基于anylogic的北京宣武門地鐵車站客流疏散仿真研究

基于anylogic的北京宣武門地鐵車站客流疏散仿真研究

any邏輯模擬軟件是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)，如離散、連續(xù)和混合操作。利用AnyLogic實(shí)現(xiàn)地鐵車站設(shè)備設(shè)施的建模,通過設(shè)計(jì)不同的仿真場景,對乘客在車站內(nèi)的集散過程進(jìn)行仿真,研究車站設(shè)備設(shè)施的利用情況并分析評估,為軌道交通車站的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供支持。1在地鐵站的乘客分布過程中，分析了地鐵站乘客的分布過程1.1協(xié)調(diào)功能,提升品質(zhì)城市軌道交通車站內(nèi)部設(shè)施由交通工具服務(wù)設(shè)施、乘客服務(wù)設(shè)施和信息誘導(dǎo)設(shè)施3部分組成,它們相互制約、相互協(xié)調(diào),充分發(fā)揮各自的功能和優(yōu)勢,使系統(tǒng)達(dá)到整體功能的最優(yōu)化,為實(shí)現(xiàn)出行者乘行舒適、安全快捷的目標(biāo)而服務(wù)。本文仿真研究的主要設(shè)施是交通工具服務(wù)設(shè)施和乘客服務(wù)設(shè)施,見圖1。1.2行人流分類參數(shù)設(shè)置背景行人的宏觀交通行為是大量的行人在某一時(shí)段某一區(qū)域內(nèi)所呈現(xiàn)的速度、流量、密度之間相互關(guān)系的集體特性。行人流的宏觀輸入?yún)⒘恐饕ㄋ俣?、人群、來源等。在設(shè)置人群參數(shù)時(shí)按社會(huì)關(guān)系分為上學(xué)、上班、購物以及其他4組人群,對應(yīng)Anylogic軟件里的行人流,通過設(shè)置不同速度對其進(jìn)行分類。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),各組行人的速度參數(shù)如表1。不同時(shí)間段各類人群的比例如表2。當(dāng)行人經(jīng)過扶梯或者排隊(duì)進(jìn)站時(shí)會(huì)不自覺地形成臨時(shí)群,這時(shí)需對行人進(jìn)行統(tǒng)一分類,也就是區(qū)別于行人在流動(dòng)中的屬性,而4組人群在排隊(duì)處或者扶梯處所表現(xiàn)的特性大體沒有區(qū)別,所以當(dāng)4組行人流經(jīng)過排隊(duì)區(qū)域或扶梯區(qū)域要統(tǒng)一進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。針對各個(gè)工作區(qū)域的特點(diǎn)定義人群的停留時(shí)間分別為:售票口5s,自動(dòng)售票機(jī)8s,進(jìn)站閘機(jī)3s。按照不同時(shí)段的客流量確定列車間隔時(shí)間,早晚高峰3min,非高峰5min。2模擬了地鐵車站乘客的分散過程2.1進(jìn)排系統(tǒng)或進(jìn)排系統(tǒng)對象類構(gòu)成地鐵車站模型的基本元素包括行人產(chǎn)生源、車流、售票系統(tǒng)、進(jìn)站排隊(duì)系統(tǒng)等。行人產(chǎn)生源主要是行人模擬的產(chǎn)生點(diǎn),運(yùn)用Anylogic中的source組件來實(shí)現(xiàn),產(chǎn)生行人的位置在進(jìn)站口及換乘口,產(chǎn)生客流量主要根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)來確定。2.2資源網(wǎng)絡(luò)模塊系統(tǒng)中的資源網(wǎng)絡(luò)模塊主要用于模擬車站乘客集散過程中車站設(shè)備的利用情況;流程處理模塊主要是為了模擬乘客集散的具體處理過程;動(dòng)畫模塊則是為了直觀的反應(yīng)客流在車站內(nèi)移動(dòng)的情況。資源網(wǎng)絡(luò)模塊主要包括進(jìn)站乘客流程及出站乘客流程,如圖2和圖3。流程處理模塊對車站集散系統(tǒng)的基本功能進(jìn)行模擬,主要有行人流與列車流,行人流又包括進(jìn)站流及出站流。根據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)模塊對進(jìn)出站乘客流程的分析在軟件中嵌入對象如圖4。動(dòng)畫模塊可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)車站乘客集散實(shí)際過程的直觀再現(xiàn)。這個(gè)模塊主要運(yùn)用Anylogic的Group來構(gòu)建動(dòng)畫組,分別定義各個(gè)分區(qū)節(jié)點(diǎn)(包括通道、安檢區(qū)、進(jìn)站區(qū)、出站區(qū)、換乘區(qū)、候車區(qū)等)的位置以及行人的流線,再將其加入Group,在Network中定義動(dòng)畫網(wǎng)絡(luò)。3基于車站分散能力的評估和分析3.1密度a的使用密度計(jì)算參數(shù)為設(shè)備間密通過計(jì)算出相應(yīng)設(shè)施的乘客空間占用量,評估設(shè)施服務(wù)水平。服務(wù)水平是疏散效率和步行舒適度的綜合評價(jià),通常使用單個(gè)行人能夠使用的空間面積來表示,隨著密度的增大,服務(wù)水平逐漸下降。