城市轨道交通枢纽设施适应性评价仿真系统框架设计.pdf
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1、第2 期ll l ll_。0。0 0 l 0 0 0 誊 蠢 蠢 誊 做布饥 变通柜 设施 篷应住评价够真系饶框 役针*吴先宇袁振洲(北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室,1 0 0 0 4 4,北京第一作者,博士)摘要根据乘客在枢纽 内的主要 活动,将枢纽设施 分为 出 入 口区域、售检 票 区域、换乘 区域、上下车站 台区域和 辅助活 动 区域等五种设施类 型。在设施分 类的基础 上,建立 了枢纽 设施布局适应性评 价指 标体 系,按照 3条 主线、3种 客流、5 个区域,将指标划分为枢纽集散性指标、乘客个体性指标、乘 客群体性指标、设施功能性指标、设施应用性指标和设施可
2、 靠性指标等 6类指标。按照 3个数据来源、4类数据、5种 关 系的分类标准阐述了仿真系统 中的数据结构关系。提出了 仿真系统的功能模 块和仿真控制策略,试 为仿真系统 的应 用 开发奠定 理论 和技术基础。关键词城市轨道交通;枢纽设施;适应性评价;仿真设计 中图分类号T P 3 9 1 9;U2 3 1 4 Fr a me wo r k De s i g n o f S i mu l a t i o n Eva l ua t i o n S ys t e m ab o ut Ur b a n Ra i l Tr an s i t Hu b s Fa c i l i t i e s Ad a
3、pt a bi l i t y W u Xi a ny u。Yua n Zhe nz hou Ab s t r a c t B a s e d o n t h e ma i n a c t i v i t i e s o f p a s s e n g e r s i n t r a n s p o r t hu b s。f i r s t l y t h e f a c i l i t i es ma y i n c l u d e e x i t&e nt r a nc e z o ne,s e l 1 i n g&c h e c k i n g z o n e。t r a n s f e
4、 r zo n e。b o a r d i n g&a l i g h t i n g p l a t f o r m z o n e a n d a s s i s t a n t a c t i v i t i e s Zo n e,a nd S O o n;s e c on d l y,t h e e v alu a t i o n i n dic a t o r s t e m is e s t a b l i s h e d o n t h e c l a s s i f i ca t i o n o f f a c i l i t i e s i n t h e h u bs Ac
5、 c o r d in g t o t h e c l a s s i f i cat i o n o f t h r e e ma i n l i nes,t h r e e k i n d s o f pa s s e n ge r flo ws an d f i v e p a s s e n g e r a c t i v i t yZo n es,t h ei n d e x s y s t e m ma y b e c o mp o s e d o f h u bsmu s t e r i n g&e v a c u a t i n g ind i cat o rs,i n d i
6、 v i d ua l p a s s e ng e r i n dica t o rs,c o l-o n y p a s s e ng e r i n dic a t o。f a c i l i t i e s f u n c t i o n a l i n dicat o rs,f a c i l i t i es a p pl i c a t i o n inde x an d f a c i l i t i e s r e l i a b i l i t y indica t o rs an d SO on The n t h e d at a s t r u c t ur es a
