朱 婷，包丹文，張?zhí)祆?，狄智瑋，羊 釗

（南京航空航天大學民航學院，江蘇 南京211106）

航站樓主要是為進行航空運輸?shù)穆每吞峁└黜椃盏闹匾獔鏊娇者\輸?shù)钠毡?，機場客流的增加，航站樓內(nèi)資源也日益緊張，對旅客流的特征研究可為航站樓內(nèi)的區(qū)域規(guī)劃和航空業(yè)務的高效運行提供幫助。

國內(nèi)外在旅客流特征方面的研究有很多，William H K L 等[1]通過研究不同步行設施上的旅客流交通特性，比較速度-流量間的關系，為具有類似步行特征的香港或其他亞洲城市提供一個模型基礎；胡鵬飛[2]分析影響旅客流宏觀特性的因素及宏觀特性參數(shù)間的關系來研究旅客流的運行特點；畢艷祥等[3]對城市軌道交通車站站臺空間服務水平指標體系進行了探討；Jia 等[4]建立了不同設施的旅客流參數(shù)關系曲線；顧佳羽等[5]將航站樓出發(fā)大廳劃分了四大區(qū)域后研究分析各區(qū)域的阻塞密度；金曉瓊等[6]以大連市西安路商業(yè)區(qū)為主要立足點，對旅客進行步幅步速及流量調(diào)查后進行定性定量分析；周繼彪[7]等對北大街地鐵換乘樞紐旅客速度、密度、流量和空間占有率之間的函數(shù)進行研究分析；王會會[8]結(jié)合國內(nèi)外的資料從負重等方面分析影響旅客速度的因素；楊麗麗[9]分析不同設施上旅客的自由速度分布特性，建立流量、速度、密度、占用空間的參數(shù)關系模型研究旅客交通特性；王天童等[10]對行人速度特性通過繪制速度頻率分布圖來進行研究；王雪梅等[11]認為當客流密度小于0.2 m2/p 時，該區(qū)域旅客處于一種危險狀態(tài)。

國內(nèi)外對各交通基礎設施的研究很豐富， 也由戶外交通基礎設施研究逐漸轉(zhuǎn)向室內(nèi)交通基礎設施研究，目前對城市軌道交通的旅客流特征的研究已十分完備，但對航空運輸重要設施的航站樓的旅客流特征的研究還沒有很多，也沒有過多的對單個交通參數(shù)的特征進行細致研究，因此本文選擇了對祿口機場航站樓值機大廳的旅客流進行宏觀特征的研究，根據(jù)旅客流進入值機大廳的主要流線，選取觀測點將其劃分為進出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)，通過視頻采集的方法，提取速度、密度、流量等3 個交通基本參數(shù)的數(shù)據(jù)并進行整合分析后觀察各參數(shù)的特征，再對密度-速度、密度-流量之間的關系進行繪圖分析其特征。

1 旅客步行交通特性調(diào)查方法

1.1 調(diào)查分區(qū)

1.1.1 流線分析

南京祿口機場T2 航站樓值機大廳是進港旅客進行各項航空活動的場所之一，國內(nèi)國際的旅客通過出發(fā)口1-4，地鐵S1 號線，2 組扶梯和4部直梯的方式進入值機大廳，進行值機和商業(yè)活動后，再進入下一部分的安檢流程，進港客流流線流程圖如圖1 所示。 其中國內(nèi)旅客的大部分是通過3 號及4 號出發(fā)口， 地鐵S1 和扶梯來進入值機大廳， 國際旅客的是通過1 號和2 號出發(fā)口，地鐵S1 及直梯進入值機大廳。

圖1 旅客流線流程圖Fig.1 Passenger flow chart

圖2 祿口機場T2 航站樓值機大廳區(qū)域劃分圖Fig.2 Regional division of check-in hall of Terminal 2 in Lukou Airport

1.1.2 區(qū)域劃分

本文選擇了位于江蘇省南京市江寧區(qū)的南京祿口國際機場為調(diào)查研究對象，基于值機大廳為實現(xiàn)航空運輸功能的設施，根據(jù)主要的國內(nèi)旅客流進入值機大廳的主要流線——從3 號出發(fā)口及3 號出發(fā)口旁的扶梯進入值機大廳，在C 值機島完成值機活動后進入商業(yè)區(qū)，在這一固定流線上選取調(diào)查點，將其劃分為3 個區(qū)域，如圖2 所示。

