基于VR的地铁站行人路径选择行为分析研究.pdf

第 卷 第 期 年 月武 汉理工大学学报(信息与管理工程版)().文章编号:()文献标志码:基于 的地铁站行人路径选择行为分析研究成梦洁刘少博李杏彩付艳云(.武汉理工大学 智能交通系统研究中心湖北 武汉.武汉理工大学 国家水运安全工程技术研究中心湖北 武汉.北京市科学技术研究院北京)摘 要:地铁站的结构大型化以及功能复合化导致行人寻路困难而行人在导向标识作用下的路径选择行为规律还未被充分研究 通过 技术开展地铁站内行人路径选择实验研究地铁站内关键决策点处的行人路径选择行为特征 基于 环境获取的行人路径选择行为数据实现了对导向标识作用下行人路径选择行为规律的量化研究和更深入的探讨并采用 法分析行人路径选择行为与各个影响因素之间的关系 结果表明:男女在地铁站内关键决策点处的路径选择行为特征存在较大的差异导向标识的设置、路径上的人流量、行人与基础设施之间的距离以及个人属性等对地铁站内行人的路径选择行为具有显著性影响 行人倾向于选择设有导向标识、人流量较低、直行及较宽的路径关键词:路径选择导向标识虚拟现实()地铁站行人流中图分类号:./.收稿日期:.作者简介:成梦洁()女硕士研究生研究方向为行人交通.基金项目:国家自然科学基金项目()湖北省交通运输厅科技项目().地铁站的结构大型化及功能复杂化导致站内行人寻路困难、寻路效率低等问题日益凸显 为应对大客流冲击国内外专家们深入研究行人路径选择行为的特征发现导向标识对行人路径选择行为的影响较大 目前国内外关于地铁站内导向标识对行人路径选择行为影响的研究主要包括行人路径选择行为、导向标识及 在行人交通的应用 个方面已有的行人路径选择行为方面的研究大多关注路径选择人员的自身因素、建筑环境因素及出行特征因素对行人路径选择决策的影响 等研究了人行道状况、人行横道等建筑 环 境 因 素 对 步 行 路 线 选 择 的 影 响 等发现老年人在影响路径选择的路线设置、步行能力、路线长度等因素上存在性别和年龄差异 另外也有研究通过构建路径选择模型或者算法模拟行人路径选择过程 等搭建考虑可用路线距离、长度、拥挤程度和可用出口容量的行人路径选择模型模拟行人在紧急疏散过程中的路径选择行为 等使用全局 算法对地图上的所有单元进行路径规划并结合社会力模型模拟真实场景中的行人逃生行为行人路径选择行为与导向标识的交互也一度成为众多学者的研究热点马晓晴基于功能性、系统性、文化性、审美性、个性化和前瞻性等基本原则设计历史文化街区导向标识 早期的导向标识布局带着工作人员强烈的主观性色彩缺乏标准化和规范性的正确引导有关标识布局的研究主要体现在标识的安装高度及标识数量等方面不贴合实际需求 随着研究的深入关于导向标识布局的相关研究也取得了很大的进展 丁璐构建悬挂式导向标识布置原则及可视域模型设计悬挂式导向标识布局生成算法评价导向标识布局方案虚拟现实技术的使用为安全、无创的建筑物内行人行为规律的研究提供了另一种选择 该方法适用范围较为广阔不仅可以对同一场景不断地重复实验灵活地改变实验场景而且实验设计者可以完美地控制设计因素的变化使得实验中的三维场景更加真实从而使实验的沉浸体现感更好 此外“三维”和“沉浸式”环境可视化以及漫游交互式的进展进一步增强了虚拟现实技术的潜在适用性和普及性尤其在资源和危险系数高的应用领域如在突发事件中的人群疏散实验、军 事 领 域 的 虚 拟 战 场 的 演 习 演 练 等构建虚拟现实系统在虚拟环境中设计受控实验评估建筑标识和行人寻路影响因素白寒在 场景内构建虚拟火灾场景进行车站内火灾事故仿真研究目前相关研究领域对导向标识作用下行人的路径选择行为规律的研究还不充分且对路径选择行为发生的关键决策点行人在导向标识引导下如何进行路径决策的问题还缺乏科学的认识 