AFC系統(tǒng)閘機(jī)扇門模塊的三維建模及仿真

李建偉

摘要：隨著支付方式多樣化，AFC系統(tǒng)越來(lái)越多應(yīng)用于城市公共交通中。根據(jù)A市地鐵站點(diǎn)AFC系統(tǒng)具體應(yīng)用現(xiàn)狀，本文從AFC服務(wù)本身和客運(yùn)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，分析AFC系統(tǒng)現(xiàn)狀，并對(duì)地鐵閘機(jī)扇門模塊進(jìn)行三維建模及仿真。隨著城市軌道交通自動(dòng)檢票系統(tǒng)發(fā)展和進(jìn)步，在AFC系統(tǒng)終端設(shè)備中使用建模設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要，通過(guò)建模計(jì)算可以分析其運(yùn)行情況，更換缺陷模塊，節(jié)省檢查設(shè)備時(shí)間，減少維修、并節(jié)省社會(huì)成本。

關(guān)鍵詞：AFC系統(tǒng);閘機(jī)扇門模塊;三維建模;仿真

伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和移動(dòng)支付日益普及，特別是隨著二維碼技術(shù)在支付領(lǐng)域迅猛發(fā)展，越來(lái)越多城市逐漸開(kāi)放二維碼移動(dòng)支付購(gòu)票功能。與傳統(tǒng)方法（如手動(dòng)票證銷售）相比，使用移動(dòng)應(yīng)用程序創(chuàng)建二維碼來(lái)購(gòu)買票證并刷卡通過(guò)閘機(jī)，可以減少乘客隊(duì)列、改善運(yùn)行管理、提升乘客體驗(yàn)以及降低設(shè)備使用頻率和降低成本。

1 概述

AFC系統(tǒng)全名是自動(dòng)售檢票系統(tǒng)，包括半自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)開(kāi)票和計(jì)算機(jī)控制統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)封閉式自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)自動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)購(gòu)票、票務(wù)控制、計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、檢票進(jìn)站、分類管理等多更能全過(guò)程自動(dòng)化控制。乘客通過(guò)閘機(jī)時(shí)，由于機(jī)器自動(dòng)識(shí)別，偶爾會(huì)出現(xiàn)無(wú)法識(shí)別情況，卡證失效或是檢票系統(tǒng)故障，影響乘客出行，甚至造成閘機(jī)扇門碰撞、擠壓乘客。針對(duì)這些情況，交通地鐵企業(yè)需要進(jìn)行及時(shí)改善，減少此類情況發(fā)生，防止因閘機(jī)扇門問(wèn)題造成意外事故。

2 建模

2.1建立三維模型優(yōu)勢(shì)。鑒于上述問(wèn)題，對(duì)A市AFC系統(tǒng)中地鐵閘機(jī)扇門模塊進(jìn)行三維建模。通過(guò)設(shè)備三維模型，可以擴(kuò)大該模塊實(shí)際應(yīng)用能力并有助于解決實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中困難問(wèn)題。因此，有必要對(duì)閘機(jī)扇門模塊進(jìn)行 3D 建模，以提高其易用性和實(shí)用性[1]。

2.2行人碰撞模型。在AFC系統(tǒng)閘機(jī)扇門模塊應(yīng)用中，由于早晚高峰易造成人流擁擠，針對(duì)此情況進(jìn)行三維模擬。行人和扇門之間碰撞位置通常發(fā)生在成年人腹部，因此碰撞模擬可以簡(jiǎn)化為行人腹部碰撞，并且可以用腹部模型替換行人模型，碰撞模擬中以圓筒狀橡膠制品為參照物。普通人一步通常需要0.50-0.55秒。步行速度可設(shè)定為1.5公尺/秒，以此數(shù)據(jù)作為參照物前行速度。

2.2 ABAQUS有限元模型。ABAQUS 軟件是一款功能強(qiáng)大工程模擬有限元軟件，具有完美數(shù)據(jù)接口，可以與許多高級(jí) CAD 部件共享數(shù)據(jù)。閘機(jī)站門和腹部模型是由Pro/E軟件創(chuàng)建實(shí)體模型，然后在ABAQUS分析軟件中引入。導(dǎo)入固定模型后，遵循模型預(yù)處理方法，主要包括確定材料和邊界條件、應(yīng)用載荷和分割網(wǎng)格的過(guò)程。下表列出材料性能主要參數(shù)。

在邊界條件下，有在三維模擬中聚氨酯和鋼板緊密相連，充分保證它們協(xié)同工作，鋼板和聚氨酯受結(jié)合約束。同樣，兩個(gè)腹部實(shí)體模型受到約束。扇門模型和腹部模型與采用加速度處理，到達(dá)后二者接觸碰撞。腹部模型向前平移，模型之家距離設(shè)定約為2-3米遠(yuǎn)，對(duì)腹部模型施加速度載荷[2]。