(2)設(shè)施平均排隊(duì)長度此項(xiàng)指標(biāo)主要考慮客流在安檢口、進(jìn)出站閘機(jī)等設(shè)施的等待隊(duì)列,可以反應(yīng)進(jìn)出站、檢票等資源是否足夠。式中:Ni為仿真時(shí)間的取值時(shí)刻點(diǎn)總數(shù);L隊(duì),i為第i個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的客流排隊(duì)長度。3.2出口信息選取宣武門站是北京地鐵2號(hào)線與4號(hào)線的交匯點(diǎn),共有8個(gè)出口。實(shí)際調(diào)研觀察,宣武門車站各個(gè)時(shí)段的設(shè)備利用程度有很大的區(qū)別,所以本文分別針對不同時(shí)段對設(shè)施的利用情況進(jìn)行分析評估。3.2.1無列車到達(dá)時(shí)區(qū)域的人數(shù)變化非高峰時(shí)段,進(jìn)出站乘客的數(shù)量很少,進(jìn)出站設(shè)備的利用率較小,安檢區(qū)域及閘機(jī)的排隊(duì)區(qū)域不存在乘客擁擠現(xiàn)象,而大量的換乘乘客占據(jù)著換乘區(qū)域的設(shè)施,所以主要分析換乘設(shè)施的使用情況。實(shí)驗(yàn)中將換乘區(qū)域面積設(shè)置為10㎡,對換乘出口的排隊(duì)隊(duì)列情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),圖5為非高峰期仿真場景及統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖6中在沒有列車經(jīng)過時(shí),換乘口設(shè)定區(qū)域的人數(shù)為0,當(dāng)列車到達(dá)時(shí),大量乘客涌向換乘口,區(qū)域的人數(shù)統(tǒng)計(jì)量上升,從第4min開始,區(qū)域人數(shù)呈上升趨勢,上升到第5min時(shí)人數(shù)達(dá)到這一階段的高峰,之后人數(shù)開始下降,最終客流疏散結(jié)束,整個(gè)過程大概持續(xù)2min,在這個(gè)過程中,區(qū)域的人數(shù)變化如表3。非高峰期時(shí)段到達(dá)車流保持在一個(gè)較低的水平,給乘客很多的換乘時(shí)間,但當(dāng)兩個(gè)方向的車流同時(shí)到達(dá)車站時(shí),乘客數(shù)量會(huì)大大增加,在仿真的30min~45min時(shí)間段,由于兩個(gè)方向的列車同時(shí)到達(dá),客流量明顯增多,所以客流的疏散時(shí)間延長,而且客流的高峰值增大為14人,此時(shí)客流空間占有量為0.7㎡/人,呈現(xiàn)擁擠狀態(tài),這時(shí)換乘口疏散能力的服務(wù)水平等級(jí)下降,但并沒有達(dá)到阻滯狀態(tài),所以在非高峰期,換乘口乃至整個(gè)車站的集散能力一定程度上能滿足客流量的變化。3.2.2乘客平均排流量為1人高峰期時(shí)段上班、上學(xué)等人群大量涌入地鐵車站,使得站內(nèi)客流大大增多,對車站的集散設(shè)施提出了更高要求。圖7為進(jìn)站客流經(jīng)過安檢區(qū)域、自動(dòng)售票機(jī)區(qū)域以及人工售票區(qū)域的排隊(duì)情況。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)可得出安檢口的乘客平均排隊(duì)人數(shù)為9人;自動(dòng)售票機(jī)的乘客平均排隊(duì)人數(shù)為5人;人工售票區(qū)的乘客平均排隊(duì)人數(shù)為1人。在客流量增多時(shí),安檢處的排隊(duì)人數(shù)處于擁擠的狀態(tài),實(shí)驗(yàn)中最高值達(dá)到15人,形成這一情況的原因主要是安檢機(jī)的數(shù)量只有1臺(tái),而且位于一個(gè)進(jìn)站口的盡頭處,這一側(cè)的乘客需繞到另一側(cè)才能經(jīng)過進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)站,在這個(gè)過程中,乘客的不必要路徑較多,使設(shè)施的集散能力不能發(fā)揮到最大。應(yīng)用軟件建立另一場仿真場景,同時(shí)放入進(jìn)站客流及出站客流,圖8為進(jìn)站客流經(jīng)過安檢區(qū)域與出站客流經(jīng)過出站閘機(jī)區(qū)域的排隊(duì)情況。鑒于進(jìn)出站口設(shè)施的布置情況,進(jìn)站區(qū)域的數(shù)據(jù)采集處為安檢機(jī)前的排隊(duì)區(qū)域,乘客平均排隊(duì)人數(shù)為5人;出站閘機(jī)區(qū)域處的乘客平均排隊(duì)人數(shù)為9人。出站閘機(jī)前的排隊(duì)人數(shù)是隨著列車流的到達(dá)呈現(xiàn)上升和下降的趨勢,列車到達(dá)時(shí),大量乘客涌向出站閘機(jī),最高人數(shù)達(dá)到12~14人不等,使區(qū)域的乘客空間占有量減少,呈現(xiàn)擁擠狀態(tài),隨著乘客的疏散,區(qū)域人數(shù)開始下降,最終趨近于自由或半自由狀態(tài)。4站內(nèi)監(jiān)控方案從上述仿真結(jié)果來看,車站存在一些問題,例如設(shè)施布置不合理,設(shè)備利用情況不充分等。針