7、 nd r e l a t i o ns h i p s o f t he s i mu l a t i on s y s t e m a r e an a l y z e d a c c or di n g t o t h e c l a s s i f i cat i on r u l e o f t h r ee k i n ds of d a t a SOu r c e s,f o ur kin ds o f d at a t y p e s an d f i v e kin ds o f d a t a r e l a t i o n s h i p s L a s t l y,t
8、h e p a p e r p u t s f o r wa r d t h e f un c t i o n a l i t y mo d u l es an d s i mula t i o n c o n t r o l s t r a t e g i e s o f t h e s im ula t i o n s y s t e m,p r o v i d i n g a cad e mi c an d t e c h n i c a l f o un d a t i o n s f o r t h e a p p l i cat i o n d e v e l o p me n t
9、 o f s im ula t i o n s y s t e m Ke y wo r d s u r b a n r a i l t r a n s i t;h u b f a c i l i t i e s;a d a p t a b i l i t y e-va l ua t i o n;s i mul a t i on de s i g n Fi r s t-a ut ho r S a ddr e s s M OE Ke y La b or a t or y f or Ur ba n Tr a n s p or t a t i on Compl e x S ys t e ms Theo
10、 r y an d Te c hnol og y,B e i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y,1 0 0 0 4 4,B e i j i n g,C h i n a 0 引言 近年来,运用仿真技术探讨枢纽内部客流及设 施协调性问题成为城市轨道交通发展的研究热点。城市轨道交通枢纽设施配置仿真与评价系统的开发 与实现,需要对系统设施类型、评价指标体系、数据 结构关系等进行系统的分析。枢纽内的设施有很多分类标准。文献 1 根据 设施实体的特征和位置,将枢纽 内的设施划分为两 类:固定设施和移动设备。其 中固体设施可 以分为 等候设施(如站厅、站台
11、等)、进站设施(如进站楼梯 或 自动扶梯、进站通道、售检票设备、进站 闸机等)、出站设施(如出站通道、出站楼梯或 自动扶梯、出站 闸机等)、换乘设施(如换乘通道、换乘楼梯),移动设 备即列车。这种分类方法简单明 了,但也为仿真系 统的实现和适用性 的推广加大了难度。目前枢纽仿真系统的开发方法主要包括虚拟现 实仿真、多智能体、元胞 自动机、仿真软件二 次开发 等。文献E 2 开发了一个用于列车驾驶培训 的地铁 站台仿真系统。它 由一个可被感知的站台虚拟环境 和虚拟乘客系统组成。文献 3 提出了基于虚拟现 实的地铁客流仿真系统的设计 思想和实现方法,将 地铁客流仿真系统和计算机 三维动画技术 结合
12、起 来。基于乘客集散模型和微观仿真方法,文献 4 研 制开发了一套适合于城市轨道交通枢纽的乘客集散 仿真系统 MT R P e d S I M 该系统分乘客集散静态分 析和乘客集散仿真两个模块。荷兰 De l f t 理工大学 的研究者针对交通枢纽 的行人流特征进行 了仿真建*国家 自然科学基金资助项 目(5()7 7 8 0 1 6);国家“八六三”高技术研 究发展计 划项 目(2 0 0 6 AA1 1 Z2 0 1);留学 回国人员科研启 动基金(教外 司留-2 0 0 8 1 1 0 1 号)21 髓 溺 辄 濯:交 锺 霁_ _ 0 0 :。l _0 0 0 0 0 冽 模,推出了仿
