基于活動關(guān)聯(lián)度的客運站客流組織仿真模型

劉黎明，呂　志

(商丘師范學(xué)院，河南 商丘476000)

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基于活動關(guān)聯(lián)度的客運站客流組織仿真模型

劉黎明，呂志

(商丘師范學(xué)院，河南 商丘476000)

摘要：針對客運站內(nèi)客流高峰期客流組織優(yōu)化問題，從站內(nèi)行人的活動流線關(guān)系出發(fā)，考慮各類服務(wù)設(shè)施之間的活動關(guān)聯(lián)度，以綜合活動關(guān)聯(lián)度為權(quán)重，建立以加權(quán)費用最小為目標(biāo)的客流組織模型，并基于AnyLogic仿真軟件建立其微觀仿真模型。實例分析驗證了該模型的有效性和可行性，為優(yōu)化客運組織，提高運營安全性、可靠性和服務(wù)水平提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：活動關(guān)聯(lián)度；客流組織；AnyLogic仿真；仿真模型

客運站作為乘客集散的中轉(zhuǎn)站，擁擠和長時間排隊對其集散功能的發(fā)揮和運轉(zhuǎn)效率具有很大的阻礙，易引發(fā)安全問題。隨著客運需求的急劇增加，現(xiàn)有客運站的客流組織能力和服務(wù)水平受到很大的影響。目前，計算機仿真技術(shù)越來越成熟，通過計算機仿真手段模擬客運站實際客流，提出客流組織的優(yōu)化方案，具有一定的現(xiàn)實意義。

從數(shù)學(xué)解析和仿真的角度對客運站內(nèi)的客流組織進(jìn)行仿真分析是目前研究的熱點。文獻(xiàn)[1]基于排隊系統(tǒng)建立進(jìn)站檢票機的仿真系統(tǒng)；蔣陽升等[2]將自動售票過程抽象為狀態(tài)相關(guān)性和容量限制的單服務(wù)臺排隊系統(tǒng)，設(shè)計排隊系統(tǒng)仿真的優(yōu)化實驗；文獻(xiàn)[3]利用SimWalk仿真軟件建立了軌道交通車站客流微觀仿真模型；文獻(xiàn)[4]在對客流組織流線進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，基于VISSIM仿真軟件對北京南站客流組織進(jìn)行了動態(tài)仿真分析；文獻(xiàn)[5]對大型客運站的應(yīng)急疏散客流組織進(jìn)行了動態(tài)仿真研究；趙莉等[6]采用遺傳算法以綜合關(guān)聯(lián)度建立了城市綜合客運樞紐的設(shè)施布置優(yōu)化模型。這些研究成果為客流組織的仿真建模奠定了基礎(chǔ)，但是大多數(shù)是針對某一服務(wù)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化配置，未將服務(wù)設(shè)施作為客運站的一個整體服務(wù)系統(tǒng)而進(jìn)行系統(tǒng)的討論。

本文根據(jù)客運站服務(wù)設(shè)施間的集散客流量，從系統(tǒng)的觀點，對客運站內(nèi)各類服務(wù)設(shè)施之間的流線特征進(jìn)行定量分析，建立了基于活動關(guān)聯(lián)度的客運客流組織仿真模型，并利用AnyLogic仿真軟件設(shè)計系統(tǒng)仿真實驗，從微觀角度進(jìn)行模型仿真驗證。

1服務(wù)設(shè)施活動關(guān)聯(lián)度分析

1.1　客運站內(nèi)空間結(jié)構(gòu)分析

隨著客運站向綜合化、大型化方向發(fā)展，站內(nèi)的交通設(shè)施逐漸增加，客流流線也越來越復(fù)雜，明確客運站內(nèi)空間布局和客流流線有利于確定站內(nèi)各服務(wù)設(shè)施間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

客運站的空間布局根據(jù)其功能定位一般具有層次化的空間結(jié)構(gòu)，包括樓層、功能區(qū)域和服務(wù)設(shè)施3個層次[7]，如圖1所示?？臻g位置臨近的設(shè)施設(shè)備隸屬于某一個功能區(qū)域，某一樓層可以包含多個功能區(qū)域。

圖1　客運站空間及設(shè)施層次化布局結(jié)構(gòu)圖

依據(jù)客運站空間布局及設(shè)施布置的基本結(jié)構(gòu)，把對客流流線及設(shè)施布局起決定作用的設(shè)施或區(qū)域抽象為點或線，作為分析設(shè)施間活動關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)。

