基于anylogic的地下交通客流組織仿真分析

北京南站是一家大型客運站，集北京鐵路、地鐵、公交、出租車等交通方式于一體。此外，它還集中在北京連接全國高鐵列車和快速列車的站和站。連接復(fù)雜，車場大，車道多，設(shè)備和設(shè)施技術(shù)水平高。因此，北京南站的客流組織是一個復(fù)雜的動態(tài)時空隊列服務(wù)系統(tǒng)。本文針對北京南站地下一層客流組織的復(fù)雜性,分析其站內(nèi)功能區(qū)位布局及客流流線,利用Anylogic微觀動態(tài)仿真軟件對其進行客流仿真,分析仿真結(jié)果并提出客流組織優(yōu)化方案,為實際運營管理提供決策支持意見。1北京南站的地下一層1.1地鐵站廳設(shè)站廳北京南站地下一層功能區(qū)位布局較為復(fù)雜,為整個車站的換乘大廳、停車場以及旅客出站系統(tǒng),包括進站廳7個,其中普速進站廳2個,高速進站廳3個,城際進站廳2個;到達口8個,其中普速出站口2個,高速出站口4個,城際出站口2個;本層設(shè)火車售票處4個,南北電梯各2個。國鐵與地鐵換乘及2條地鐵共用的站廳布置在換乘大廳的中央部位,設(shè)有地鐵南北出口和東西進口,另外在東西各有一個地鐵售票口;中央換乘大廳南北端同公交車場相連。1.2機場地下音樂場分析流線是指在客運站,旅客、行包、交通車等的流動行駛路線,它是客運站特別是站場、站房和站前廣場總體布局的主要依據(jù)。北京南站地下一層的旅客流線主要有進站流線、出站流線和換乘流線。(1)進站流線進站流線如圖1。出站流線如圖2。(3)換乘流線換乘流線如圖3。2運營組織的模擬方法和評估指標(biāo)的研究2.1行人軌跡模型Anylogic行人仿真主要依靠其行人庫實現(xiàn),行人庫的對象分為全局參數(shù)設(shè)置對象PedComguration、環(huán)境對象、行人對象等,其核心算法為社會力模型。Anylogic中的行人仿真建模過程如圖4。社會力模型基本原理:社會力模型是連續(xù)型微觀仿真模型,可以給出真實的行人蹤跡。基于多粒子自驅(qū)動系統(tǒng)的框架,假定組成人群的個體具有思考和對周圍環(huán)境做出反應(yīng)的能力,把人的主觀愿望、人和人之間的相互關(guān)系以及人與環(huán)境之間的相互影響用社會力的概念來描述,分別表示為以下3種作用力:(1)驅(qū)動力:主觀意識對個體行為的影響可化為個體所受自己施加的“社會力”,體現(xiàn)了行人以渴望的速度移動到目的地的動機。運動學(xué)方程如下:其中,為行人α的空間位置向量,(t)為行人α的速度。(2)人與人之間的作用力:指試圖與其他行人保持一定距離所施加的“力”。行人加減速和方向變化方程如下:其中,為反映隨機行為偏差的擾動項。(3)人與墻之間的作用力:墻對人的影響類似于人與人之間的作用。社會力方程如下:其中,為加速力,為人與墻之間的作用力,為行人α與其他行人β間的作用力,為吸引效果。2.2旅客排流量的比較本文主要從旅客換乘的流暢性和設(shè)備綜合利用率這兩個方面來評價客流組織方案的優(yōu)劣。其評價指標(biāo)分析如下所示:(1)平均逗留時間平均逗留時間V,是指一段時間內(nèi)從某條流線上經(jīng)過的若干旅客所花費的時間的平均值,在距離相同的情況下,其結(jié)果越大說明這條流線上越擁堵,旅客走行越不順暢,從而發(fā)現(xiàn)流線上的瓶頸所在。其中vi為站內(nèi)某條主要流線上某旅客的逗留時間;n為某條流線上旅客的數(shù)量。(2)平均排隊長度平均排隊長度U11,是在單位時間內(nèi),站內(nèi)主要流線上排隊長度的平均值,其結(jié)果越大說明樞紐站內(nèi)旅客排隊現(xiàn)象越嚴(yán)重。其中Li為站內(nèi)每條主要流線上排隊的長度;n為站內(nèi)主要流線的數(shù)量。3北京南站下層客運組織的模擬分析3.1主要設(shè)備組成北京南站地下一層分為中央換乘大廳和兩側(cè)汽車庫及設(shè)備用房,主要設(shè)備包括閘機售票機和電梯。