此外现阶段大多数微观行人流仿真中的路径选择模型主要以时间最少或距离最短为约束进行构建往往与实际情况有一定的出入且模型的主观性较强缺乏实测数据的客观支撑其可靠性及准确性有待进一步验证 因此针对行人在地铁站内导向标识作用下的路径选择问题开展 实验充分利用 技术考虑导向标识和多种影响因素耦合采集行人在路径关键决策点处的决策行为数据 通过决策行为数据定性定量地分析行人路径选择规律更好地掌握地铁站内人群流动的特征为地铁站客流疏导、管控、行人设施服务水平评估等提供仿真工具和科学依据 行人路径选择行为 实验.实验平台搭建研究开展行人路径选择行为研究的实验平台架构主要由 个模块构成:硬件设备、软件系统和漫游交互 其中硬件设备主要实现实验平台的操作和展示软件系统主要实现三维虚拟现实环境的搭建漫游交互主要实现人机交互数据的采集.实验设计通过调研已有研究分析导向标识作用下行人路径选择的影响因素最终确定本次 实验中需要采集和分析的行人路径选择行为影响因素如表 所示 针对地铁站内楼扶梯、自动检票闸机、站厅层多路径交织区 个关键决策点分别进行交叉设计如表 所示表 自变量定义表变量名称分类变量取值导向标识的设置无有人流量低中高距离近远路径宽度比 性别男女其中楼扶梯场景中考虑行人可选的通道有楼梯、扶梯和通道 个楼梯和扶梯的设置又分为“并列式楼扶梯”和“分开式楼扶梯”分别指楼梯与扶梯相对于行人所在位置处于同一个方位并列设置和楼梯与扶梯在行人的左右两侧分开设置这两种情况 自动检票闸机场景是指当行人面对两表 实验场景及自变量说明表实验场景可选路径人流量标识并列式楼扶梯扶梯楼梯通道高 中 低有 有 无分开式楼扶梯扶梯楼梯通道高 中 低有 有 无自动检票闸机就近闸机第二闸机高 低有 无站厅层多路径交织区最短路径非最短路径高 低有 无个可选闸机组考虑两个闸机组的距离、人流量、标识对路径选择的影响 站厅层多路径交织区是指行人在站厅层面对多个可选通道时考虑路径时是否受到最短路径、路径宽度、路径上人流量以及标识情况的影响 人流量和标识是动态变化的表中仅为示例 例如并列式楼扶梯场景中人流量“高 中 低”表示当前“扶梯人流量为高”、“楼梯人流量为中”、“通道人流量为低”标识“有 有 无”表示当前“扶梯设置标识”、“楼梯设置标识”、“通道未设置标识”以导向标识的设置、人流量、距离、路径宽度比及性别为自变量共开展实验 次其中并列式楼扶梯场景 次分开式楼扶梯场景 次自动检票闸机场景 次站厅层多路径交织区场景 次 并列式楼扶梯场景中自变量包括通道导向标识的有无和可选路径的人流量在此情况下观察被试选择扶梯、楼梯或通道的结果 在分开式楼扶梯场景中自变量包括楼梯和扶梯之间导向标识的有无和可选路径的人流量、距离远近(行人起始位置和楼扶梯的实际距离)在此情况下观察被试选择扶梯、楼梯和通道的结果 自动检票闸机场景中自变量包括通往第二闸机的通道上导向标识的有无和可选路径的人流量、距离在此情况下观察被试选择就近闸机或第二闸机的第 卷 第 期成梦洁等:基于 的地铁站行人路径选择行为分析研究结果 站厅层多路径交织区场景中自变量包括非最短路径上导向标识的有无、可选路径的人流量、宽度比(宽度比 非最短路径的宽度:最短路径的宽度)在此情况下观察被试选择最短路径或非最短路径的结果.实验过程描述实验对象共计 人其中男性和女性各 人都具有乘坐地铁的经历均为 大学在校学生 实验过程具体为:向被试者详细讲解实验目的、实验内容、实验设备及用途、实验操作和实验场景中的注意事项 被试者佩戴实验设备切入到虚拟现实预实验的场景中在实验设计者的指令下完成对应的实验操作 下达指令使被试者能够在不断切换的场景中完成实验操作.