個(gè)功能區(qū)的行人平均步行速度均小于南京市行人平均步行速度，出現(xiàn)這樣的結(jié)果可能是由于旅客攜帶行李行動(dòng)不便，步速減小.

表1 各功能區(qū)交通特性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表(部分)

表2 南京祿口國際機(jī)場T2航站樓出發(fā)廳行人交通特性

流通區(qū)行人平均速度最高，為1.17 m/s；其次是進(jìn)出區(qū)，為1.11 m/s，旅客都從大門進(jìn)入或離開，高峰時(shí)刻很可能在進(jìn)出區(qū)形成堵塞，產(chǎn)生拉鏈效應(yīng)，影響整體步行速度，所以平均速度要小于流通區(qū)；再次是商業(yè)區(qū)，為0.70 m/s，旅客值機(jī)完后或就餐或購物，所以平均步速要明顯小于進(jìn)出區(qū)和流通區(qū)；最后是排隊(duì)區(qū)，行人平均速度最小，為0.67 m/s，原因是大多數(shù)旅客在排隊(duì)區(qū)內(nèi)等候辦理值機(jī)手續(xù)，排隊(duì)區(qū)的行人平均速度與值機(jī)效率有關(guān).

2) 行人密度 進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、排隊(duì)區(qū)、商業(yè)區(qū)行人平均密度分別為1.214，1.106，0.705，0.651 人/m2.密度最高的是進(jìn)出區(qū)，是航站樓設(shè)計(jì)中必須考慮的重點(diǎn)；其次是流通區(qū)，它是行人主要移動(dòng)場所，密度過大使行人障礙增加，造成擁擠感；再次是排隊(duì)區(qū)，南京祿口機(jī)場高峰時(shí)刻排隊(duì)區(qū)人數(shù)較多，平均密度較高，當(dāng)出現(xiàn)延誤等突發(fā)事件時(shí)要著重考慮這部分人群的疏散；最后是商業(yè)區(qū)，南京祿口機(jī)場對商業(yè)開發(fā)力度還不大，吸引顧客較少，所以商業(yè)區(qū)平均密度最小，未來可以加強(qiáng)機(jī)場商業(yè)的開發(fā)，增大商業(yè)區(qū)利用率.

3) 行人流量 進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、排隊(duì)區(qū)、商業(yè)區(qū)行人平均流量分別為0.989,1.127,0.472,0.651 人/m2.平均流量從高到低的順序與平均速度一致：流通區(qū)>進(jìn)出區(qū)>商業(yè)區(qū)>排隊(duì)區(qū).但這樣的結(jié)果并不表明速度與流量呈正相關(guān)關(guān)系，下文可以證明.

3.2 交通參數(shù)之間的關(guān)系

1) 速度與密度 在MATLAB中，將每一樣本的速度與密度轉(zhuǎn)化為散點(diǎn)，見圖3.

圖3 速度-密度關(guān)系散點(diǎn)圖

根據(jù)速度-密度散點(diǎn)圖，行人速度和密度大致符合反向線性關(guān)系，運(yùn)用擬合工具箱cftool對密度與速度進(jìn)行一元一次線性擬合，見表3.

表3 各功能區(qū)速度-密度關(guān)系擬合曲線及參數(shù)估計(jì)值

總體而言，行人群體密度增加，步行速度逐漸減小，擬合的相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.8以上，速度和密度確實(shí)為反向線性關(guān)系.

進(jìn)出區(qū)和流通區(qū)行人速度明顯高于排隊(duì)區(qū)和商業(yè)區(qū).流通區(qū)斜率絕對值最大，為0.888 7，表明流通區(qū)行人速度受密度影響最大，原因是流通區(qū)是航站樓行人的主要移動(dòng)場所，是旅客完成各項(xiàng)流程的過渡區(qū)域，由于存在自組織現(xiàn)象和拉鏈效應(yīng)，需要預(yù)留足夠的空間供旅客穿行；其次是排隊(duì)區(qū)，速度隨密度變化的斜率絕對值為0.854 1，雖然在排隊(duì)區(qū)旅客速度較小，但旅客對空間要求較高；再次是商業(yè)區(qū)，斜率絕對值為0.729 1，商業(yè)區(qū)面積較大且旅客密度相對流通區(qū)來說要小得多，所以速度受密度影響并不明顯；最后是進(jìn)出區(qū)，斜率絕對值為0.663 5，高峰時(shí)刻進(jìn)出區(qū)旅客通常較多，對高密度空間有一定的容忍度，速度變化率較小.

