城市軌道交通車站客流分布仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘 要：城市軌道今天車站客流分布仿真系統(tǒng)對二維仿真效果進(jìn)行升級，實現(xiàn)城市軌道交通車站客流分布的3D仿真，并可利用實現(xiàn)緊急疏散技術(shù)研究及應(yīng)急預(yù)案合理化評估。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；客流分布仿真系統(tǒng)

中圖分類號：U239.5

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流及運輸組織仿真系統(tǒng)旨在建立一個通用的、線網(wǎng)規(guī)模自適應(yīng)的、智能化的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運輸組織仿真評估綜合平臺。系統(tǒng)主要包括車站客流分布仿真、列車運行圖編制、列車運行仿真和可視化評估等部分。本文介紹車站客流分布仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)。

1 建設(shè)目的

1.1 在現(xiàn)有的城市軌道交通車站客流分布仿真系統(tǒng)原型的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)評價功能進(jìn)行開發(fā)完善，對系統(tǒng)仿真參數(shù)進(jìn)行調(diào)研和標(biāo)定，對系統(tǒng)的二維仿真效果進(jìn)行升級，實現(xiàn)城市軌道交通車站客流分布的3D仿真，使之成為能夠服務(wù)于全國各城市軌道交通車站客流分布仿真的工具軟件。

1.2 利用該系統(tǒng)對應(yīng)急疏散條件下的車站乘客行為及評價技術(shù)進(jìn)行研究，為制定和優(yōu)化軌道交通車站應(yīng)急疏散預(yù)案提供理論技術(shù)支持。

1.3 利用該系統(tǒng)對城市軌道交通車站的應(yīng)急預(yù)案提供演示工具，找出預(yù)案的薄弱點。

2 軟件架構(gòu)

3 軟件描述

城市軌道交通車站客流分布仿真系統(tǒng)已完成第一階段的開發(fā)與應(yīng)用，已在城市軌道交通10多個車站的設(shè)計咨詢、改造咨詢中投入應(yīng)用，為車站內(nèi)設(shè)施設(shè)備的優(yōu)化布置、導(dǎo)向標(biāo)志的合理設(shè)置、客流對沖的效果展示、車站最大承載能力的計算提供了有效的計算工具。城市軌道交通車站圖形的建模技術(shù)、建立了三層結(jié)構(gòu)可動態(tài)尋優(yōu)的行人仿真Agent模型、建立了描述我國軌道交通車站中乘客行為的事件驅(qū)動客流模型、實現(xiàn)了城市軌道交通車站客流分布的動態(tài)仿真。

3.1 仿真系統(tǒng)功能。針對不同的仿真對象（單一車站、換乘車站等）建立完善的車站客流仿真“雙主體、三目標(biāo)、九準(zhǔn)則”的層次結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)體系，采用靜態(tài)評價與動態(tài)評價、平均指標(biāo)與極端指標(biāo)相結(jié)合、個體指標(biāo)與整體指標(biāo)相結(jié)合的方法，對城市軌道交通車站內(nèi)客流的擁擠現(xiàn)象、排隊現(xiàn)象、流線現(xiàn)象進(jìn)行合理評價，找出設(shè)施設(shè)備布局設(shè)置不合理之處，提出改進(jìn)措施。

3.2 仿真參數(shù)標(biāo)定。在車站客流仿真軟件設(shè)計中，為了體現(xiàn)客流仿真效果的真實性，仿真前需要輸入一系列基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)，該參數(shù)主要包括行人參數(shù)、設(shè)備參數(shù)和其它參數(shù)，該參數(shù)設(shè)置的合理性將影響到的仿真結(jié)果，是仿真系統(tǒng)的決定性因素。不同城市的不同車站和不同乘客，其參數(shù)情況各不相同，為了提高該系統(tǒng)的通用性，需要對不同城市的車站設(shè)備參數(shù)、行人參數(shù)和其它參數(shù)進(jìn)行調(diào)研和標(biāo)定，建立各城市參數(shù)數(shù)據(jù)庫，以提高仿真效果的真實度。

行人參數(shù)主要反映乘客在車站內(nèi)的運動行為。行人參數(shù)有靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)兩種，靜態(tài)參數(shù)反映乘客的個性特點；動態(tài)參數(shù)反映乘客的共性特點。

設(shè)備參數(shù)主要反映各設(shè)備的通過能力，有時間參數(shù)和空間參數(shù)兩種。時間參數(shù)表示購票、接受客服、進(jìn)出閘機(jī)等過程所需的平均時間；空間參數(shù)主要指各設(shè)施的空間尺寸，其數(shù)值將會影響到通行能力。

3.3 三維客流仿真。目前城市軌道交通車站客流分布仿真系統(tǒng)原型僅能對平面二維效果進(jìn)行模擬，僅能反映平面范圍內(nèi)車站設(shè)施與乘客的相互關(guān)系，對于像樓扶梯、換乘通道等涉及兩個或多個場景的仿真效果卻很難反映，而這些場景往往是客流比較擁擠的地方，對于空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的車站來說，二維平面仿真的效果可能將很難完全體現(xiàn)。目前計算機(jī)三維技術(shù)也逐漸開始走向成熟，3D電影、3D游戲、3D軟件等也在不斷地推陳出新，國外在行人仿真領(lǐng)域也出現(xiàn)過幾款三維仿真軟件。因此，在3D技術(shù)比較成熟的環(huán)境下，為了提高仿真效果的真實度和提高城市軌道交通車站客流仿真領(lǐng)域的技術(shù)先進(jìn)性，有必要將原來二維仿真升級為三維仿真，建立與真實環(huán)境基本一致的虛擬現(xiàn)實。主要升級內(nèi)容有：三維場景的建立，車站結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備、行人的三維建模等。