13、真工具 S i mP e d E 和 N o ma d E ,将枢 纽服务水平评价与行人流特征联 系起来。文献E 8 3 通过对城市轨道交通进站检票机排 队系统特征的分 析,建立了进站检票机仿真系统。已有 的这些研究 成果,在获得每项设施 的适应性评 价指标过程 中难 度大。鉴于此,本文欲通过仿真手段研究枢纽设施 布局能否适应客流 的发展,为新建 或改建枢纽提供 技术和理论依据。1 枢纽 内的设施分类 1 1 分类标准 乘客在城市轨道交通枢纽 内的主要活动包括:进出站,售检票,线路换乘,上下列 车及其他辅 助性 活动(如打 电话、商铺购买货物、去洗手问等)。根据上述乘客在枢纽内的主要活动,将枢
14、纽内 的各项设施划分为:出入 口区域设施,售检票区域设 施,换乘区域设施,上下车站台区域设施,辅助活动 区域设施等。1 2 设施类型 1 2 1对一 些名词 的规 定 1)设施定义:区域设施的界定。2)设施功能:区域设施主要功能的界定,如进 出站、换乘等功能。3)主要设施:指区域设施 内可能包括的主要设 施,如楼梯、自动扶梯、通道等设施。4)设施布置形式:指区域设施的布置形式,如 站台可分为岛式站台、侧式站台、混合式站 台等。1 2 2区域设 施 类型 1)出入口区域设施:出人 口是为乘客安全地从枢 纽外部进入枢纽内部,或者从枢纽内部走到枢纽外部 提供的场所,主要包括安检设备、电梯、楼梯、自动
15、扶 梯、通道、栏杆等设施。按照出入 口功能和数 目,可以 分为单出入 口、双出入 口、多出人口等三种布置形式。2)售检票区域设施:售检票设施是指枢纽 内为 进出站的乘客以人工或 自动方式提供售票、检票、充 值、查询等服务 的设施,主要包括售票窗 口、自动售 票机、自动查询机、自动充值机、进站 闸机、出站闸 机、补票窗 口、咨询台、栏 杆等设施。按照售票窗 口 与检票闸机的相对位置可以分为平行布置、并行 布 置和垂直布置等三种布置形式。3)换乘 区域设施:换乘设施是为了完成在轨道 交通线路之间或轨道交通与其他交通之间客流转换 而设置的交通设施,主要包括换乘厅、换乘通道、分 2 2 向栏杆、换乘楼
16、梯、自动扶梯、移动步行道、换乘 电梯 等设施。布置形式包括换乘厅、单 向换乘通道、双向 换乘通道等。4)上下车站台区域设施:上下车站 台设施是为 进站客流等待上车、出站客流到达下车出站提供的 场所,主要设施包括楼梯、自动扶梯、栏杆、电梯、中 柱、站台等设施。其布置形式主要包括岛式站台、侧 式站 台、混合式站台等。5)辅助活动区域设施:辅助活动设施是为客流 在枢纽内提供辅助性活动的场所,主要包括洗手间、报亭、便利店、警务工作站、电话亭等设施。辅助设 施的布置与其他 4种区域设施 的布置密切相关,其 布置形式没有固定的模式。2 评价指标体 系 2 1 分类标准 1)三条主线:从枢纽角度 的评价指标
17、,从乘客 角度的评价指标,从设施角度的评价指标。2)三种客流:进站客流,出站客流,换乘客流。3)五个区域:出人 口区域,售检票区域,上下车 站台区域,换乘区域,辅助活动区域。2 2 指标类型 2 2 1 枢 纽整 体性 指标 枢纽整体性的评价主要从集散性和服务水平两 个方面建立指标。其 中集散性指标主要包括集散效 率、集散舒适度、瓶颈时空分布、疏散时间等;服务水 平指标主要包括换乘方便性、环境舒适度、交通拥挤 度、客流饱和率等。2 2 2乘客个体性指标 乘客个体性指标是考察乘客个体在枢纽内对设 施的使用情况和表现 出的特征,主要从全程性 和各 活动区域两个角度建立指标。以进站乘客为例,进 站全
18、程性指标主要包括全程走行时间、全程 等待时 问、全程走行距离、全程平均速度、人均减速和等待 次数、舒适度等;进站过程经过各 活动 区域的指标,以上下车站台区域设施处为例,主要指标包 括上下 车时间、步幅、步频、步速、站 台上走行距离、站台上 走行时问、候车时问、楼梯 口等待 时间、楼梯与 自动 扶梯选择概率等。2 2 3乘客群体性指标 乘客群体性指标指考察客流在枢纽 内对设施的 使用情况和表现出的特征,也是 主要从全程性 和各 活动区域两个角度建立指标。以出站客流为例,出 第 _2 l 0 0 。l 。0 0 0 0 0 0 0 誊 曩 0 _ 曩 ll黎 跨;站客流全程性 指标 主要包括单位
