摘 要： 隨著我國交通現(xiàn)代化進程的推進和乘客對出行便捷化的要求，城市交通客流樞紐已成為發(fā)展趨勢。基于城市軌道交通站內(nèi)客流量調(diào)查分析，分別針對正常和高峰時期客流情況來制定疏散客流措施，同時建立了出入口、閘機和列車三大樞紐系統(tǒng)，研究結(jié)果表明客流仿真系統(tǒng)能夠改善站內(nèi)空間分布，可以有效解決擁堵問題并提高乘客的換乘效率，為推動我國軌道交通現(xiàn)代化建設提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞： 軌道交通; 客流樞紐; 信息傳輸; 仿真系統(tǒng)

中圖分類號： TP 393文獻標志碼： A

Study on Passenger Flow Simulation of Urban Rail Transit Hub

TANG Yifan

（Xian Traffic Engineering Institute transportation college， Xian， Shanxi 710000， China）

Abstract： With the advancement of China's transportation modernization process and the demand for passengers in travel， the urban transportation network hub has become a development trend. Based on the analysis of passenger flow in urban rail transit stations， this paper develops evacuation passenger flow measures for normal and peak passenger flow conditions. According to the three hub systems of entrances， gates and trains， the results show that the passenger flow simulation system can improve the spatial distribution of stations. It can effectively solve the congestion problem and improve the passenger transfer efficiency， and provide technical support for promoting the modernization of China's rail transit.

Key words： rail traffic; passenger hub; information transfer; simulation system

0 引言

城市軌道交通站內(nèi)的客流樞紐系統(tǒng)，不僅分散了人流量，而且改善了站內(nèi)空間的擁堵狀況。在軌道交通中建立該系統(tǒng)，首先需要引進并提升新的交通設施，其次保障客流樞紐內(nèi)每一個組織結(jié)構(gòu)設計合理，還需要采取高效的方式來緩解短時間客流激增帶來的矛盾，其中最重要是提供旅客乘車的便捷性和換乘的高效性，且達到現(xiàn)代化交通高效運行的標準。當軌道交通樞紐出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)變化、乘客數(shù)量改變、交通線路更新、儀器設備換代等一系列突變狀況，此時站內(nèi)樞紐對客流結(jié)構(gòu)改變應對能力不夠，如果趕上假期或大型活動、客流出行和返程人數(shù)激增，軌道交通樞紐系統(tǒng)所顯現(xiàn)的問題更大，若問題沒有得到有效解決，必將導致交通系統(tǒng)癱瘓[1]。因此建立客流仿真系統(tǒng)對緩解城市軌道交通擁堵現(xiàn)象具有重要意義。

1 城市軌道交通客流仿真概況

1.1 正常時期客流仿真

正常時期客流仿真通過乘客在站內(nèi)的整體布局，以客流仿真樞紐的配置和設施為基礎發(fā)揮作用，該系統(tǒng)在正?？土髑闆r下，根據(jù)站內(nèi)樞紐設計結(jié)構(gòu)，借助平臺監(jiān)測、信息反饋、指令傳輸?shù)裙δ軐崿F(xiàn)客流仿真[2-3]。同時城市軌道交通系統(tǒng)對客流分布情況具有支配作用，結(jié)合乘客對目的地的選擇進行線路交通優(yōu)化，且將站內(nèi)客流實時概況進行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)系統(tǒng)的監(jiān)測和反饋內(nèi)容，形成基于正常時期客流仿真概況。

1.2 高峰時期客流仿真

高峰時期客流仿真系統(tǒng)是基于站內(nèi)乘客流量增加而進行的，如果城市軌道交通遇到節(jié)假日、緊急突發(fā)情況，該仿真系統(tǒng)根據(jù)整體結(jié)構(gòu)設計，針對站內(nèi)客流空間分布情況，制定站內(nèi)高峰時期的措施和決策，可以有效進行站內(nèi)客流疏散狀況[4-5]。高峰時期仿真系統(tǒng)對于外部接口具有兼容性，每一個乘客可以選擇距離自己最近的站內(nèi)出入口，若遇到緊急危險情況，該系統(tǒng)會根據(jù)站內(nèi)的結(jié)構(gòu)布局，為乘客選擇就近的安全出口。

1.3 客流疏導仿真

城市軌道交通系統(tǒng)中某個站臺或者換乘站點在較短時間聚集了較大的人群，車站的承載能力已經(jīng)遠遠不夠滿足站內(nèi)客流要求，隨著人群的數(shù)量持續(xù)攀升，如果不采取有效的防范措施，將很容易導致?lián)Q乘站點癱瘓，無法滿足交通站點換乘需求，嚴重情況甚至發(fā)生踩踏事故，危及站內(nèi)乘客的人生安全。因此，針對換乘站點客流急劇增加，有必要采用軌道交通系統(tǒng)列車組織優(yōu)化和站點客流控制對客流進行疏導仿真。

2 軌道交通客流仿真模型和計算方法

選用軌道交通客流模型需同時滿足離散學、人工智能學和統(tǒng)計學，且建立的模型之間可以相互建模，所建的模型可支持站內(nèi)客流動態(tài)仿真[6]。

2.1 客流仿真模型

軌道交通正常時期客流仿真是基于乘客在交通系統(tǒng)內(nèi)離散事件進行仿真，在客流離散事件中，建立的仿真模型由乘客在站內(nèi)通過時間所決定。每一個事件發(fā)生代表仿真站點數(shù)據(jù)改變，正常時期的客流仿真按照建立模型的流程進行。