3 仿真

本文以A市地鐵為例，為每組閘機(jī)進(jìn)行編號(hào)處理，具體詳見(jiàn)下圖。其中 1號(hào)與 6 號(hào)閘機(jī)組為出站閘機(jī)，分別通向A市火車站北廣場(chǎng)與南廣場(chǎng)。其中1號(hào)閘機(jī)組共有12臺(tái)閘機(jī)，6 號(hào)閘機(jī)組共有6臺(tái)閘機(jī)，2、3、4、5 號(hào)閘機(jī)組為進(jìn)站閘機(jī)，各有8臺(tái)閘機(jī)，其中 2 號(hào)與 5 號(hào)閘機(jī)組暫停運(yùn)行。本部分通過(guò)仿真主要研究閘機(jī)通過(guò)能力，為方便研究，對(duì)一些其他設(shè)施設(shè)備做簡(jiǎn)化處理。A市地鐵火車站乘客多為換乘客運(yùn)站乘客，且大多都攜帶大件行李，所以行動(dòng)與通勤客流相比較為緩慢。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，得到各閘機(jī)組平均客流量數(shù)據(jù)，通過(guò)表中數(shù)據(jù)，可以看到在A市地鐵站口各個(gè)閘機(jī)組每小時(shí)通過(guò)客流都有數(shù)千人，客流量較大，在調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)閘機(jī)口經(jīng)常出現(xiàn)擁擠堵塞現(xiàn)象，進(jìn)而造成乘客與閘機(jī)扇門發(fā)生碰撞，這說(shuō)明A市地鐵AFC系統(tǒng)閘機(jī)扇門模塊需要得到改善。

乘客由進(jìn)站到乘車以及由乘車到出站過(guò)程決定仿真流程所需模塊以及具體流程順序。乘客在地鐵站廳層集散過(guò)程分為進(jìn)站過(guò)程與出站過(guò)程。乘客進(jìn)站過(guò)程如下圖所示，通過(guò)下圖可以看到，乘客進(jìn)站后通過(guò)AFC系統(tǒng)以不同方式進(jìn)行購(gòu)票，然后進(jìn)入檢票口通過(guò)閘機(jī)，經(jīng)過(guò)閘機(jī)進(jìn)站過(guò)程一致。在通過(guò)閘機(jī)后，再通過(guò)不同扶梯與樓梯到達(dá)站臺(tái)層候車。出站乘客經(jīng)由不同扶梯樓梯口到達(dá)站廳，然后通過(guò)出站閘機(jī)，由各出站口完成出站。本文重點(diǎn)研究閘機(jī)通過(guò)能力，對(duì)其過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理[3]。

通過(guò)仿真結(jié)果，可以看到在 1 號(hào)出站口其閘機(jī)數(shù)量充足，雖然客流量大，但沒(méi)有產(chǎn)生擁擠踩踏現(xiàn)象，乘客可以順利通過(guò)閘機(jī)到達(dá)地鐵口完成出站。對(duì)于進(jìn)站閘機(jī)組，可以通過(guò)熱度圖明顯看出乘客在閘機(jī)處聚集產(chǎn)生擁擠排隊(duì)現(xiàn)象，其相應(yīng)附近扶梯口處產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象，這說(shuō)明這兩處進(jìn)站閘機(jī)組需要進(jìn)行改進(jìn)，防止意外風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于出站閘機(jī)組，由于其閘機(jī)數(shù)量相對(duì)較少，即使其出站客流量少，但從仿真結(jié)果看也有擁擠排隊(duì)現(xiàn)象，這說(shuō)明此處閘機(jī)組也需要改進(jìn)布置，增加閘機(jī)數(shù)量[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展，地鐵AFC系統(tǒng)目前應(yīng)用廣泛，為人民群眾帶來(lái)極大便利，使市民日常出行減少不必要時(shí)間浪費(fèi)?，F(xiàn)代城市交通中AFC系統(tǒng)閘機(jī)擁有多層次、多流程管理，符合軌道交通安全性、穩(wěn)定性和高實(shí)時(shí)運(yùn)行特性。但同時(shí)閘機(jī)扇門模塊存在人流量大，易造成人員擁堵、碰撞現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行三維建模模擬和仿真，分析AFC系統(tǒng)中閘機(jī)扇門現(xiàn)存問(wèn)題，并提出改善建議。該模擬可減少初始投資，提高交通效率，并基于工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)重新檢查閘門安全性和穩(wěn)定性

參考文獻(xiàn)：

[1]田立，田莉莉.地鐵閘機(jī)扇門機(jī)構(gòu)專利技術(shù)分析[J].中國(guó)科技信息，2020（12）：18-20+14.

[2]王帥.北京地鐵13號(hào)線閘機(jī)改造方案研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2020（03）：199-202.

[3]潘穎芳.軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)全球?qū)＠治鲅芯縖J].天津科技，2020，47（06）：65-68.

[4]柳澤原，彭宏勤.基于Anylogic的地鐵車站閘機(jī)口通過(guò)能力仿真研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2018，18（S1）：110-114.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)一分公司）