本文是一篇物流论文，本文首先实际调研了校园内和商业中心处行人自行车混合交通场景，并运用观测和统计分析方法，从定性和定量角度，分析了行人、自行车行为特征。然后，建立了行人、自行车统一行为方程，改进了社会力模型，并运用该模型模拟了实际观测的行人自行车混合交通中行人流特征与自行车流特征，以验证改进模型，即参数设置的合理性。
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
随着经济的快速发展和城市化进程的加快，道路交通量急剧增加，使得交通拥堵成为中国大多数城市普遍面临的问题。道路上机动车、非机动车、行人混合行驶是交通拥堵的重要原因之一。所以，交通的合理布局和规划对于国家经济社会的建设具有战略意义，它是国家发展的题中之意。
近年来，低碳生活和绿色交通开始走进我们的生活，步行或自行车成为大多数人出行的主要交通方式。而且随着国家对共享理念的推行，共享单车已经遍布中国200多个城市，数量已经超过两亿五千万辆。因此，行人与自行车混合交通类型在校园、人行横道等交通道路上十分普遍。然而，在这种混合交通情形下，城市交通系统面临着许多挑战，比如道路交通管理、基础设施的布局规划缺乏预见性，科学性和适用性。这导致交通瓶颈区域增多、道路通畅性降低，使得交通拥堵和交通事故等问题变得更加紧迫。根据国际道路交通管理协会统计，从2004年到2013年，行人死亡比例从11%上升到14%，而骑自行车的死亡人数从1.7%上升到14%。
因此，为了解决交通拥堵、交通冲突等一系列问题，我们在倡导绿色出行的同时，更要通过合理的交通设施布局和规划提高行人与自行车共用交通基础设施的效率，并保障行人、自行车在同一交通设施下安全通行。然而，科学合理的基础设施规划与设计离不开交通流中一系列基础理论和参数的支撑，所以本文将针对交通系统中的重要主体进行行为特征分析，即行人交通与自行车交通，并开展一系列行人自行车混合交通流仿真工作。
1.2 国内外研究现状综述
1.2.1 行人行为特征研究
行人流动力学与交通流动力学关系密切。交通流建模与模拟方法也可以应用于行人流研究中。目前国内外学者研究行人交通行为的微观模型主要有社会力模型[1-2]、元胞自动机模型[3-5]、格子气模型[6-9]、场域模型[10-12]等，并集中在两个方面进行分析：一方面，通过改进仿真模型来模拟行人的行为特征。Yuen等提出改进的社会力模型，来描述行人的超越行为，并将原始社会力模型和改进的社会力模型的行人流模式与实验观测数据进行比较，来验证模型改进的合理性。结果表明改进的模型能成功复现行人的超越行为[13]。朱前坤等把减速避让机制加入到社会力模型中，并采用MATLAB对单向行人流进行仿真。结果表明，改进的模型能解决行人碰撞行为，且通过对比分析行人速度与密度关系曲线和行人载荷时程曲线来证明模型的合理性[14]。Weng等将行人避让和超越等行为规则引入到元胞自动机模型中，来模拟不同行走速度下的行人运动以及通道中的双向行人流动力学。仿真结果表明，改进的模型能成功复现双向行人流的分层和拥堵状态。在不同模拟条件下，分层个数不同，并且临界总密度值也不相同[15]。Masahiro等针对行人运动中的侧身行为特性，建立了偏随机步行者的改进格子气仿真模型。结果表明，行人侧身走的速度比直走的速度更高，行人的侧身行走行为能缓解拥堵。侧身行走时，拥堵状态转变的临界点比直走时更低[16]。李珊珊等为了解决行人重叠问题，将行人减速避让机制和行走范围空间加入到社会力模型中，并模拟分析了交叉口处的人行横道单双向行人流特征，来验证模型改进的合理性。模拟结果显示：改进的模型能复现行人避让行人与障碍物的行为，与实际数据比较，当行人密度在0-3.5p/m2内变化时，改进的模型能够使模拟的行人流基本图与实际基本图拟合[17]。Fredrik等将行人运动中的等待行为引入社会力模型中，并进行了一系列模型扩展。结果显示，等待行为对行人运动有重要影响[18]。