2.2 客流仿真計算方法

客流仿真的計算方法主要根據(jù)站內(nèi)行人移動速度和時間進行，同時依靠客流仿真模型。在計算過程中需考慮行人之間的空間位置、行人速度和通過實踐、行人之間是否有相互干擾、行人相互之間的作用力和加速力[7-10]。結(jié)合仿真流程計算方程組如下：

式中rα為行人α的空間位置向量;Vα（t）為行人α的速度;fα（t）為社會力;εα（t）為反映隨機行為偏差的擾動項;f0α（Vα）為加速力;fαβ（rα）人與邊界之間的作用力;fαβ（rα，Vα，rβ，Vβ）行人α與其他行人β之間的作用力;fαi（rα，ri，t）行人之間吸引效果。

3 客流仿真動態(tài)分析

3.1 客流動態(tài)仿真流程

客流動態(tài)仿真需遵循設定流程進行，每一個仿真步驟都相互影響，軌道交通客流樞紐仿真從站內(nèi)乘客數(shù)據(jù)采集開始需經(jīng)過九個步驟，在環(huán)境采集和結(jié)果分析中有影響因素制約，客流動態(tài)仿真運用仿真技術(shù)，仿真結(jié)果需結(jié)合站內(nèi)區(qū)域密度、乘客步行速度和隊列長度，且計算結(jié)果需進行驗證調(diào)試，客流動態(tài)仿真流程如圖1所示。

在城市軌道交通樞紐客流仿真系統(tǒng)內(nèi)，乘客和列車作為最小的單元影響因子對客流仿真系統(tǒng)起著決定作用[11]。列車的軌道運行一般都會制定相應的運行方案，軌道設計參數(shù)和平臺指令發(fā)送都對列車正常運行有著制約影響，因此列車運行的影響因素都是可控的。但乘客作為仿真系統(tǒng)的最小單元，受主觀因素影響具有較高的復雜性和多變性，由于站內(nèi)乘客的年齡組成不同，受身體和心理影響，乘客的步伐頻率和換乘速度也不盡相同，因此站內(nèi)乘客的影響因素都是多變且不可控的[12-14]。

針對站內(nèi)乘客多變因素的影響，進行概率分布調(diào)查統(tǒng)計，以站內(nèi)乘客必經(jīng)的樓梯和通道為支撐，根據(jù)客流動態(tài)仿真計算方法，對站內(nèi)乘客的空間分布情況、人員行走速度及人流量進行統(tǒng)計分析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)乘客在水平通道和樓梯下行的人流量明顯高于樓梯上行，如表1所示。

4 客流仿真樞紐

乘客是站內(nèi)的最小單元，也是仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)樞紐[15-16]。采用點網(wǎng)分布模式將軌道交通的站內(nèi)設施以乘客為基礎進行模型建立，將乘客視為站內(nèi)空間的一個節(jié)點，該節(jié)點在車站內(nèi)的出入口、閘機和列車之間發(fā)生著位移變化，系統(tǒng)會根據(jù)節(jié)點位移的變化情況制定相應措施，如客流高峰期會安排人員進行客流引導，提高閘機出入口頻率和增加列車開通次數(shù);若客流人數(shù)減少，站內(nèi)閘機和列車也會相應減少。

4.1 出入口樞紐

城市軌道交通的出入口樞紐是乘客進出車站的唯一途徑，也是客流仿真系統(tǒng)監(jiān)測人員流量的重要節(jié)點。乘客選擇進入車站的方式有三種：通道、樓梯和自動扶梯，三種進出車站方式的人員流量也大不相同，根據(jù)站內(nèi)乘客分布統(tǒng)計，乘客在水平通道中的人員流量較高且密度較大，自動扶梯的人員流量介于通道和樓梯之間。站內(nèi)出入口樞紐如圖2所示。

4.2 閘機樞紐

閘機樞紐是站內(nèi)客流仿真系統(tǒng)的連接組成部分為乘客進出站提供服務，以閘機作為連接樞紐，乘客通過樓梯、通道和自動扶手進出站[17]，如圖3所示。

閘機的緊前連接點是通道，樓梯和自動扶梯為閘機的緊后連接點，且乘客在閘機樞紐中的進站方式為單向，以通道進入閘機可分別到達樓梯和自動扶梯節(jié)點，出站方式則恰好相反。

4.3 列車樞紐

列車樞紐是軌道交通客流仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，列車到站后，乘客可以通過樓梯和自動扶梯兩種方式進入列車;列車駛出站臺，乘客以同樣的節(jié)點方式離開車站，因此乘客在列車樞紐的選擇具有可逆性[18]。列車作為客流的輸入點和輸出點，既提供了仿真系統(tǒng)在站內(nèi)人員流量信息采集，也方便乘客站內(nèi)出入的雙向選擇。列車樞紐如圖4所示。

5 總結(jié)

本文基于空間概率分布調(diào)查分析了站內(nèi)客流分布情況，提出了城市軌道交通客流仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以分散人員流量，還有效改善了站內(nèi)空間分布格局，同時以正常時期和高峰時期客流情況進行仿真，針對節(jié)假日客流突變狀況能夠快速制定應對措施，有效解決站內(nèi)客流擁堵狀況。將乘客作為空間系統(tǒng)的最小單元，分析人員密度和流量與通道類型之間的關(guān)系，并建立三個客流仿真樞紐系統(tǒng)：出入口樞紐、閘口樞紐和列車樞紐，以此提高乘客站內(nèi)通行的高效性和站內(nèi)換乘的便捷性，為實現(xiàn)軌道交通智能化提供技術(shù)支持。

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（收稿日期： 2019.06.10）

作者簡介：

唐藝凡 （1990-）， 女，碩士，助教，研究方向：交通信息工程及控制。