1） 進出區(qū)：是國內(nèi)旅客流主要流線的起點區(qū)域，旅客從機場航站樓的3 號出發(fā)口進入值機大廳，或從其他樓層進入值機大廳的扶梯通道區(qū)域。 進出區(qū)是突發(fā)緊急情況下疏散旅客的重要通道，對此區(qū)域的旅客交通特性的研究對機場建立客流預警等級提供依據(jù)。

2） 通道區(qū)：是國內(nèi)旅客流主要流線的重要區(qū)域，旅客從航站樓值機大廳的進出區(qū)向另一固定區(qū)域移動的必經(jīng)場所。 通道區(qū)是值機大廳實現(xiàn)其運輸功能的重要組成部分，此區(qū)域的旅客交通特性也是旅客流研究的重要組成部分，其中進出區(qū)與值機島之間的通道區(qū)是所有旅客必經(jīng)之地，所以本文重點研究的是這一部分的通道區(qū)。

3） 商業(yè)區(qū)：是國內(nèi)旅客流主要流線的潛在經(jīng)過區(qū)域，旅客進行各類商業(yè)活動的區(qū)域。 商業(yè)區(qū)是機場收益來源的重要區(qū)域，對此區(qū)域的旅客交通特性的研究會影響機場對于商業(yè)區(qū)的進一步規(guī)劃。

1.2 調(diào)查方法

為了準確地調(diào)查旅客交通特性，所以采用便于存儲且能重復利用的視頻錄像采集法進行數(shù)據(jù)的采集。

其中進出區(qū)選取圖1 的三角形1 扶梯處的位置，通道區(qū)選取圖1 的圓形2、圓形3、圓形4 位置，商業(yè)區(qū)選取圖1 的六邊形5 位置進行視頻拍攝。

選擇在2 個工作日和1 個非工作日進行研究：2019 年1 月5 日（周三）、7 日（周五）、9 日（周日）上午高峰時段9:00-10:00 和平峰時段11:00-12:00，具有一定的普遍性。

由3 個人在上述相同時段內(nèi)同時拍攝3 個區(qū)域的視頻材料。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1）旅客速度。旅客速度是指某一時刻某一段通道范圍內(nèi)所有旅客步速的平均值，用V 表示，m/s 或m/min。

記錄視頻中觀測時段內(nèi)各旅客進入觀測區(qū)域的時間和離開觀測區(qū)域的時間，作差后取平均值，根據(jù)觀測區(qū)域的長度來計算旅客的步行速度

式中：V 為旅客速度，m/s；L 為觀測區(qū)域的長度，m；N 為觀測時段內(nèi)進入離開觀測區(qū)域的旅客數(shù)量，p；ti為某一旅客進入觀測區(qū)域的時間和離開觀測區(qū)域的時間，s。

2） 旅客密度。 旅客密度是指單位瞬間單位面積內(nèi)所含有的旅客的平均數(shù)量，用K 表示，p/m2。

記錄視頻中旅客在觀測時段內(nèi)每1/3 時刻的旅客數(shù)量的平均值，根據(jù)觀測區(qū)域的面積來計算觀測時段內(nèi)的旅客密度

式中：K 為旅客密度，p/m2；Ni為觀測時段內(nèi)每1/3 時刻的旅客數(shù)量，p；W 為觀測區(qū)域的寬度，m。

3） 旅客流量。 旅客流量是指單位時間通過某一單位寬度斷面的旅客數(shù)量，用Q 表示，min·m。

記錄視頻中旅客在觀測時段內(nèi)通過觀測區(qū)域截面的旅客數(shù)量，根據(jù)觀測截面的寬度來計算觀測時段內(nèi)的旅客流量

式中：Q 為旅客流量，p/m。

4） 旅客占有空間。 旅客占有空間是指旅客在觀測區(qū)域所占的平均面積，用S 表示，m2/p，通常以密度值的倒數(shù)作為其數(shù)值

式中：S 為旅客占有空間，m2/p。

按上述旅客速度、密度和流量的數(shù)據(jù)處理方法記錄視頻數(shù)據(jù)，得到3 個區(qū)域的速度、密度和流量數(shù)據(jù)共354 組，其中進出區(qū)共111 組，通道區(qū)共124 組，商業(yè)區(qū)共119 組，部分數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 三區(qū)域旅客步行交通參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（部分）Tab.1 Statistics of pedestrian traffic parameters in three areas （partly）

