大学校园交通优化设计

梁　迪, 王　彬, 吴　双

(沈阳大学 机械工程学院, 辽宁 沈阳　110044)



大学校园交通优化设计

梁迪, 王彬, 吴双

(沈阳大学 机械工程学院, 辽宁 沈阳110044)

摘要:针对当前大学校园交通的现状,以沈阳大学为例,结合其具体问题,对校园交通进行优化.运用TransCAD软件建立沈阳大学路网;应用人因工程学相关理论以及标志设计相关理论设计校园交通标志;应用Dijkstra算法解决最优路径选择问题.

关键词:校园交通; 路网建立; 择优路径; 交通标志

高校校园道路交通系统是一个由使用者、交通工具、外部环境共同构成的有机整体,是一个多因素相互作用、相互联系的交通系统, 承担着校园内部与外界交通联系的功能[1]. 由于教职工、学生的工作、生活相对集中, 校园内会出现人流和车流高峰期, 极易发生交通事故[2]. 针对近几年来校园交通越来越复杂、安全问题随之增多的状况, 本文基于以人为本的思想[3], 结合沈阳大学的实际情况, 从校园交通优化的角度, 通过对校园内的交通状况进行分析,找出其中存在的问题, 并使用Dijkstra算法、人因工程学等工具加以解决.

1路网建立

1.1沈阳大学道路网的抽出

运用TransCAD软件绘制沈阳大学线路图,如图1所示.

图1　沈阳大学路网线路图

1.2沈阳大学校园道路的命名

大学校园路名可以彰显学校的办学理念,同时反映校园的文化底蕴,它实际上也是校园文化建设的重要组成部分.因此,校园命名应遵循学校精神优先原则、学校历史优先原则、学校景色优先原则.

通过随机访谈,综合100名在校师生的意见,沈阳大学道路命名如表1所示.

表1　沈阳大学道路命名

续表1

编号位 置命名释 义93号楼后面的道路怀民路心系苍生,服务于民107号楼前的道路重学路永怀求学之心,活到老,学到老111号楼侧面的道路尚文路崇尚文明,追求真理12足球场旁边的路和谐路各族师生和谐相处,情深谊长132号楼侧面的路育人路育天下之才

1.3道路等级划分

沈阳大学道路实测数据如表2所示.

测量沈阳大学校内各个主要路段的宽度,通过对比、数据分析,将现有的道路按照宽度、使用功能等分为三大类:主干道、次干道、支路.道路等级划分如表3所示.

表2　沈阳大学重要路段长度与宽度

表3　沈阳大学道路等级划分方式

1.4路网数据的输入

根据已经采集来的相关数据对路网进行输入.这里以人流量占比重更大的为主要研究数据,见表4.路网建立后,结合TransCAD的特点绘制出沈阳大学现实道路流量图,如图2所示.

表4　沈阳大学路网信息

图2　沈阳大学重要路段流量

2标志牌设计

公共标志已不仅仅局限于其功能作用[4],更多的是一种艺术,在传递信息的同时给人带来美感.良好的导引标志系统在提供信息指引时应具有层次清晰的特点,按照这种思想,把导引标志分为三类:一级导引标志、二级导引标志、三级导引标志.

2.1标志牌颜色

2.2标志牌文字及内容安排

(1) 字高设置.现在导引标志的字高公式一般是基于以下两个临界条件建立的字高模型:

① 驾驶员在A点刚刚能够看清导引标志,即驾驶员从B点开始识读导引标志;

② 驾驶员在C点读完并理解导引标志信息的含义,与此同时,行驶车辆到达D点,见图3.

表5　色彩组合可见度表

图3　驾驶员行驶模型和对标志的认知模型图

字高的计算公式为

(1)

式中:vt为驾驶员认读标志时车辆驶过的距离;M为消失距离;C为驾驶员在视力表中的视角与汉字所需视角的转化系数,一般取3;A为驾驶员视力.

(2) 指路标志内容的安排.交通信息按传递信息要素的需求程度、路网OD分布、大型建筑服务功能的层次性分为三类:控制性信息、重要性信息、一般性信息.具体参见表6.

表6　信息类型

2.3标志设计图

(1) 禁令标志,是禁止或限制车辆、行人交通行为的标志[5].根据沈阳大学现状,需设置禁止驶入、禁止鸣笛、禁止转向、禁止机动车驶入等.根据人因工程学的色彩理论和交通标志版面设计理论,除个别外,禁令标志均为白底、红圈、红杠、黑图案压杠.

根据校园限速要求,行车速度在20 km/h以内,得到标志设计要求的各部分尺寸见表7.

表7　禁令标志各部分尺寸

(2) 警告标志,是警告车辆、行人注意危险地点的标志.警告标志采用黄底色、黑边、黑图案.黄色加黑色的颜色组合保证良好视认效果,更易于驾驶员从复杂的背景中辨认出警告标志.警告标志的形状为等边正三角形,顶角朝上.根据校园行车速度得到其设计尺寸如表8.

表8　警告标志尺寸

(3) 指路标志,为蓝色底白色图案.指路标志中汉字采用黑体或简体,字宽与字高相等.根据观测,校园内行车速度在20 km/h以下,校园指路标志的字高可设置为15～20 cm,见表9.指路标志文字的间隔、行距等应符合表10的规定.

部分指路标设计如图4～图8所示.