问卷设计为了进一步确定影响行人路径选择的因素在实验开展之前需要对被试者进行问卷调查问卷调查表设计如表 所示 实际分发问卷 份有效回收 份表 问卷调查表调查问题月乘坐地铁次数 次(次(次 次乘坐地铁时通常负重为多少(在地铁站内的迷路频次经常偶尔第一次可能会从不有关地铁站内的寻路经验没有一般有较有非常有会使用标识进行路径选择吗从不偶尔一般经常 实验结果和分析.行人路径选择行为特征分析根据地铁站内的关键决策点进行分类可以获取到楼扶梯、自动检票闸机和站厅层多路径交织区等 个决策点共计 个场景的 条 实验数据不同人流量、有无导向标识设置、性别及路径宽度下地铁站关键决策点处行人路径选择概率如图 所示导向标识、人流量、路径宽度、性别及距离都图 不同人流量/导向标志设置/性别/路径宽度下地铁站关键决策点处行人路径选择规律会对行人在地铁站内关键决策点处的路径选择产生影响 行人路径选择的个人偏好依次是选择设置导向标识的路径、选择人流量较少的路径、按照原始的行走方向选择直行路径和选择较宽路径在楼扶梯、自动检票闸机、站厅层多路径交织区等地铁站关键决策点处行人对当前最优路径的选择概率与人流量成反比 就近闸机/最短路径/扶梯的人流量增大行人选择就近闸机/最短路径/扶梯的概率减小 其中在站厅层多路径交织区场景下当最短路径人流量升高行人选择最短路径的概率减少 同样在自动检票闸机场景下当就近闸机人流量升高行人选择最短路武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月径的概率减少 当其他可选路径未设置导向标识时行人倾向于选择最优路径很少选择未设置导向标识的其他路径 当其他可选路径设置导向标识时行人选择其他可选路径的概率明显增大 在站厅层多路径交织区场景下当非最短路径设置导向标识时行人选择非最短路径的概率增加 同样在自动检票闸机场景下当距离较远的第二闸机设置导向标识时行人选择第二闸机的概率增加 男女在地铁站内关键决策点处的路径选择行为特征存在较大的差异当排队等待时间超出预期时男性倾向于选择人流量少但较消耗体力或距离更远的路径而女性偏好选择节省体力或距离较近但需要排队等待的路径 在自动检票闸机场景下当就近闸机人流量较高时有 的男生选择距离较远的第二闸机仅 的女生选择第二闸机 相较于体力消耗男性更不愿意排队等待而女性恰好相反更倾向于选择距离最近的闸机最短路径和非最短路径人流量均低时当最短路径的宽度扩大一倍选择最短路径行人增加当最短路径的宽度再扩大一倍时选择最短路径的人数保持不变 主要原因是行人偏好选择较为空旷或者宽的路径但随着路径宽度的增长行人的路径选择结果最终会趋于稳定.变量显著性分析通过对行人路径选择行为特征分析可知在关键节点处导向标识的设置和其他影响因素的综合作用下地铁站内的行人路径选择行为存在明显差异 因此需要通过科学、合理的方法系统地分析上述因素对地铁站内行人路径选择的影响而显著性检验法主要就是用来判断路径选择行为与各个变量之间的关系 首先采用柯尔莫哥洛夫 斯米诺夫()法对行人路径选择结果进行正态性检验随后通过克鲁斯卡尔 沃利斯()法对地铁站内行人路径选择进行显著性检验分析行人路径选择行为与各个影响因素之间的关系在进行显著性分析之前需要对行人路径选择结果进行正态性检验柯尔莫哥洛夫 斯米诺夫()检验结果如表 所示经过 检验各关键决策点处行人路径选择结果正态检验 值均为.也就意味着行人路径选择结果的实际累积表 检验结果关键决策点统计量自由度并列式楼扶梯.分开式楼扶梯.自动检票闸机.站厅层多路径交织.概率与预期累积概率不符因此地铁站内行人路径选择结果数据属于非正态分布随后通过克鲁斯卡尔 沃利斯()法对地铁站内行人路径选择进行显著性检验科学的分析行人路径选择行为与各个影响因素之间的关系 楼扶梯、自动检票闸机、站厅层多路径交织区处检验结果如表 所示若影响因素 值小于.