关于弯曲通道中行人群体空间特征的实证研究

《Journal of Building Engineering》：Empirical study on spatial characteristics of pedestrian groups in a curved passage

行人群体在弯曲通道中的空间特征及密度影响研究。通过日本亚太贸易中心实测数据，提出计算群体所需距离和面积的方法，分析内距（群体中心到成员最大距离）与外距（群体与外界行人距离）随群体规模（双人、三人）及密度（<0.8 m2，>0.8 m2）的变化规律，发现低密度下双人侧身行走且内距缩小，高密度时转为垂直排列；三人组则通过向心移动减少外距。研究为公共空间安全容量评估和步行设施设计提供量化依据。

　　

王佳月|朱一星|沈良昌|寇丽萍|童云和|翁国旺

中国人民公安大学公共秩序学院，北京，100038，中华人民共和国

摘要

在人群中，大多数行人不是单独行动，而是以群体的形式移动。与单独行人为相比，群体表现出不同的运动特征。理解这些行为对于有效设计行人设施和组织大规模群众活动至关重要。本文利用从日本亚太贸易中心收集的实证数据，定量研究了在不同密度条件下群体在弯曲通道中的空间特征。提出了一种计算群体所需距离和占据面积的方法，并分析了所需空间及其随不同空间特征和密度变化的情况。研究了群体内部距离（即群体重心到每个成员的最大距离）与群体间距离（群体内部成员与外部行人之间的距离）与群体规模之间的定量关系。识别出了双人组四种类型的空间特征和三人组八种类型的空间特征。当密度低于0.8 m^-2时，双人组通常并排行走，并通过减小群体内部距离来避免与其他人碰撞。当密度高于0.8 m^-2时，双人组倾向于从并排模式转变为类似垂直的模式（群体内部距离的中位数为约0.70米），以避免碰撞，而不是进一步减小群体内部距离。相反，三人组主要通过靠近群体中心来避免与其他人碰撞，而不是转变为类似垂直的模式。三人组在并排或阶梯状模式下占据的面积最小。群体内部距离和群体间距离都随着群体规模的增加而线性增加。密度越高，相应的增长率越低。这些发现有助于估计公共空间的安全容量并评估行人设施的服务水平。

引言

无论是在市中心[1]、商业中心[2]、购物中心[3]、火车站[2]、购物街[1]还是交叉路口[4][5]，行人群体始终表现出多样化的人口构成：有些人独自行走，有些人成群结队，还有些人集体移动。群体是人群的重要组成部分[3][6][7][8]，有时甚至占到85%[10][9]。作为个体与集体人群[9]之间的中间层，群体不仅指那些偶然走在一起的邻近行人，还包括有社会联系并有意一起行走的个体[11]。他们要么有共同的目标或兴趣[12]，要么具有一定程度的相互依赖性[13]。实证研究表明，由两到四人组成的群体更为常见[9]。时间因素（例如一天中的时间）和情境特征（例如地点类型）可能导致人群中不同规模群体的比例发生变化[14][15]。群体中的成员并不是随机排列的，而是根据情境呈现出不同的规模和空间特征。例如，双人组倾向于并排行走，三人组通常以V形模式行走。四人组和五人组则倾向于以U形模式行走[16]。

大多数关于行人动态特征的研究将行人视为独立个体，并以每个行人为基本单位来描述人群，这忽视了行人之间的互动[17]。然而，群体与孤立个体相比表现出不同的运动特征。例如，群体成员之间保持一定的空间特征[18][19]。由于协调群体成员之间的运动较为困难[9]，以及在行走时保持空间凝聚力以进行交流[20]或在紧急情况下共同疏散[21]的需要，群体可能会减少行人流量、降低移动速度，从而增加疏散时间。因此，研究行人群体的行为特征对于发展行人动态和行人安全非常重要。

本研究利用从日本亚太贸易中心收集的数据，探讨了在不同密度条件下行人群体在弯曲通道中的行为特征。研究了群体空间特征的定性和定量描述以及它们在不同密度下的比例。分析了所需空间及其随密度和空间模式变化的情况。最后，研究了群体规模与群体内部距离和群体间距离之间的关系。这些结果可以直接为行人设施的设计和公共区域安全容量的评估提供依据，有助于更有效地管理人群和进行风险评估。

文献综述

文献综述

为了研究群体行为的特征，研究人员通常采用两种主要的方法论方法：建模和实验研究。实验方法包括控制实验和实证现场观察。

建模方法通过将群体行为纳入计算模型来模拟行人动态。这些模拟有助于探索群体层面的运动模式、内部协调及其对周围环境的影响

场景描述

目前关于行人群体的实证数据非常有限，主要是由于在公共空间获取视频记录的挑战以及准确识别群体的资源密集型要求。群体识别通常基于行人之间的互动，如身体接触、眼神或语言交流，这需要长时间的手动观察和对视频画面的详细标注。本研究基于研究机构共享的原始轨迹数据

整体流动特征

图7显示了某一时刻行人运动的瞬时速度场。可以观察到，通道中的行人运动是双向的，行人走在左侧。这种观察到的模式与日本公认的交通规则和左侧行走的社会规范一致[49]。此外，同一群体内行人的运动方向变化很小，通常保持一致，而他们的速度则有所不同

结论

本文利用从日本亚太贸易中心的一个弯曲通道中收集的行人群体数据，通过数据筛选共识别出3305个双人组和602个三人组。基于这些数据，开发了一种计算方法来表征行人群体的空间属性，并研究它们在不同密度条件下的行为模式。分析重点包括：（1）群体空间配置的定性和定量描述

CRediT作者贡献声明

翁国旺：撰写 – 审稿与编辑。王佳月：撰写 – 原稿、方法论、调查、资金获取、正式分析。寇丽萍：撰写 – 审稿与编辑、方法论。童云和：撰写 – 审稿与编辑。朱一星：撰写 – 原稿、方法论、调查。沈良昌：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢Francesco Zanlungo提供的共享数据。本研究得到了国家自然科学基金（编号72004226和72504236）的支持。