其中,閘機采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),長度為1.86m,寬度為0.53m,通過速度為1.37m/s,服務(wù)時間為2s。地下一層仿真設(shè)備參數(shù)如表1。3.2創(chuàng)建模擬模型3.2.1模擬動畫的設(shè)計加入仿真底圖,繪制仿真模型動畫如圖5,設(shè)置模型動畫中的線條的屬性。3.2.2模擬腳本設(shè)計根據(jù)地下一層的主要流線,在Anylogic仿真軟件里用各個模塊的關(guān)系圖表示出來建立地下一層的仿真流程圖,并設(shè)置每個模塊的屬性。3.3模擬評估與分析3.3.1北京東南角—仿真數(shù)據(jù)輸入按照AtkinsChina所做的北京南站《交通、客流專題報告》,到站乘客的交通模式劃分為:地鐵50%,公交車30%,社會車輛20%。2030年北京南站高峰小時出發(fā)客流量比例約為:城際35.6%,高速62.3%,普速2.1%。由調(diào)查數(shù)據(jù)可知,北京南站地下一層目前高峰小時的客流量為12688人/h,將到達總?cè)藬?shù)按比例分配到各個到達口。城際:高速:普速=256∶623∶21;地鐵:公交:社會車輛=5∶3∶2,見表2。3.3.2模擬結(jié)果評價分析3.3.2.到達口或出口前平均滯留時間將仿真結(jié)果中各到達口對應(yīng)流線上的逗留時間參數(shù)放入表3中,運用公式(5)計算出各流線上旅客的平均逗留時間,對結(jié)果進行分析。比較各到達口對應(yīng)流線上的旅客平均逗留時間可知,各到達口到南公交站和北公交站以及地鐵西入口(購票)和地鐵東入口(購票)的平均逗留時間都較長。由此可見,各到達口到達南公交站、北公交站、地鐵西入口(購票)和地鐵東入口(購票)的流線上存在阻礙旅客走行的瓶頸。3.3.2.維護客單位基礎(chǔ)設(shè)施對瓶頸產(chǎn)生原因進行分析,進而提出決策支持建議。分析設(shè)備平均排隊長隊,提出優(yōu)化方案,實現(xiàn)客服設(shè)備的合理配置與運用。客服設(shè)備的平均排隊長度見表4。由客服設(shè)備平均排隊長度可以看出,除地鐵售票窗口,其他的客服排隊長度都不是很明顯,所以造成南公交站和北公交站流線上出現(xiàn)瓶頸的原因主要是旅客屬性(旅客對車站的熟悉程度、走行速度等)。決策支持意見:4售票處的瓶頸仿真本文應(yīng)用Anylogic仿真軟件對北京南站地下一層進行了客流組織優(yōu)化仿真分析。地下一層客流組織仿真過程包括:仿真環(huán)境分析,仿真建模,仿真運行,仿真結(jié)果輸出分析。通過分析仿真數(shù)據(jù),可以看出地下一層的瓶頸主要在南、北公交站對應(yīng)流線上和地鐵東、西售票處,提出解決措施對這一瓶頸進行緩解。針對南、北公交站對應(yīng)流線上的瓶頸,主要提出提高旅客流速法和引導(dǎo)法兩種決策支持建議;針對地鐵東、西售票處的瓶頸,主要提出增加設(shè)備數(shù)量法的幾種方案,分別對各方案進行仿真,通過比較分析仿真結(jié)果找出最優(yōu)方案。通過仿真并進行分析,為北京南站的實際運營管理提供決策支持建議,從而提高設(shè)備利用率,提高流線的通過能力。(1)提高旅客流速法:即通過提高旅客的走行速度,相對的降低行人對車站設(shè)施、設(shè)備的占用時間,從而提高設(shè)備利用率,提高流線的通過能力。通過以下方法解決:運用相關(guān)人員的力量維持各通道秩序,使通道上無人員停留,保持通道的通暢;加強對整個車站客流組織的總體規(guī)劃,保證各交叉的通暢。(2)引導(dǎo)法:由于客運站的復(fù)雜性,許多旅客對整個換乘過程不是很清楚,特別是對那些初次到站的旅客,需要一個認(rèn)知過程,這就需要車站有比較完善的服務(wù)信息和誘導(dǎo)標(biāo)志來更快更好地引導(dǎo)旅客完成整個換乘過程。結(jié)合分析客服設(shè)備的平均排隊長度可以看出,地鐵西售票口和地鐵東售票口的瓶頸原因主要是高峰期售票窗口不足引起的排隊長隊過長。決策支持意見為:增加設(shè)備數(shù)量法,即