在進(jìn)出區(qū)，樣本密度的主要范圍是0.7～1.4 人/m2，速度基本保持在0.9～1.45 m/s之間；流通區(qū)樣本密度的主要范圍是0.6～1 人/m2，速度基本保持在1～1.55 m/s之間；排隊(duì)區(qū)樣本密度的主要范圍是0.3～0.8 人/m2，速度基本在0.5～1.2 m/s之間；商業(yè)區(qū)樣本密度的主要范圍是0.4～0.9 人/m2，速度基本在0.6～0.9 m/s之間.基于擬合曲線計(jì)算得到進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、排隊(duì)區(qū)、商業(yè)區(qū)速度為零時(shí)的阻塞密度依次為2.7，2.2，1.5，1.6 p/m2.

2) 密度與流量 在MATLAB中，將每一樣本的流量與密度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為散點(diǎn)，見圖4.

圖4 流量-密度關(guān)系散點(diǎn)圖

根據(jù)繪制出的流量-密度散點(diǎn)關(guān)系圖，運(yùn)用cftool對密度與流量進(jìn)行一元二次擬合，相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，可認(rèn)為得到的流量-密度關(guān)系符合實(shí)際，見表4.

表4 各功能區(qū)流率-密度關(guān)系擬合曲線及參數(shù)估計(jì)值

流量隨密度的變化趨勢為：一開始密度為零流量為零；隨密度增大，流量逐漸增加.當(dāng)密度達(dá)到某一最佳密度時(shí)，流量最大.密度小于最佳密度時(shí)，表示該功能區(qū)行人可以自由走動(dòng)；密度大于最佳密度時(shí)，表示出現(xiàn)擁擠狀況，行人活動(dòng)受到限制，隨著密度繼續(xù)增大，流量持續(xù)減小，該功能區(qū)越發(fā)擁擠，進(jìn)而影響其他功能區(qū)乃至整個(gè)航站樓的正常運(yùn)行；當(dāng)密度達(dá)到某一阻塞密度時(shí)流量變?yōu)榱?，該功能區(qū)癱瘓.

進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、排隊(duì)區(qū)和商業(yè)區(qū)最佳密度即行人流最大密度分別為1.4，1.0， 0.5，0.8 人/m2.文獻(xiàn)[11]規(guī)定，航站樓出發(fā)大廳流動(dòng)區(qū)域高峰小時(shí)宜向每旅客提供1 m2的空間，與本文計(jì)算得到的流通區(qū)最佳密度十分接近.進(jìn)出區(qū)最佳密度要高于流通區(qū)，說明進(jìn)出區(qū)行人對空間要求低于流通區(qū).排隊(duì)區(qū)、商業(yè)區(qū)的空間要求高于進(jìn)出區(qū)和流通區(qū)，南京祿口國際機(jī)場高峰小時(shí)至少應(yīng)保證排隊(duì)區(qū)1.25 m2/旅客的空間面積和商業(yè)區(qū)2 m2/旅客的空間面積，否則旅客會(huì)產(chǎn)生擁擠感覺.

進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、排隊(duì)區(qū)、商業(yè)區(qū)流量為零時(shí)的阻塞密度依次為2.8，2.0，1.2，1.6 人/m2(2.7，2.2，1.5，1.6 人/m2)，與通過速度-密度擬合曲線計(jì)算得到的速度為零時(shí)的阻塞密度大致相等.查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)一般樞紐內(nèi)行人阻塞密度在3.8～10.0 人/m2，而航站樓功能區(qū)內(nèi)的阻塞密度要小得多，表明旅客對機(jī)場服務(wù)的要求高于其他樞紐設(shè)施.

3) 流量-速度-密度 運(yùn)用Matlab繪制流量-速度-密度的三維關(guān)系圖，見圖5.

圖5 流量-速度-密度關(guān)系散點(diǎn)圖

4 結(jié) 論

1) 在相同的密度下，南京祿口國際機(jī)場航站樓出發(fā)大廳流通區(qū)行人速度最大，其次是進(jìn)出區(qū)，再次是商業(yè)區(qū)，行人速度最小的是排隊(duì)區(qū).各功能區(qū)行人速度與密度符合反向線性關(guān)系.

2) 南京祿口國際機(jī)場航站樓出發(fā)大廳各功能區(qū)的流量與密度符合一元二次線性關(guān)系，流量隨密度先增大后減小，進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、商業(yè)區(qū)、排隊(duì)區(qū)的最大流量分別為1.19，1.29，0.61，1.05 人/(m·s).

3) 南京祿口國際機(jī)場航站樓出發(fā)大廳進(jìn)出區(qū)、流通區(qū)、商業(yè)區(qū)、排隊(duì)區(qū)的阻塞密度分別為2.7，2.0，1.2，1.6 人/m2，航站樓管理時(shí)要時(shí)刻注意各功能區(qū)的密度，使高峰小時(shí)的旅客密度小于阻塞密度，保證航站樓運(yùn)行的正常性.

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