基于行为选择偏好的教学楼课间人员疏散路径规划_王蒙蒙.pdf

基于行为选择偏好的教学楼课间人员疏散路径规划王蒙蒙，陈智娟，段文秀，黄硕（河南工学院 机械工程学院，河南 新乡 ；河南工学院 车辆与交通工程学院，河南 新乡 ）摘要：针对教学楼课间上下课人流易拥堵现象，通过对各方位楼梯内人流量及拥挤度的调查，基于学生上下楼路径选择行为偏好，利用层次分析法设定课间上下楼推荐路径，并以地面标记的形式引导人流，为紧急集中或疏散楼宇内人群提供路径方案。关键词：选择偏好；层次分析；方案设计；路径规划中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言随着我国高等学校招生人数增加，教学楼内上下课人流交汇时易造成拥堵。为缓解拥堵，目前多采取张贴标语的形式加以管理，但作用不大。本文以某高校某教学楼三层区（共五层）为例，通过实地调查，绘制教学楼各楼层的平面图，统计高峰时段楼层交叉口和不同方位楼梯的上下楼人数，同时测量跟驰时长、自由步行时长，利用调查数据分析学生上下楼的选择偏好，并标定影响学生上下楼因素的重要程度，建立层次分析模型，得出不同路径的综合评价得分，设计上课上楼路径方案；考虑人流交汇，在上楼路径方案的基础上设计下楼路径方案。数据调查教学楼每层布局基本一致，如图和图分别为一层和三层的平面图，其中一层西门为主出入口，号楼梯位于 区中间位置，号楼梯为西门正对主楼梯，距 区、区教室近，号楼梯靠近 区，号楼梯仅承担区通行，号楼梯仅承担区通行，号楼梯距离教学楼主出入口较远，人流量较少，因而在进行上行路径规划时可忽略。人流量调查学校冬季上课时间为 ，经现场调查，人流集中时段有 、。周二教学楼一层人流量调查数据如图所示，早上上课高峰段，学生更偏向选择使用号和号楼梯上楼，而下午大课间与下课高峰段，、号楼梯人流量均较大，其中大课间学生更偏向选择号楼梯，下课则更偏向选择号楼梯，具有明显的路径选择偏好。拥挤度调查拟使用高峰时段各楼层人流移动时长与低峰时段人流移动时长之差评价楼梯段的拥挤程度。其中，低峰时段人流较少，移动时长主要取决于上下楼梯步行速度，定义为自由时长，单位为秒（）；高峰时段人流较多，呈现拥堵状态，跟随人流向前移动至目的地所需时长定义为跟驰时长，单位为秒（）；楼梯拥挤度 即为跟驰时长与自由时长之差，单位为秒（），即。第 卷第期 年月河南工学院学报 收稿日期：基金项目：河南工学院高层次人才科研启动基金（）；河南工学院研究性教学示范课程项目（）；河南工学院教育教学改革研究与实践项目（）第一作者简介：王蒙蒙（），男，河南焦作人，讲师，博士，主要从事数据分析、物料搬运机械研究。图教学楼一层平面图图教学楼三层平面图图教学楼一层高峰时段人流量分布工作日实地调查教学楼各层间不同方位楼梯通行自由时长与跟驰时长如表和表所示。河南工学院学报 年第期表各楼层楼梯通行自由时长楼层方向号楼梯号楼梯号楼梯号楼梯号楼梯二层上行时间（）下行时间（）三层上行时间（）下行时间（）四层上行时间（）下行时间（）表不同时段各楼层楼梯通行跟驰时长时间段 楼梯上行（）上行（）下行（）下行（）上行（）上行（）下行（）下行（）二层号楼梯 号楼梯 号楼梯 号楼梯 号楼梯 三层号楼梯 号楼梯 号楼梯 号楼梯 号楼梯 四层号楼梯 号楼梯 号楼梯 号楼梯 号楼梯 注：理论上，楼梯上行时长应大于下行时长，非拥挤状态下的自由时长应小于拥挤状态下的跟驰时长，但由于调查人员步速在非拥挤状态下不能时刻保持一致，拥挤程度较小时又会跟随人流加快步行速度，因此调查数据略有偏差，本文视偏差在 内为有效数据，且拥挤度 时，记为非拥挤状态，即。由自由时长和跟驰时长可计算出不同时间点各楼层不同方位楼梯的拥挤度，如图所示。从空间分布来看，上行人流拥挤点较下行更为集中，其中上行主要集中在三层的号、四层的号楼梯，下行则集中在二层的号、三层的号、四层的号楼梯；从时间分布来看，全天因人流拥挤造成的最大延误时长存在于（上行）三层的号楼梯，长达 ，但下行的平均延误时长 下 大于上行平均延误时 上，可见上行拥堵点较为突出，延误时长较长，但下行整体较为拥挤。通过路径规划减少上行延误时长，同时结合上行路线指导下行路线的规划，减少人流交汇点，缓解人流拥堵，是本文路径规划的主要目的。（）上行拥挤度（）下行拥挤度图教学楼各层楼梯不同时段拥挤度示意图王蒙蒙，等：基于行为选择偏好的教学楼课间人员疏散路径规划路径规划层次分析法（）简称，可以将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性与定量分析。做出决策主要依靠对研究对象进行“质”的定性分析和对数量特征、关系与变化的定量分析，通过对系统多个因素的分析，明确各因素间的关联性，对各因素进行客观判断后，给出相对重要性的定量表示，并建立数学模型，计算各因素的相对重要性再进行规划和决策。建立树状层次结构模型调查发现，教学楼 区教室使用频率最高，且第三层楼梯拥挤程度最为严重，疏散该点即可疏通整条路径。