2 旅客步行交通特性調(diào)查結(jié)果分析

表2 旅客平均速度表Tab.2 Average speed of passengers

2.1 旅客步行交通單參數(shù)特征分析

2.1.1 旅客速度

國內(nèi)旅客流主要流線上的進出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客平均速度差異如表2 所示，各區(qū)域速度的頻數(shù)分布直方圖如圖3 所示。

圖3（a）進出區(qū)的速度均值為0.801 m/s，速度分布在0.40～1.50 m/s 之間，主要集中在［0.50，1.10］ m/s 的范圍內(nèi)；圖3（b）通道區(qū)的速度均值為1.089 m/s，速度分布在0.70～1.70 m/s 之間，主要集中在［0.80，1.30］ m/s 的范圍內(nèi)；圖3（c）商業(yè)區(qū)的速度均值為1.188 m/s，速度分布在0.60～1.70 m/s 之間，主要集中在［0.90，1.50］ m/s 的范圍內(nèi)。從《交通工程手冊》[12]中所知， 我國旅客平均步速變化于0.7～1.7 m/s， 水平路段平均步速變化于1～1.2 m/s， 上下行平均步速變化于0.5～0.8 m/s，所以3 個區(qū)域的旅客平均步速是在合理范圍內(nèi)的，通道區(qū)和商業(yè)區(qū)主要是水平路段，進出區(qū)選取的是上下行的扶梯口，因此進出區(qū)的速度明顯小于通道和商業(yè)區(qū)也是合理的。

根據(jù)國內(nèi)外研究， 歐美國家的旅客平均速度一般在1.34 m/s 左右， 國內(nèi)的旅客平均速度一般在1.24 m/s左右，旅客在使用室內(nèi)設施時的速度是小于戶外設施的。 本文調(diào)查的3 個區(qū)域的旅客平均速度都低于國內(nèi)的旅客平均速度，一方面可能是因為機場是一個室內(nèi)環(huán)境，且航站樓面積不夠高峰小時旅客的使用，易產(chǎn)生擁堵現(xiàn)象，阻礙旅客的前進；另一方面可能是因為由于機場旅客攜帶的行李數(shù)較多，負重較高，限制旅客的行走。

圖3 三區(qū)域速度分布直方圖Fig.3 Histogram of velocity distribution in three areas

2.1.2 旅客密度和旅客占有空間

國內(nèi)旅客流主要流線上的進出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客平均密度及平均占有空間差異如表3 所示。

進出區(qū)的旅客平均密度為0.752 p/m2， 通道區(qū)的旅客平均密度為0.702 p/m2， 商業(yè)區(qū)的旅客平均密度為0.503 p/m2。 平均密度從高到低的順序分別是：進出區(qū)﹥通道區(qū)﹥商業(yè)區(qū)，與平均速度的結(jié)果恰好相反，據(jù)此推測速度與密度呈現(xiàn)負相關關系，下文對此關系進行進一步的數(shù)據(jù)證明。其中旅客流密度最高的是進出區(qū)，它是旅客進入值機大廳的必經(jīng)之路，易發(fā)生擁堵現(xiàn)象，所以需要加強關注是否發(fā)生大客流，提前進行客流預警；其次是通道區(qū)，它是連通各功能區(qū)域的管道，密度過大會使旅客產(chǎn)生擁擠感，降低旅客滿意度；最后是商業(yè)區(qū)，旅客密度最低，旅客通過率較低，可以進一步規(guī)劃這一主要流線上的商業(yè)區(qū)可以帶來更大的人流密度，創(chuàng)造更大的收益。