第二章 相关理论概述
2.1 交通流基本参数
在道路交通中，行人流或车流表示行人或车辆运行的过程，统称为交通。从定性和定量特征上看，这些交通流运行状态可以称为交通流特性，而交通流参数是指能描述它们的物理量，且交通流的基本性质隐含在这些参数的变化规律之中[56]。流量、速度和密度是重要的宏观交通流参数，它们可以反映和评估交通规划设计的方案和管理措施的优劣，比如在交通分配理论中，通过对各条道路的交通量进行估算，从而就能大概了解道路上的通行能力，进而为交通规划和管理部门提供详细的交通流特性参考依据[57]。
2.1.2 相互关系
在交通流理论研究中，交通基本参数间的关系图称为基本图[58]。大多数关于交通流研究文献都会从基本图角度展开论述，它是研究交通流基本特性的工具。图2-1表示交通基本参数之间的基本关系，实线表示自由流状态，虚线表示拥挤流状态。从图中可以看到，随着交通主体密度的增加，其速度减小，而流量是先增后减，且当密度达到拥堵状态jρ时，速度和流量都接近于0。此外，当交通流为自由状态时，即密度接近0，速度为自由速度jv，流量接近于0。
2.2 交通流自组织现象
2.2.1 自组织概述
1.自组织概念
许多学者从不同角度对自组织概念进行了界定。从系统学角度来看，如果一个系统在内部机制刺激下，可以自发地从简单向复杂方向发展，并在这个过程中不断提高自身的复杂性，那么这个过程就叫做自组织。从进化论角度来看，“自组织”表示一个系统在自身机制作用下，不断完善运行方式和组织构成，进而提高对环境的适应能力的过程。从管理学角度来看，“自组织”是一种有序结构，且各要素自发组织形成，在这过程中组织不断与环境进行信息、物质和能量的交换，但环境因素不干预各要素的组织[60-62]。总地来说，自组织表示一个系统从无序、混乱状态到有序状态的自发形成过程。
2.自组织特征
自组织具有一些明显的特征，具体表现为：
（1）信息共享
自组织系统各要素和单元都掌握着系统运行过程的全套行为规范准则。
（2）短程交流
构成自组织系统的各个个体在进行自身行动过程中，不仅要了解自身状态，而且也要考虑身边个体的状况。由于各要素间距离非常小，所以获得到的是片面的信息。
（3）自主、微观决策
在系统运行准则下，自组织系统构成要素和单元能进行自主决策下一步行 动方案和计划。但它们所做出的决策仅局限于自身，只有所有构成单元的决策总和才对整个系统的宏观行为方案有影响。
（4）持续更新优化
整体自组织系统不断进行自身优化，处于一种动态平衡状态中，即在平衡态附近持续自我调整和演化。若这种运动状态停止，那么表示该自组织系统“死亡”。
（5）并行决策、整体协调
构成自组织系统要素的决策与行动是并行进行的，没有先后决策顺序。此外，在同时决策与行动过程中，系统的全套准则规范保证了整体系统的协调性、稳定性、统一性。
第三章 行人自行车混合交通行为观测分析 .............................. 19
3.1 数据采集与分析 ....................................... 19
3.1.1 观测地点及时间 ............................... 19
3.1.2 数据采集及处理方法.................... 20
第四章 行人自行车混合交通行为仿真研究 .................................. 35
4.1 改进社会力模型 ........................................ 35
4.1.1 基本社会力模型 .......................... 35
4.1.2 统一行为方程 ................................ 36