1.2　服務(wù)設(shè)施活動關(guān)聯(lián)度分析

在調(diào)查采集高峰期客運站客流及設(shè)施特性的基礎(chǔ)上，考慮站內(nèi)服務(wù)設(shè)施空間布局特征，根據(jù)站內(nèi)服務(wù)設(shè)施之間的行人流量大小的定量分析，確定服務(wù)設(shè)施之間的活動關(guān)聯(lián)度?？瓦\站的主要服務(wù)對象為行人，候車室及信息指示標(biāo)志與其他服務(wù)設(shè)施之間無直接的流線關(guān)系，卻存在指揮引導(dǎo)的作用，可認(rèn)為存在著信息的交換，即信息流；因此，客運樞紐服務(wù)設(shè)施關(guān)聯(lián)度由設(shè)施間行人活動產(chǎn)生的活動關(guān)聯(lián)度和由信息流產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)度組成。各服務(wù)設(shè)施活動關(guān)聯(lián)度為

(1)

式中：Rij為服務(wù)設(shè)施i和服務(wù)設(shè)施j之間的綜合關(guān)聯(lián)度；φk為第k種流線的權(quán)重；rijk為服務(wù)設(shè)施i和j之間根據(jù)流線關(guān)系計算的活動關(guān)聯(lián)度值,k=1,2，其中1代表行人流，2代表信息流；qij為單位時間內(nèi)服務(wù)設(shè)施i、j之間k流線的流量。

2基于活動關(guān)聯(lián)度的客流組織仿真模型

2.1　基本假設(shè)條件

行人在樞紐內(nèi)行走的過程中，依據(jù)站內(nèi)空間布局環(huán)境、信息提示，結(jié)合自身習(xí)慣進(jìn)行判斷和選擇。一般而言，樞紐一旦建成，其建筑空間結(jié)構(gòu)所展示給行人的信息也是固定的，行人可以通過其形狀或功能進(jìn)行識別，所以模型假定條件之一為樞紐內(nèi)各類設(shè)施的形狀、位置等靜態(tài)特征已知。由于是基于活動的關(guān)聯(lián)度，若行人是初次在此客運站進(jìn)行出行活動，對站內(nèi)活動流線不太熟悉，易出現(xiàn)在客運站內(nèi)反復(fù)和折返行為，模型較為復(fù)雜，不在本文模型構(gòu)建考慮范圍之內(nèi)；所以本模型假定條件之二是行人對樞紐內(nèi)的空間布局和各類設(shè)施具有一定的熟悉程度，知道廳內(nèi)的所有設(shè)施和出口的位置。假定條件之三為樞紐內(nèi)各類設(shè)施間行人流量分布及容量已知，根據(jù)行人流線、候車室及大廳等的容量進(jìn)行計算可得出站內(nèi)各設(shè)施間的活動關(guān)聯(lián)度，有利于模型進(jìn)行初次參數(shù)的設(shè)定和模型驗證。另外，假定樞紐內(nèi)行人活動為有序排隊活動，服務(wù)規(guī)則為先到先服務(wù)，模型構(gòu)建暫不考慮擁擠插隊等無序狀態(tài)。

2.2　模型的建立

在設(shè)施間活動關(guān)聯(lián)度計算的基礎(chǔ)上，將綜合活動關(guān)聯(lián)度作為權(quán)重，以行人在樞紐內(nèi)的加權(quán)移動距離最短為優(yōu)化目標(biāo)，建立以服務(wù)設(shè)施活動關(guān)聯(lián)度為基礎(chǔ)的客流組織模型：

(2)

(3)

式(2)為目標(biāo)函數(shù)，dij為服務(wù)設(shè)施i和j之間的最短折線距離，Lij為服務(wù)設(shè)施i和j之間的行人排隊距離。

(4)

(5)

綜合式 (2)(4)(5)，得到基于活動關(guān)聯(lián)度的客流組織仿真模型

(6)

此模型在設(shè)施活動關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)上，考慮了必要的約束條件和系統(tǒng)容量限制，建立了對不同服務(wù)水平等級的客流組織仿真模型。