19、 时间 内出站 客流 量、平均走行距离、最短走行距离、最长走行距离、平 均走行速度、平均走行时间、平均等待时间、人均下 车时间、客流均衡度、客流稳定性等;出站过程经过 各活动区域的指标,以出入 口区域为例,主要指标包 括人均面积或单位 面积 的乘客数、单位时间进站客 流量、平均走行时间、平均走行距离、客流均衡度、客 流稳定性等。2 2 4设施 功 能性指标 设施功能性指标是指设施未使用时的设计参数 和基本特征等,如通道设计(或基 本、可能)通过能 力、楼梯最大承载量、自动扶梯最大运送能力、楼梯 最大通过能力、安检设备服务时间、售票窗 口人均服 务时间、检票闸机服务 时问、换乘 电梯最大运送 能
20、 力、列车到达间隔时问、列车停车时间等。2 2 5设施 应 用性指 标 设施应用性指标反 映了设施 的具体使用情况,如有效使用率、单位时间通过客流量、通过能力利用 率、承载量利用率、设施前排队长度等。2 2 6 设施可靠性指标 评价设施在规定 的条件下、在规定 的时问内完 成规定功能的能力指标称为设施可靠性指标,如可 靠度、年均故障次数、年均维修次数、平均连续无故 障工作时间等。3 系统数 据结构 3 1 数据分类标准 3 1 1 数 据 的 三个 来源 1)现场调查。客流数据的现场调查是 指高峰 期客流、紧急疏散客流、重大赛事客流、正常期客流 等对枢纽设施内各客流关键点的现场调查。调查方 式
21、主要包括现场测量、录像检 测和人 工统计。以北 京东直门轨道交通枢纽为例,其人工统计调查点布 局图如图 1、2所示。B iI柏 扪南大街 注:图 牟 带 圆 圈 的 阿 拉 伯 数 为 调 查 点 编 号 B q 往 脚 啊 圜 州 P 1J 似 1 日 裂 啊 直 湘 图 1 东直门枢纽调查点布局 图 2)文献摘录。文献数据摘录主要包括 国内外 关于地铁车站的设计规范、相关的研究论文。如通 道、楼梯、自动扶梯等设施 的属性参数 可以查找 地 铁车站设计规范、地铁设计规范 等。2 3 囝_l髓 溺鞣 僮 交谨 l翼 0。0=_ ll 0 0 0 0 l l_:ll l l_ ll。_l _一:
22、0 _ _ 期 簿 卫皿 亟扛 I 皿 亘 C 出入 口方 向 图 2 东直门枢纽 B出人 口调查点布局图 3)统计分布。使用随机数产生具有任何期望 的概率分布的随机变量,是离散仿真系统的重要组 成部分。主要概率分布包括均匀分布、正态分布、负 指数分布、埃尔朗分布、三角分布、泊松分布等。如 进站客流到达间隔时间服从负指数分布等。负指数 分布可 以通过以下两步获得:生成相互独立且服从均匀分布 U(0,1)的随 机数序歹 0 1,2,M 3,;X =一(1 a)I n(M )(i=1,2,凡),即为 服从指数分布的随机数。3 1 2四 类数 据 1)输入数据:设施属性数据、仿真客流数据等。2)中间
23、数据:子系统之 问数据交换接 口、概率 分布数据等。3)输 出数据:设施仿 真状态数据、客流仿真状 态数据等。4)统计结果:客流评价指标、设施评价指标等。3 1 3五种 关 系 1)数据来源之间的关系:现场调查、文献摘录、统计分布三种数据来源可 以相互结合使用,获得仿 真系统需要的各种数据序列;在具体应用过程 中各 有侧重,如获得设施属性数据主要依靠 现场测量和 文献摘录,而客流到达规律多借助统计分布获得时 间序列数据。2)数据类型之间的关系:输入数据或者经过一 系列计算直接获得输 出数据,或者通过中间数据之 后 的进一步计算获得输 出数据。统计结果主要通过 对输出数据 的进一步统计分析获得。
24、3)区域设施子系统数据之间的关系:一个子系 统的中间数据、输 出数据或统计结果可以作为另一 个子系统的输入数据,相互结合使用。24 紧急出 口 4)数据来源与仿真实现策 略的关系:现场调查 和文献摘录数据可以通过仿真系统输入窗 口控件进 行数据录入,进而存储 到相应 的数据库 中。概率分 布数据可以应用计算机算法生成随机数,进而生成 需要的时间序列数据,并存储到相应的数据库,以备 仿真系统调用。5)数 据类型与仿 真实现策略 的关 系:输 人数 据、中间数据、输 出数据,以及统计结 果的输入、计 算、输出的数据控制,通过多线程实现。如一个线程 控制输入数据,另一个线程控制输出数据,两个线程 交
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- 城市轨道 交通枢纽 设施 适应性 评价 仿真 系统 框架 设计
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