由此本文以区第三层为到达层设计其上下课路径，选择学生选择偏好、距离和拥挤度作为主要影响因素，上下楼的主要路径有号楼梯、一层走廊和号楼梯，构建树状层次结构模型，如图所示，其中目标层为教学楼第三层区上下楼路线，准则层为选择偏好、距离、拥挤度，方案层为号楼梯、一层走廊、号楼梯。图树状层次结构模型 构建判断矩阵在确定各层次各因素之间的权重时，采用相对尺度，对其目标或准则下的各方案进行两两比较，按其重要程度构造判断矩阵，即要素与要素重要性的比较结果，其赋值可参考 根据一般人的认知习惯和判断能力给出的标度方法确定，如表所示。表判断矩阵 的标度方法标度含义表示两个因素相比，具有同样重要性表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要，上述两相邻判断的中值倒数因素与比较的判断，则因素与比较的判断 由于目标层及每个准则都支配下一层的若干因素，即对于目标和每个准则及其所支配的因素都可以得到一个比较判断矩阵。对于目标层，以尊重学生上下楼路径选择偏好为主，降低因人流拥堵造成安全事故发生概率为基本原则，则准则层中，与相比，稍微重要，处于中间；与相比，稍微重要，即对于目标构建的各准则的相对重要性判断矩阵如表所示；按照同样的方法，对于准则层、构建的各方案排的相对重要性判断矩阵如表所示。表判断矩阵选择偏好距离拥挤度选择偏好 距离 拥挤度 河南工学院学报 年第期表判断矩阵选择偏好距离拥挤度选择偏好 距离 拥挤度 表判断矩阵选择偏好距离拥挤度选择偏好 距离 拥挤度 表判断矩阵选择偏好距离拥挤度选择偏好 距离 拥挤度 单准则下一致性检验教学楼内上下楼路径选择具有一定的主观性和随机性，且路径选择因素较为复杂，而判断矩阵是决策者主观判断的定量描述，不可避免地存在主观性和片面性，不能确保每次比较判断的思维标准完全一致，因此对于每一层次作单准则排序时，均需要做一致性检验，以保持构建判断矩阵过程中的判断标准基本一致，确保决策的准确性。定义一致性指标.，（），其中 为判断矩阵的最大特征值，为判断矩阵的阶数，为判断矩阵，为判断矩阵的特征向量。当.时，判断矩阵具有完全的一致性；当.接近于时，认为判断矩阵有满意的一致性；.越大，判断矩阵不一致性越严重。为衡量.的大小，定义一致性比率.，其中.为随机一致性指标，其取值如表所示。一般认为.时，矩阵的一致性程度在容许范围之内，可通过一致性检验；反之需要调整 重新构建判断矩阵。表随机一致性指标阶数 .使用 软件求出上述比较判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量，并将其特征向量归一化处理，得出相应层次单排序的相对重要性权重向量、一致性指标.、一致性比率.，如表所示，.均小于 ，一致性检验通过。表层次单排序及一致性计算结果矩阵层次单排序权重向量 .（.，.，.）.（.，.，.）.（.，.，.）.（，）层次总排序一致性检验由表可知，准则层对于目标层的排序向量（.，.，.），方案层对于准则层的排序向量，（.，.，.），（.，.，.），（.，.，.），则方案层对于目标层的排序向量（，）（.，.，.）。对层次总排序进行一致性检验，即.，.，则王蒙蒙，等：基于行为选择偏好的教学楼课间人员疏散路径规划.，所以一致性检验通过。方案设计根据方案层对于目标层的排序向量可知，号楼梯的选择权重最大（）且楼梯宽度较号楼梯宽，可承载的横截断面通行量较大；一层走廊和号楼梯选择权重值基本一致，分别为 和 。由此规划上行路径最优为号楼梯三层走廊教室（如图），故地面标记可引导学生从教学楼西门进入；其次为号楼梯三层走廊 教室（如图），路程更短，但楼梯宽度较窄，易拥堵。（）一层路径（）三层路径图区三层上楼规划路径下楼路径规划在考虑学生选择偏好的同时，应与上楼路径对应，尽可能减少人流交汇，由此 教室推荐路径为号楼梯层走廊号楼梯或西门；教室推荐从号楼梯下楼出楼；教室推荐从号楼梯下楼至西门出楼，如图所示。（）三层路径（）一层路径图区三层下楼规划路径楼宇内上下楼不可避免会有人流交汇，建议在地面标记或墙面标语中提示学生靠右侧行驶，有统一的秩序才能更高效地推行规划方案。结语本文基于层次分析法，在尊重学生自主选择的基础上，对高校人流密集的教学楼进行了静态的上下楼路径规划，为紧急快速集中或撤离人群密集场所提供依据，同时也为楼宇内步行标记的设计与布置提供参考，亦可为高校教学楼等人员流动量大场所的设计提供参考。（责任编辑吕春红）河南工学院学报 年第期参考文献：郑景华，冯子闯，刁莹，等基于改进模糊层次分析法的危废处置中心风险评估工业安全与环保，（）：温惠英，沈毅贤基于层次分析法的物流配送车辆导航路径规划求权方法公路交通科技，（）：梁政，董超群，田家林，等 层次分析法确定压缩机整体评价部件权重 西南石油大学学报（自然科学版），（）：罗同顺，左剑恶，干里里，黄霞基于模糊综合评判模型的污水管道缺陷定量化评价方法环境科学学报，（）：，（，；，）：，：；（上接第 页），（，）：，：；王蒙蒙，等：基于行为选择偏好的教学楼课间人员疏散路径规划