3實例應(yīng)用分析

3.1　模型仿真驗證實驗

為便于模型驗證，本文在文獻(xiàn)[7]中的仿真環(huán)境的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的修改,建立基于活動關(guān)聯(lián)度的客運站客流組織仿真模型。該客運樞紐為2層結(jié)構(gòu)的中型客運站，具有2個入口，1樓由大廳、2個候車室及通過2樓的樓梯和自動扶梯構(gòu)成。本文采用AnyLogic仿真優(yōu)化平臺，建立包含入口、通道、樓梯、自動扶梯等服務(wù)設(shè)施的客流微觀仿真驗證實驗。AnyLogic行人庫是基于社會力模型進(jìn)行仿真建模，能較為真實地反映行人在樞紐內(nèi)的活動[8-9]。模型構(gòu)建依據(jù)上述假設(shè)條件，將入口、通道、自動扶梯等服務(wù)設(shè)施抽象為仿真模型中的實體控件，如圖2所示。所建模型主要針對進(jìn)站客流進(jìn)行仿真分析，其進(jìn)站客流線為：1)入口閘機大廳第1候車室；2)入口閘機大廳第2候車室；3)入口閘機大廳自動扶梯(到達(dá)2樓候車室)；4)入口閘機大廳樓梯(到達(dá)2樓候車室)。模型以2 500 人/h的客流高峰期時段進(jìn)行仿真，仿真步長設(shè)定為0.3。

微觀仿真驗證實驗通過各服務(wù)設(shè)施的排隊長度、區(qū)域密度及設(shè)施利用率等參數(shù)對客流情況進(jìn)行評價。

1)設(shè)施平均排隊長度為

(7)

式中：L為樞紐站內(nèi)服務(wù)設(shè)施前排隊的平均長度；n為樞紐站內(nèi)服務(wù)設(shè)施數(shù)量；l為第i個服務(wù)設(shè)施前的排隊長度。

2)設(shè)施利用率為

α=θ1/θ2。

(8)

α是售票設(shè)備利用率，為設(shè)施服務(wù)運行總時間與設(shè)施有效服務(wù)時間的比值，反映服務(wù)排隊系統(tǒng)中設(shè)施設(shè)備的利用程度。其中， θ1為設(shè)施服務(wù)運行總時間，θ2為設(shè)施有效服務(wù)時間。

3)區(qū)域密度為

(9)

D為一定區(qū)域內(nèi)人均所占有的面積。其中，S為站內(nèi)區(qū)域的面積，n為此區(qū)域內(nèi)的行人數(shù)量。

3.2　仿真分析

模型仿真驗證主要通過直觀觀察法和統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比法進(jìn)行，通過直觀地觀察來檢驗?zāi)Ｐ湍芊裾鎸嵉卦佻F(xiàn)客運站客流情況。其仿真結(jié)果如圖2所示，模型運行正常。將客運站高峰期現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)與本模型運行的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)[7]中的仿真結(jié)果進(jìn)行對比，其結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯罕灸Ｐ湍軌蚍从掣叻迤诳瓦\站客流的活動情況，在一定程度上具有一定的可行性；但是，限于實測數(shù)據(jù)的局限性，所建模型還不能夠完全逼真地模擬現(xiàn)實實際情況。

圖2　模型仿真

評價指標(biāo)模型仿真結(jié)果統(tǒng)計數(shù)據(jù)文獻(xiàn)[7]仿真結(jié)果平均排隊長度/人1198設(shè)施利用率/min2.32.02.5區(qū)域密度/(人/m2)0.90.70.5

4結(jié)束語

通過對客運站內(nèi)客流特性進(jìn)行實地觀測和分析，以設(shè)施間的活動關(guān)聯(lián)度為權(quán)重，建立客流組織的優(yōu)化模型，通過AnyLogic仿真軟件進(jìn)行動態(tài)的仿真分析，驗證了模型的可行性，為優(yōu)化客運組織提供一條新的思路。

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(編校：饒莉)

Simulation Model of the Station Passenger Flow Organization Based on Activity Correlation

LIU Liming， LV Zhi

(SchoolofPhysicsandElectricalInformationofShangqiuNormalUnifersity,Shangqiu476000China)

Abstract:In order to optimize station passenger flow organization, we presented a simulation model based on the activity correlation of service facilities to minimum the weighted cost. The microscopic simulation model was established in AnyLogic simulation environment. A case study demonstrated the validity and feasibility of the method. The research can provide a reference for improving the operational efficiency and the service levels.

Keywords:activity correlation; passenger flow organization; AnyLogic; simulation model

doi:10.3969/j.issn.1673-159X.2016.01.012

中圖分類號：U293

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-159X(2016)01-0058-04

基金項目：河南省教育廳基金(JYB2014230)。

收稿日期：2015-04-29

第一作者：劉黎明(1982—)，男，助教，主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、復(fù)雜系統(tǒng)仿真。E-mail:llm419@126.com

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