進出區(qū)、通道區(qū)、商業(yè)區(qū)的旅客平均占有空間分別為1.33，1.42，1.99 m2/p，根據(jù)《民用運輸機場服務質(zhì)量標準》[13]高峰小時每位旅客均大于1 m2的標準， 南京祿口國際機場值機大廳的各區(qū)域均達到了服務要求。

2.1.3 旅客流量

國內(nèi)旅客流主要流線上的旅客進出區(qū)、旅客通道區(qū)和旅客旅客商業(yè)區(qū)的旅客平均流量差異如表4 所示。

進出區(qū)的旅客平均流量為2.068 ，通道區(qū)的旅客平均流量為1.944 ，商業(yè)區(qū)的旅客平均流量為1.588 ， 平均流量從高到低的順序分別是：進出區(qū)﹥通道區(qū)﹥商業(yè)區(qū)， 與平均密度的結(jié)果相同， 這并不能表明密度與流量呈正相關關系，下文可以證明。

表3 旅客平均密度表Tab.3 Average density of passengers

表4 旅客平均流量表Tab.4 Average passenger flow

2.2 交通參數(shù)之間關系的調(diào)查分析

2.2.1 密度-速度

根據(jù)在國內(nèi)旅客流主要流線上的3 個區(qū)域收集到的數(shù)據(jù)，使用EXCEL 軟件的相關功能，得出進出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客密度與速度關系的散點圖，如圖6 所示。

根據(jù)繪制的旅客密度與速度關系散點圖，使用EXCEL 軟件的相關功能對其進行函數(shù)擬合，得到的各區(qū)域旅客密度與速度關系擬合函數(shù)如表5 所示。

由表5 可見，3 個不同區(qū)域旅客流的速度與密度的擬合函數(shù)關系均呈現(xiàn)反向線性關系，旅客流的速度隨著密度的增大而減小，但3 個區(qū)域的線性關系的斜率不盡相同。其中進出區(qū)客流速度-密度擬合函數(shù)的斜率絕對值最小，為0.249 8，說明進出區(qū)旅客流速度受密度影響最小，因為進出區(qū)空間較小， 旅客行李負重通常會小心謹慎，所以速度變化率較??；其次是商業(yè)區(qū)，斜率絕對值為0.458，商業(yè)區(qū)空間較大，速度彈性大；擬合函數(shù)斜率絕對值最大的是通道區(qū)，為0.547 5，通道區(qū)是旅客實現(xiàn)轉(zhuǎn)移的通道，對密度變化的反應更為敏感，因此速度變化率較大。

圖6 旅客密度與速度關系散點圖Fig.6 Scatter plot of the relationship between passenger density and speed

進出區(qū)的樣本分布在 ［0.15，1.87］（密度，p/m2）和［0.43，1.50］（速度，m/s）之間，較其余2 個區(qū)域而言，進出區(qū)的客流密度分布最廣，速度分布更偏低，進出區(qū)的客流普遍速度較慢；通道區(qū)的 樣 本 分 布 在 ［0.28，1.38］ （ 密 度，p/m2） 和［0.7，1.67］（速度，m/s）之間，較另外兩區(qū)域而言，通道區(qū)的客流密度分布更為集中，速度分布更為廣泛；商業(yè)區(qū)的樣本分布在［0,1.33］（密度，p/m2）和 ［0.75，1.6］（速度，m/s） 之間， 主要密集在［0.2，0.67］（密度，p/m2）和［0.94，1.4］（速度，m/s）之間，而在其他區(qū)域分布則較為稀疏。

2.2.2 密度-流量

根據(jù)在國內(nèi)旅客流主要流線上的3 個區(qū)域的數(shù)據(jù)，使用EXCEL 軟件的相關功能，得出進出區(qū)、通道區(qū)和商業(yè)區(qū)的旅客密度與流量關系的散點圖，如圖7 所示。

根據(jù)繪制的旅客密度與流量關系散點圖，使用EXCEL 軟件的相關功能對其進行函數(shù)擬合，得到的各區(qū)域旅客密度與速度關系擬合函數(shù)如表6 所示。

由表6 可知，旅客密度與流量擬合函數(shù)關系呈一元二次函數(shù)關系，隨著旅客密度的增大，旅客流量先增大到最佳旅客流后再減小，直至旅客流量減小到零，區(qū)域陷入癱瘓狀態(tài)。