则其对地铁站内关键决策点处行人路径选择行为具有显著性影响 因此地铁站关键决策点处检验结果表明:并列式楼扶梯场景下通道标识、扶梯人流量、楼梯人流量、性别、迷路频次、寻路经验 个因素对行人路径选择行为具有显著性影响 分开式楼扶梯场景下扶梯标识、楼梯标识、扶梯人流量、楼梯人流量、扶梯距离、性别、寻路经验 个因素对行人路径选择行为具有显著性影响 自动检票闸机场景下第二闸机标识、就近闸机人流量 个因素对行人路径选择行为具有显著性影响 站厅层多路径交织区场景下非最短路径标识、非最短路径人流量及最短路径人流量 个因素对行人路径选择行为具有显著性影响 结论采用沉浸式虚拟现实()技术探究地铁站行人路径选择的关键决策点处导向标识设置与行人路径选择行为之间的关系剖析了各个因素是如何具体影响行人的路径选择决策 通过对 种场景下行人路径选择行为的分析得到以下结论:()导向标识设置影响行人路径选择决策行人倾向于选择距离较短、人流量较少、宽度较宽的最优路径当非最优可选路径设置导向标识时选择非最优可选路径的人明显增多()男女在地铁站内关键决策点处的路径选择行为特征存在较大的差异当排队等待时间超出预期时男性倾向于选择人流量少但较消耗体力或距离更远的路径而女性偏好选择节省体力或距离较近但需要排队等待的路径()人流量与行人路径选择概率成反比 当就近闸机、扶梯及最短路径上人流量增加时选择第 卷 第 期成梦洁等:基于 的地铁站行人路径选择行为分析研究表 地铁站关键决策点处检验结果统计(仅包括显著性影响因素)场景影响因素无标识()有标识()综合作用()并列式楼扶梯通道标识.扶梯人流量.楼梯人流量.性别.迷路频次.寻路经验.分开式楼扶梯扶梯标识.楼梯标识.扶梯人流量.楼梯人流量.扶梯距离.性别.寻路经验.自动检票闸机第二闸机标识.就近闸机人流量.站厅层多路径交织区非最短路径标识.非最短路径人流量.最短路径人流量.就近闸机、扶梯及最短路径人数明显减少()行人倾向于选择路径较宽的路径但随着路径宽度的增长行人的路径选择结果最终会趋于稳定()用 法系统的分析了地铁站内关键决策点处导向标识作用下行人路径选择行为与各个变量之间的关系发现导向标识的设置、路径上的人流量、行人与基础设施之间的距离以及个人属性等对地铁站内行人的路径选择行为具有显著性影响参考文献:.():.():.():.():.().:.马晓晴.基于地域文化符号下的历史文化街区导向标识系统设计研究.南昌:江西财经大学.张蜇贾利民秦勇等.基于协同引导的地铁站台导向标识系统布局优化.交通运输系统工程与信息():.林建新.基于乘客视觉感知行为的综合客运交通枢纽分级导向标识布设方法研究.北京:北京交通大学.丁璐.地铁车站悬挂式导向标识可视域及布局设计研究.北京:北京交通大学.:.:().:.白寒.基于、与 模型的轨道交通车站火灾疏散仿真系统设计.北京:北京交通大学.(下转第 页)武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月.张文杰.消防指挥中心信息通信支撑系统研究.长江信息通信():.张富山白夜王占伟等.消防救援队伍现代化指挥系统一短三快初战机制应用分析.中国应急救援():.金国慧.浅析大数据背景下消防指挥调度体系建设.计算机与网络():.金国慧.浅析大数据背景下如何提升消防指挥调度效能.中国消防():.钟焱军胡显俊.新时代国家应急救援消防智能接处警体系研究.电信快报():.王仕宝.基于云平台的一体化智能指挥调度系统设计.中国新通信():.刘梦董雷董志勇等.城市级智慧消防云平台架构的设计.电子技术与软件工程():.:.:.:.(上接第 页):.:.:():.武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月