摘要：城市轨道交通车站作为日常通勤客流集散的重要网络节点，在轨道交通运营中发挥着重要的作用。由于站内的客流具有强的聚集性，尤其在高峰时段，大量的客流迟滞和阻塞很容易造成枢纽站内设施服务水平的急剧下降和人群拥挤的安全隐患问题。因此，本文对车站设施进行了系统的研究与分析，建立了基于社会力的客流模型，依托计算机仿真，可以较为准确的描述站内客流情况，为设施的合理布局和安全事件的防范提供指导。
关键词：城市轨道交通；客流；仿真模型
轨道交通车站一般位于地下或高架上，空间封闭，完全依靠出入口与外界联系，因此为满足出行需求，其在设计时较其它城市活动空间更具复杂多样性，用单一的研究模式和方法已无法全面解释复杂环境下的乘客随机行为。本文主要分为三个部分，首先通过对车站的功能布局进行分析，从而建立客流的仿真模型，最后给出使用计算机进行仿真的设计建议。
1 轨道交通车站分析
客流集散是大量旅客交通行为活动与枢纽内部环境互动产生的各种活动的群体效应[1]，乘客的主观行为与车站的客观环境共同组成了内部客流趋势。因此为了建立客流模型，首先要对相应车站进行特征分析。
1.1.功能与结构分析
轨道交通车站提供了一个承载客流进行乘降、集散、换乘的多种类型交通设施。站内客流集散效率的高低和公共安全状态的好坏依赖于内部环境、设施类型、数量等要素在数量、时间和空间上的分布是否协调。具体表现为由规划与设计方案决定的枢纽空间结构衍生的在枢纽设计流线上各个设施所对应的乘客流“速度”、“密度”关系和走行时间。
1.2.设施功能分类
站内乘客设施根据功能可以分为两类：一类为乘客走形的有界区域；另一类为乘客提供服务。前者称为连接类设施，后者为服务类设施。连接类设施包括有通道、站厅、等候区、站台、楼梯、扶梯和电梯等；服务类设施包括有客服中心、安检区域、自动售票区、进出站闸机和卫生间等。
1.3.车站网络模型建立
车站网络模型反映的是站内客流宏观路径的选择，表现为乘客为完成OD路径依次进行的各种业务集合。相同方向乘坐需求的乘客，其业务集合流线不会因其客流个体差异发生很大的变化，它的不同主要取决于乘客的目的。在业务流程中，完成每一种业务活动需要某一具有相同功能类型的设施集合，通过业务流程集合和设施链路集合共同反映客流交通行为的全过程。
2 站内客流仿真模型设计
仿真是通过模型来模拟现实系统，帮助我们了解现实系统，对现实系统进行改进，对新系统进行开发设计和规划的一种活动[2]。客流集散仿真模型就是通过建立乘客与乘客，乘客与周围环境之间的相互关系来达到描述乘客集散运动的方法。
2.1.客流模型概述
乘客交通行为，是指发生在有明确范围内的交通环境下，以出行活动链为意图的行动过程[3]。在该框架下，乘客交通行为首先对乘客到达进行研究，然后将枢纽内的乘客活动分为位移活动和服务活动两个类别，位移活动被细分为路径选择和具体运动两个层面的行为，服务活动按照过程被分解为服务选择、等待服务、接受服务三个阶段。
2.2.乘客到达车站模型
客流集散仿真的过程需要客流到达模型的支持，其用来解决客流的输入问题。在现实的情况下，城市轨道交通客流具有极强的潮汐性。通过对历史客流的清分清算，可以基本掌握客流的到达特性，建立客流到达模型。
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2.3.乘客路径选择模型
在地铁车站仿真中，应用社会力模型基础上结合启发式算法来规划路径选择机制。首先找出乘客个体的目标点，依据目标点处设施功能将目标点划分为一系列设施节点的集合。通过集合的串联确定全局路径的基础上，依据站内客流环境和乘客自身特点来选择局部节点，在局部空间内应用社会力模型准确仿真相邻节点之间乘客走行过程的乘客路径规划算法。
路径选择行为是站内乘客根据客观环境、设施因素和主观偏好，从出发点经过一系列的节点到达目标的决策过程。运动过程中乘客自身与路径上各类设施发生相互作用，乘客根据经验判断，对其作用效用进行预测，多次决策组合得到一条基于路径选择的步行链路，整个过程是乘客习惯性行为与理性判断交互作用的结果。根据选择的时机和范围的不同，可将乘客在枢纽内的路径选择分为全局路径选择和局部路径选择。
2.3.1.全局路径选择
全局路径选择可以视为一系列业务流程组合而成的逻辑流线，其中不同业务对应着不同的设施集合，与乘客个人差异关系不大，因此在仿真之前，需要根据枢纽网络模型，设置全局路径流线。通过分析可知，当乘客的起终点一致时，途径的业务流程也是唯一的，但因为同时存在多个相同功能的集合类设施（闸机集合等）和可替换设施（楼梯、扶梯、电梯等），所以具体路径不是唯一的。仿真系统产生乘客输入时，基于 表记录的路径依据一定比例对枢纽内乘客设置全局路径。
2.3.2.局部路径选择
局部路径选择反映了每个具体乘客的微观走行过程，不同旅客由于个体特征差异、枢纽环境差异等因素，其局部路径选择往往会表现出较大的差异性。乘客从起点到终点的运动过程，其实是一个不断探索的“寻路”过程，乘客流程上的节点设置有权值，取值越大，其被乘客选择的可能性就越大。首先是从起点对一级目标点的选择，然后是二级目标点，以此方式不断进行路径探索。本文局部路径模型使用步行至目标点距离和其间拥挤度这两个参数来对权值进行衡量的方法。
3 仿真系统设计开发
客流集散仿真系统作为安全工作的基础，通过仿真车站内部客流变化情况，可以再现和预测车站内部乘客的时空分布，给出不同监控点区域的安全等级和服务水平以及各种设施的利用率等情况。建议计算机仿真系统基于以下几个方面进行设计开发。
（1）车站数字化建模
在动态画图的基础上，将车站设施划分为具有一定属性的实体，将几何空间划分为结构化的部分，使站内设施具有与旅客模型进行交互的能力。
（2）微观仿真行人属性设置
系统应把每个乘客个体作为独立智能体，通过计算机模拟车站内乘客的运动情况，根据微观的叠加采集宏观客流数据。
（3）客流运动控制
将考虑速度和视角的社会力改进模型作为乘客运动基础模型；同时增加路径选择和障碍物规避模型，综合对客流运动进行合理准确的控制。
（4）客流安全等级划分
建立客流安全等级划分的标准，根据仿真实时采集的数据对客流安全进行评价。
参考文献
[1]李得伟，韩宝明，李海鹰.大型铁路客运站旅客集散微观仿真[J].中国铁道科学，2009，（03）：119-124.
[2]鲁建厦，方荣，兰秀菊.国内仿真技术的研究热点——系统仿真学报近期论文综述[J].系统仿真学报，2004，（09）：1910-1913.
[3]陈栓.高速铁路客运枢纽站客流集散仿真系统的研究与实现[D].北京交通大学，2012.
论文作者:陈栓
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/7
标签：客流论文; 乘客论文; 路径论文; 模型论文; 设施论文; 车站论文; 站内论文; 《基层建设》2017年第30期论文;