不同區(qū)域的擬合函數(shù)的曲線特征雖然都呈現(xiàn)拋物線的形式，但是各區(qū)域的最大旅客流、最大旅客流密度卻不盡相同，最大的旅客流密度：進出區(qū)﹥通道區(qū)﹥商業(yè)區(qū)，說明旅客對進出區(qū)的空間要求低于通道區(qū)，低于商業(yè)區(qū)。

當旅客流流量達到最大值時，旅客平均占有空間達到最小動態(tài)空間，根據(jù)表6，進出區(qū)、通道區(qū)、商業(yè)區(qū)的最小動態(tài)空間分別為0.09，0.34，0.56 m2/p； 當旅客流流量降為0 時， 旅客平均占有空間達到最小靜態(tài)空間，最小靜態(tài)空間分別為0.05，0.16，0.26 m2/p，其中進出區(qū)的客流最小靜態(tài)空間明顯低于其他區(qū)域，說明旅客流在進出區(qū)的容忍區(qū)間更大，因此可以以國內(nèi)旅客流主要流線的起點——進出區(qū)的旅客流的變化特征作為客流預警的參考。

表5 各區(qū)域旅客密度與速度關系擬合函數(shù)及參數(shù)估計值Tab.5 Fitting function and parameter estimation of passenger density and speed in each area

圖7 旅客密度與流量關系散點圖Fig.7 Scatter plot of the relationship between passenger density and flow

表6 各區(qū)域旅客密度與流量關系擬合函數(shù)及參數(shù)估計值Tab.6 Fitting function and parameter estimation of passenger density and flow in each area

當K﹤1.798 5 p/m2時， 商業(yè)區(qū)的流量最大，其次是通道區(qū)，最后是進出區(qū)，說明當旅客密度偏小時，在相同的密度區(qū)間范圍內(nèi)，商業(yè)區(qū)的通行能力最大，其次是通道區(qū)，最后是進出區(qū)。 商業(yè)區(qū)這一特征說明國內(nèi)旅客流這一主要流線上的潛在經(jīng)過區(qū)域還沒有充分發(fā)揮其潛能，機場可以進一步規(guī)劃發(fā)展商業(yè)區(qū)， 充分利用商業(yè)區(qū)創(chuàng)收；同時進出區(qū)通行能力上的不足說明可以在這一流線起點區(qū)域展開對客流預警方面的研究或者是對航站樓的旅客流動線進行再規(guī)劃。

2.2.3 密度-速度-流量

使用MATLAB 軟件對3 個旅客步行交通參數(shù)繪制三維散點圖，如圖8 所示。

圖8 祿口機場值機大廳旅客密度-速度-流量關系散點圖Fig.8 Scatter plot of passenger density-speed-flow relationship of check-in hall of Lukou Airport

3 結(jié)論

基于南京祿口機場T2 航站樓值機大廳的實際情況，根據(jù)主要的國內(nèi)旅客流進入值機大廳的主要流線，在這一固定流線上劃分成3 個區(qū)域，研究各區(qū)域的旅客交通特性的3 參數(shù)（流量、密度、速度）及參數(shù)間的函數(shù)關系，得到了以下結(jié)論：

1） 值機大廳各區(qū)域的旅客速度與密度擬合函數(shù)關系呈反向線性關系， 旅客速度隨著密度的增大而減小，其中進出區(qū)、通道區(qū)、商業(yè)區(qū)的速度隨密度的變化率的絕對值分別為0.154 3，0.472 4，0.449 8，說明速度變化率最小的是進出區(qū)，其次是商業(yè)區(qū)，最大的是通道區(qū)，其對密度變化的反應更為敏感。

2）值機大廳各區(qū)域的旅客密度與流量擬合函數(shù)關系呈一元二次函數(shù)關系，隨著旅客密度的增大，旅客流量先增大到最佳旅客流后再減小。 當K﹤1.798 5 p/m2時，商業(yè)區(qū)的流量最大，在相同的密度區(qū)間范圍內(nèi)，商業(yè)區(qū)的通行能力最大，說明可以進一步規(guī)劃發(fā)展商業(yè)區(qū)，充分利用商業(yè)區(qū)創(chuàng)收。