表9　汉字高度与行车速度的关系

表10　文字的间距、行距

图4　一级指路标志

图5　二级指路标志

图6　指向标志图

图7　路名标志设计图

图8　地名指路标志设计图

3择优路径

大学校园里路线的正确选择,会给校园内外人员出行带来很大的方便.一般情况下,不论对于行人还是车辆,最短路径是首选,但到达目的地的最短路径不一定是最佳路线,因为人们到达目的地的最终期望是时间最短.用D(i,j)表示任意两个节点间的路程,用Q(i,j)标志任意两个节点间的流量,T(i,j)标志任意两点间的行程时间,有如下函数:

(2)

式中:i,j为校园内任意两个交通节点;K为比例常数.

针对沈阳大学的具体情况得到其路网抽象如图9所示.分别建立其对应的各节点的距离矩阵和各节点的流量矩阵(∞为两节点未直接相连).

图9　路网抽象图

距离矩阵及流量矩阵分别为

关于两个固定点之间的最优问题,可以采用Dijkstra算法.

(1) 令l(u0)=0,对v≠u0,令l(v)=∞,s0={u0},i=0.

(3) 若i>|V|-1,停止;若i<|V|-1,用i11代替i,转(2).

算法结束时,从u0到各顶点v的距离由v的最后一次的标号l(v)给出.在v进入Si之前的标号l(v)叫T标号,v进入Si时的标号l(v)叫P标号.算法就是不断修改各项点的T标号,直至获得P标号.若在算法运行过程中,将每一顶点获得P标号所得来的边在图上标明,则算法结束时,u0至各项点的最短通路也在图上标示出来了.

用矩阵an×n(n为顶点个数)存放各边权的邻接矩阵,行向量pb、index1、index2、d分别用来存放P标号信息、标号顶点顺序、标号顶点索引、最短通路的值.其中分量:

(3)

index2(i)存放始点到第i点最短通路中第i顶点前一顶点的序号;d(i)存放由始点到第i点最短通路的值.求第一个入口处的①节点到其他节点最短路径的MATLAB程序和运行结果,同理两个节点之间流量的最小问题也可以转化成Dijkstra算法求最优问题,利用MATLAB进行编程运行并获得运行结果.当流量较小,所考虑距离最短为主,根据软件运行的结果从入口处①节点到其他节点运行的最短路径路线见表11.当流量较大时,考虑具体路段的流量为主.根据软件运行的结果,从入口处①节点到其他节点运行的流量最小路径如表12所示.

表11　距离最短路线

表12　流量最小路线

4改善效果

改善前所有车辆均由西门进入校园,半小时内的流量分别为:工作日257辆,双休日771辆;改善后来自小北关街方向的车辆由体育场馆附近的大门进入,这样就大大缩短了车辆进入校园的时间.由于两门车辆进入是同时的,所以耗时会出现重叠部分,此时实际车辆完全进入校园时间满足函数t=max(t1,t2,t3,…,ti),ti=流量×流速.改善前工作日总用时为1 800s,改善后t=147×(1 800/257-1)=882.57 s,节省时间t=1 800 s-882.57 s=917.43 s.双休日总时间1 800 s,改善后为t=471×(1 800/771-1)=628.61 s,节省时间t=1 800 s-628.61 s=1 171.39 s.

5结论

本文利用TransCAD软件完成沈阳大学道路线路图和流量图的绘制,建立路网,为沈阳大学校园道路命名.用绘图软件结合人因理论、标志设计理论完成沈阳大学校园导引标志的设计图.通过校园内最优路径的选择和主要道路交通情况的分析调研,应用标号算法及MATLAB仿真技术对交通状况进行改善后,发现工作日可节省出行时间917.43 s,周末可节省出行时间1 171.39 s,校园师生交通安全状况得到显著改善.

参考文献:

[1] 章群,段理慧. 高校校园交通安全管理质量模糊综合评价系统研究[J]. 软科学, 2011(7):141-144.

(ZHANG Q, DUAN L H. Research on quality of canpus traffic safety managanent based on fuzzy comprehensive evaluation[J]. Soft Science, 2011,15(7):141-144.)

[2] 丁良平. 大学校园交通现状及管理对策[J]. 常州工学院学报, 2011(Z1):54-58.

(DING L P. Current traffic situation and its management on university campus[J]. Journal of Changzhou Institute of Technology, 2011(Z1):54-58.)

[3] 罗丙军,李淑庆. 大学校园道路交通系统布局优化研究[J]. 中国水运(下半月), 2009,9(3):227-228.

(LUO B J, LI S Q. The system layout optimization research of campus road traffic[J]. China Water Transport, 2009,9(3):227-228.)

[4] 芬克. 城市标志设计[M]. 张凤,译. 大连: 大连理工大学出版社, 2001:72-73.

(Finke G D. Urban identities: creating city images through design[M]. ZHANG F, trans. Dalian: Dalian University of Technology Press, 2001:72-73.)

[5] 孙震玮. 公路交通标志的版面设计[J]. 交通标准化, 2009(Z1):190-192.

(SUN Z W. Layout of highway traffic sign[J]. Transport Standardization, 2009(Z1):190-192.)

【责任编辑: 祝颖】

Campus Traffic Optimization Design

LiangDi,WangBin,WuShuang

(School of Mechanical Engineering, Shenyang University, Shenyang 110041, China)

Abstract:Aiming at the current status of campus traffic, taking Shenyang University as an example, in conjunction with specific traffic problems, campus traffic is optimized for Shenyang University. The road network of Shenyang University is built using TransCAD software; the theories of human factor engineering and Logo design are applied to design the campus traffic identification, and the Dijkstra algorithm is used to solve the optimal path selection problem.

Key words:campus traffic; road net building; optimal path; traffic identification

中图分类号:TU 984.14

文献标志码:A

文章编号:2095-5456(2016)01-0056-06

作者简介:梁迪(1971-),女,湖南长沙人,沈阳大学副教授,博士研究生.

收稿日期:2015-05-27