第五章 人行横道设计仿真研究.................................. 51
5.1 人行横道宽度设计模拟仿真 ............................. 51
5.1.1 人行横道设计相关规定................................. 51
5.1.2 模拟场景设计 ..................................... 51
第五章 人行横道设计仿真研究
5.1 人行横道宽度设计模拟仿真
5.1.1 人行横道设计相关规定
人行横道不仅是道路中的重要组成部分，而且是用斑马线等标线来指导行人过街的基础设施。它是保障行人横穿道路的安全通道[77-79]。
根据《城市道路交通标志和标志设置规范》（GB51038-2015）可知，在没有设置过街天桥或地道等过街设施时，道路交叉路口、地铁站、火车站、大型公共建筑等道路人流量大、集中的位置应该设置人行横道。且人行横道采用平行道路的白色实线，一般线宽为40—45cm，线与线之间相隔介于60cm—80cm，整个人行横道线宽应大于等于3m。具体来说，人行横道的宽度、样式、具体位置应满足下列规定：
1.当人行横道线长度大于16 m时，应在分隔带处设置安全岛，安全岛长度大于等于人行横道线宽，宽度大于等于2m，且安全岛处应设置安全防护设施。
2. 在无信号控制路口的人行横道处，应在人行横道线前设置停止线和警示标识。其中警示标识的形状是白色菱形，在人行横道前30m—50m设置第一组，间隔10m—20m为一组。
3. 在交通量大的路口，应设置两道人行横道，斑马线虚实相互交错，并在人行横道线的两端分别设置方向箭头来指示行人靠右分道过街。
4. 按照路口交通量、人流量、行人年龄、道路宽度、车速等，来确定人行横道的宽度和形式。 根据《中华人民共和国道路交通管理条例》相关规定，自行车利用人行横道过马路时应推行过街，并应遵守交通规则。
总结与展望
本文总结
本文首先实际调研了校园内和商业中心处行人自行车混合交通场景，并运用观测和统计分析方法，从定性和定量角度，分析了行人、自行车行为特征。然后，建立了行人、自行车统一行为方程，改进了社会力模型，并运用该模型模拟了实际观测的行人自行车混合交通中行人流特征与自行车流特征，以验证改进模型，即参数设置的合理性。接着，对影响直通道区域中行人自行车混合交通的因素进行模拟分析。最后，从行人自行车混合交通角度，运用改进的模型仿真分析了不同行人自行车数量下，人行横道处宽度对行人自行车整体混合交通过街效率的影响，从微观速度、密度分布，以及过街总时间指标，选择了最优人行横道宽度。并且，对比分析了人行横道处设置分道过街设施前后的交通参与者（行人、自行车）整体过街效率，为人行横道基础设施规划设计提供参考依据。本文的具体工作如下：
1.对现实行人自行车混合交通场景进行拍摄，总共收集了7345个样本量。首先，从定性的角度对行人自行车混合交通场景中的行人、自行车交通行为特征进行分析。结果表明，行人行为特征包括就近原则、穿越行为、减速与侧向行为、跟随行为、躲避行为。自行车行为特征具有不稳定性、多变性等。然后，运用统计分析方法，对行人和自行车速率进行分析。接着，对采集到的行人自行车混合交通中行人流、自行车流的速度，密度，流量进行分析。结果表明，行人和自行车的密度与速度关系都呈负线性相关，密度与流量关系表现为：流量随着密度的增加先增加再减小。此外，通过研究了行人自行车混合交通中的行人、自行车间距与速度关系，结果表明行人、自行车在行人自行车混合交通中都表现出自减速行为，之后，针对这相同的行为机制建立了统一的行为方程。
2.根据建立的行人、自行车统一行为方程，对基本社会力模型进行改进。之后，运用该模型对实际拍摄的行人自行车混合交通中行人流、自行车流进行模拟，结果表明，改进的模型和设置的参数能较好地复现现实中的行人自行车混合交通行为特征。
参考文献（略）