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原文传递学校区域儿童步行过街交通特性及交通安全研究

论文题名：	学校区域儿童步行过街交通特性及交通安全研究
关键词：	道路交叉口;步行儿童;交通特性;过街安全;学校区域
摘要：	随着我国城市机动化水平的迅速提高，交通环境变的日益复杂。儿童作为道路使用者中的弱势群体，尤其是步行的儿童，在交通事故中更容易受到伤害。在我国步行是儿童上下学的主要交通出行方式之一，在上下学时间段学校区域的交叉口形成了高强度的行人流，且接送学生的非机动车、机动车混行其中，导致交叉口拥堵和安全问题凸显。此外，儿童由于身体、心理、认知等发育尚不成熟，在过街时做出正确安全决定的能力有限，且容易出现主动冒险行为，这些都使得儿童在步行过街时比成年人遭受交通碰撞或伤害的风险更高。因此，开展儿童步行过街交通问题的研究，对提升儿童步行过街的安全和效率，减少儿童步行交通伤害具有重要的现实意义。但目前儿童步行过街安全并没有引起足够的重视，学校及相关部门采取的改善措施也缺乏一定的理论依据。在这样的背景下，对儿童步行过街交通特性及交通安全问题进行探索具有重大的理论和现实意义。因此，本研究的目的就是针对学校区域交叉口儿童步行过街的行为特性，建模方法以及安全评价等关键问题进行深入研究，为学校区域行人交通设施的设计、交通流的管理和控制，提高学区交叉口的通行效率和安全提供理论依据和方法指导。　　论文首先以儿童步行过街交通调查数据为基础，系统分析了儿童步行过街的基本交通特性和行为安全。其次基于对行人交通流理论的研究，结合儿童步行过街行为特点以及非机动车干扰机制，建立了儿童步行过街引力元胞自动机模型以及非机动车与行人混合交通流元胞自动机模型。然后在分析儿童过街行为决策和交通冲突的基础上，建立了儿童步行过街交通安全评价模型。最后在这些工作的基础上提出了学校区域儿童步行过街交通安全提升策略，设计了儿童步行过街交通仿真和评价系统。论文的主要研究工作和成果总结如下: 　　通过问卷调查和观测调查全面采集儿童步行过街交通数据。通过问卷调查获取儿童步行过街意识和行为的自我评价以及人口统计学属性;通过观测调查获得儿童步行过街的真实行为特征及动态特性数据。然后对儿童步行过街基本特性及行为安全进行系统分析，探讨影响儿童步行过街特性及安全的相关因素。通过对儿童步行过街速度的统计分析，给出不同条件下学校区域交叉口儿童步行设计速度的参考值。以两个学校区域交叉口为例，重点分析了人行信号倒计时对儿童步行过街行为和安全的影响。　　在行人流元胞自动机模型的基础上，借鉴磁场力模型和地场模型的思想，将目的地对行人的吸引力、空白区域及同向行人的吸引力、对向行人的排斥力以及结伴组员的吸引力运用万有引力公式改变参数进行描述，建立儿童步行过街引力元胞自动机模型。基于儿童结伴及家长陪同的行为特点，在单独行人过街行为演化规则的基础上，提出了家长-儿童组合以及儿童结伴组合的演化规则，对不同类型的儿童行人的微观过街行为和宏观行人流特性进行仿真分析。通过行人流运动状态的分析，发现无结伴和家长陪同时，很快形成过街自组织通道，而行人中的儿童结伴和家长陪同在不同程度上都阻碍了自组织通道的形成，对应的儿童过街速度的仿真分析结果也显示儿童结伴及家长陪同的行为都导致行人流过街平均速度有所下降。　　考虑到学区交叉口非机动车与行人混行的普遍现象，儿童在步行过街时受到非机动车的干扰，将非机动车NS模型嵌入行人引力元胞自动机模型，建立学区交叉口行人与非机动车耦合模型。在模型中基于换道效益对非机动车的更新规则进行了描述，并对儿童与非机动车的相互干扰机制进行了分析。通过对混行交通流过街动态过程的仿真，发现非机动车与行人相互干扰，容易形成局部的交通拥堵。对不同条件下儿童步行过街速度的仿真分析结果显示混行的非机动车流量越大，行人的过街平均速度越小，且当行人中儿童结伴较多时，影响更为明显。电动自行车和电动三轮车对儿童步行过街速度的影响程度更大，与行人混行时更容易造成拥堵。非机动车与行人混行的区域面积越大，对儿童的影响越明显，整体过街速度就越慢。非机动车的逆行行为对儿童步行过街产生了较大干扰，容易造成严重拥堵。　　基于儿童过街前不观察、过街时奔跑以及从众过街等普遍存在的行为，对儿童过街行为决策和交通冲突进行深入分析，建立了无信号交叉口儿童步行过街安全评价模型。通过计算危险度函数值对儿童步行过街安全量化分级，对儿童步行过街的安全进行评价，探讨影响儿童步行过街安全的因素。结果显示机动车的流量和速度都明显影响儿童步行过街的安全性，机动车流量越大，速度越快，儿童步行过街的安全性越低。过街距离越长，儿童步行过街的危险度越高;二次过街相比一次过街的安全性高，尤其是在机动车流量和过街长度较大时更为明显。儿童过街时不观察和奔跑的行为都增加了过街时的交通冲突，降低了过街的安全性。　　对目前我国学校区域儿童过街存在的问题进行归纳，结合本论文的研究成果，从交通工程、交通管理、交通安全教育和交通安全法规层面提出学校区域儿童步行过街交通安全提升策略。在本研究建立的儿童步行过街行为仿真模型和安全评价模型基础上，设计开发了儿童步行过街交通仿真系统，提升模型的适用性和实用性。通过仿真可以再现儿童步行过街的动态过程，统计儿童步行过街相关特性数据和安全指标，以选取的学区交叉口为例进行了系统应用展示。
作者：	付连宁
专业：	系统工程
导师：	邹难
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文