城市轨道交通枢纽客流仿真研究

摘 要： 随着我国交通现代化进程的推进和乘客对出行便捷化的要求，城市交通客流枢纽已成为发展趋势。基于城市轨道交通站内客流量调查分析，分别针对正常和高峰时期客流情况来制定疏散客流措施，同时建立了出入口、闸机和列车三大枢纽系统，研究结果表明客流仿真系统能够改善站内空间分布，可以有效解决拥堵问题并提高乘客的换乘效率，为推动我国轨道交通现代化建设提供技术支持。

关键词： 轨道交通; 客流枢纽; 信息传输; 仿真系统

中图分类号： TP 393文献标志码： 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

城市轨道交通站内的客流枢纽系统，不仅分散了人流量，而且改善了站内空间的拥堵状况。在轨道交通中建立该系统，首先需要引进并提升新的交通设施，其次保障客流枢纽内每一个组织结构设计合理，还需要采取高效的方式来缓解短时间客流激增带来的矛盾，其中最重要是提供旅客乘车的便捷性和换乘的高效性，且达到现代化交通高效运行的标准。当轨道交通枢纽出现组织结构变化、乘客数量改变、交通线路更新、仪器设备换代等一系列突变状况，此时站内枢纽对客流结构改变应对能力不够，如果赶上假期或大型活动、客流出行和返程人数激增，轨道交通枢纽系统所显现的问题更大，若问题没有得到有效解决，必将导致交通系统瘫痪[1]。因此建立客流仿真系统对缓解城市轨道交通拥堵现象具有重要意义。

1 城市轨道交通客流仿真概况

1.1 正常时期客流仿真

正常时期客流仿真通过乘客在站内的整体布局，以客流仿真枢纽的配置和设施为基础发挥作用，该系统在正常客流情况下，根据站内枢纽设计结构，借助平台监测、信息反馈、指令传输等功能实现客流仿真[2-3]。同时城市轨道交通系统对客流分布情况具有支配作用，结合乘客对目的地的选择进行线路交通优化，且将站内客流实时概况进行数据传输，根据系统的監测和反馈内容，形成基于正常时期客流仿真概况。

1.2 高峰时期客流仿真

高峰时期客流仿真系统是基于站内乘客流量增加而进行的，如果城市轨道交通遇到节假日、紧急突发情况，该仿真系统根据整体结构设计，针对站内客流空间分布情况，制定站内高峰时期的措施和决策，可以有效进行站内客流疏散状况[4-5]。高峰时期仿真系统对于外部接口具有兼容性，每一个乘客可以选择距离自己最近的站内出入口，若遇到紧急危险情况，该系统会根据站内的结构布局，为乘客选择就近的安全出口。

1.3 客流疏导仿真

城市轨道交通系统中某个站台或者换乘站点在较短时间聚集了较大的人群，车站的承载能力已经远远不够满足站内客流要求，随着人群的数量持续攀升，如果不采取有效的防范措施，将很容易导致换乘站点瘫痪，无法满足交通站点换乘需求，严重情况甚至发生踩踏事故，危及站内乘客的人生安全。因此，针对换乘站点客流急剧增加，有必要采用轨道交通系统列车组织优化和站点客流控制对客流进行疏导仿真。

2 轨道交通客流仿真模型和计算方法

选用轨道交通客流模型需同时满足离散学、人工智能学和统计学，且建立的模型之间可以相互建模，所建的模型可支持站内客流动态仿真[6]。

2.1 客流仿真模型

轨道交通正常时期客流仿真是基于乘客在交通系统内离散事件进行仿真，在客流离散事件中，建立的仿真模型由乘客在站内通过时间所决定。每一个事件发生代表仿真站点数据改变，正常时期的客流仿真按照建立模型的流程进行。

2.2 客流仿真计算方法

客流仿真的计算方法主要根据站内行人移动速度和时间进行，同时依靠客流仿真模型。在计算过程中需考虑行人之间的空间位置、行人速度和通过实践、行人之间是否有相互干扰、行人相互之间的作用力和加速力[7-10]。结合仿真流程计算方程组如下：

式中rα为行人α的空间位置向量;Vα（t）为行人α的速度;fα（t）为社会力;εα（t）为反映随机行为偏差的扰动项;f0α（Vα）为加速力;fαβ（rα）人与边界之间的作用力;fαβ（rα，Vα，rβ，Vβ）行人α与其他行人β之间的作用力;fαi（rα，ri，t）行人之間吸引效果。