4 應(yīng)急疏散條件下的客流仿真

利用該軟件對城市軌道交通車站應(yīng)急疏散條件下的乘客行為及評價技術(shù)進(jìn)行研究。如以列車擦碰、火災(zāi)事故為背景，進(jìn)行超大客流的短時集中疏散仿真，模擬人員分布情況和疏散過程，模擬影響救援的各項因素，得出車站容量、障礙點影響、救援疏散路徑、安全控制點、大致的疏散時間以及所需救援人員等數(shù)據(jù)指標(biāo)，為制定和優(yōu)化軌道交通車站應(yīng)急疏散預(yù)案提供理論技術(shù)支持，從而提高軌道交通車站的客流疏散能力、運營安全性和服務(wù)效率。

4.1 應(yīng)急疏散情況下的乘客行為研究。從分析軌道交通車站環(huán)境特點（包括建筑形式、使用功能等）出發(fā)，對應(yīng)急疏散時車站人員的心理反應(yīng)狀態(tài)及導(dǎo)致的行為結(jié)果規(guī)律進(jìn)行研究。一方面，從宏觀角度研究疏散人群的速度、密度等技術(shù)特征，以及群聚現(xiàn)象、人群滯留等疏散特殊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因；另一方面，從微觀角度研究疏散中人的認(rèn)知與決策模式，人員的行為特點，以及人員的主體因素對疏散行為的影響，如性別、方向感、角色因素、行動能力等。

4.2 車站應(yīng)急疏散模型研究。基于應(yīng)急疏散時乘客的特殊心理和行為研究，建立軌道交通車站應(yīng)急疏散的微觀仿真模型，包括軌道交通車站環(huán)境的模型化、疏散人員特征建模、人員行為建模等，并提出實現(xiàn)的算法。

4.3 車站應(yīng)急疏散仿真分析?；趹?yīng)急疏散的微觀仿真模型，利用StaPass軟件對城市軌道交通車站應(yīng)急疏散時乘客的行為進(jìn)行仿真模擬和分析，主要模擬人員分布情況、疏散過程、影響救援的各項因素，產(chǎn)生車站容量、障礙點影響、救援疏散路徑、安全控制點、大致的疏散時間以及所需救援人員等數(shù)據(jù)指標(biāo)，為制定和優(yōu)化軌道交通車站應(yīng)急疏散預(yù)案提供理論技術(shù)支持，從而提高軌道交通車站的客流疏散能力、運營安全性和服務(wù)效率。

5 車站應(yīng)急預(yù)案仿真

“安全第一”與“零事故”是軌道交通系統(tǒng)任何時候優(yōu)先考慮的問題和不懈追求的目標(biāo)，為了保證城市軌道交通的“安全可靠高效”運營，各運營機(jī)構(gòu)均對各種事故和故障制定了一系列的應(yīng)急預(yù)案，車站也有相關(guān)的應(yīng)急疏散預(yù)案。在網(wǎng)絡(luò)化運營條件下，城市軌道交通車站數(shù)較大，車站應(yīng)急疏散的演練次數(shù)有限，制定的大部分預(yù)案僅停留在經(jīng)驗上和紙面上，缺乏一個可以對各個車站各類應(yīng)急預(yù)案的模擬和評價的工具。通過本系統(tǒng)的功能拓展可以實現(xiàn)對車站應(yīng)急預(yù)案的演練和檢驗，實現(xiàn)對車站應(yīng)急預(yù)案的分析評價。

主要研究內(nèi)容有：車站應(yīng)急預(yù)案的特點分析及標(biāo)準(zhǔn)化格式的制定，對各種車站應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化；車站應(yīng)急預(yù)案導(dǎo)入模塊開發(fā)，實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)化車站應(yīng)急預(yù)案的快速導(dǎo)入；車站應(yīng)急預(yù)案過程的交互式仿真功能的實現(xiàn)；通過車站應(yīng)急預(yù)案的過程仿真，對應(yīng)急預(yù)案中的相關(guān)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析評價。

參考文獻(xiàn)：

[1]裴玉龍，張亞平.道路交通系統(tǒng)仿真[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]S.P.Hoogendoom，W.Daemen，Design assessment of Liabon transfer stations using microscopic pedestrian simulation Computer in Railways IX，2004.

[3]N.P.WatersonPellissier.The STEPS Pedestrian Microsimulation Tool——A Technical Summary.Mott Donald Limited–Commercial in Confidence.

作者簡介：陶杰（1981.10-），男，江蘇常熟人，本科，工程師，研究方向：軌道交通領(lǐng)域的通信信號系統(tǒng)建設(shè)。

作者單位：無錫地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇無錫 214000