3 客流仿真动态分析

3.1 客流动态仿真流程

客流动态仿真需遵循设定流程进行，每一个仿真步骤都相互影响，轨道交通客流枢纽仿真从站内乘客数据采集开始需经过九个步骤，在环境采集和结果分析中有影响因素制约，客流动态仿真运用仿真技术，仿真结果需结合站内区域密度、乘客步行速度和队列长度，且计算结果需进行验证调试，客流动态仿真流程如图1所示。

在城市轨道交通枢纽客流仿真系统内，乘客和列车作为最小的单元影响因子对客流仿真系统起着决定作用[11]。列车的轨道运行一般都会制定相应的运行方案，轨道设计参数和平台指令发送都对列车正常运行有着制约影响，因此列车运行的影响因素都是可控的。但乘客作为仿真系统的最小单元，受主观因素影响具有较高的复杂性和多变性，由于站内乘客的年龄组成不同，受身体和心理影响，乘客的步伐频率和换乘速度也不尽相同，因此站内乘客的影响因素都是多变且不可控的[12-14]。

针对站内乘客多变因素的影响，进行概率分布调查统计，以站内乘客必经的楼梯和通道为支撑，根据客流动态仿真计算方法，对站内乘客的空间分布情况、人员行走速度及人流量进行统计分析，研究结果发现，站内乘客在水平通道和楼梯下行的人流量明显高于楼梯上行，如表1所示。

4 客流仿真枢纽

乘客是站内的最小单元，也是仿真系统的结构枢纽[15-16]。采用点网分布模式将轨道交通的站内设施以乘客为基础进行模型建立，将乘客视为站内空间的一个节点，该节点在车站内的出入口、闸机和列车之间发生着位移变化，系统会根据节点位移的变化情况制定相应措施，如客流高峰期会安排人员进行客流引导，提高闸机出入口频率和增加列车开通次数;若客流人数减少，站内闸机和列车也会相应减少。

4.1 出入口枢纽

城市轨道交通的出入口枢纽是乘客进出车站的唯一途径，也是客流仿真系统监测人员流量的重要节点。乘客选择进入车站的方式有三种：通道、楼梯和自动扶梯，三种进出车站方式的人员流量也大不相同，根据站内乘客分布统计，乘客在水平通道中的人员流量较高且密度较大，自动扶梯的人员流量介于通道和楼梯之间。站内出入口枢纽如图2所示。

4.2 闸机枢纽

闸机枢纽是站内客流仿真系统的连接组成部分为乘客进出站提供服务，以闸机作为连接枢纽，乘客通过楼梯、通道和自动扶手进出站[17]，如图3所示。

闸机的紧前连接点是通道，楼梯和自动扶梯为闸机的紧后连接点，且乘客在闸机枢纽中的进站方式为单向，以通道进入闸机可分别到达楼梯和自动扶梯节点，出站方式则恰好相反。

4.3 列车枢纽

列车枢纽是轨道交通客流仿真系统的关键组成部分，列车到站后，乘客可以通过楼梯和自动扶梯两种方式进入列车;列车驶出站台，乘客以同样的节点方式离开车站，因此乘客在列车枢纽的选择具有可逆性[18]。列车作为客流的输入点和输出点，既提供了仿真系统在站内人员流量信息采集，也方便乘客站内出入的双向选择。列车枢纽如图4所示。

5 总结

本文基于空间概率分布调查分析了站内客流分布情况，提出了城市轨道交通客流仿真系统，该系统不仅可以分散人员流量，还有效改善了站内空间分布格局，同时以正常时期和高峰时期客流情况进行仿真，针对节假日客流突变状况能够快速制定应对措施，有效解决站内客流拥堵状况。将乘客作为空间系统的最小单元，分析人员密度和流量与通道类型之间的关系，并建立三个客流仿真枢纽系统：出入口枢纽、闸口枢纽和列车枢纽，以此提高乘客站内通行的高效性和站内换乘的便捷性，为实现轨道交通智能化提供技术支持。

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（收稿日期： 2019.06.10）

作者简介：

唐艺凡 （1990-）， 女，硕士，助教，研究方向：交通信息工程及控制。