基于Legion 模型的地铁乘客服务设施仿真评价分析——以自动售票机为例

吴 婷

（贵阳职业技术学院轨道交通分院,贵州 贵阳 550081）

0 引言

地铁作为一种大容量公共交通，逐渐在城市客运交通中发挥主要作用。合理规划地铁网络的重要性不言而喻。其中，车站是地铁的集散节点和重要组成部分，同时，作为乘客与地铁的接触界面，车站内部的乘客服务设施是乘客感受服务的主要来源，直接影响乘客对于整个地铁系统服务水平的判断。而随着各地地铁系统的逐步完善，车站客流量随之增加，乘客对于服务设施的要求也随之提高。车站内部乘客服务设施配置的合理性，关系到乘客能否安全、舒适地出入车站，关系到线路的运营安全。自动售票机则是乘客进入车站乘车的关键环节，其服务水平高低直接影响乘客的乘车体验。自动售票机的引用大幅提升了城市轨道交通发展初期利用人工方式售票的工作效率，提高了地铁系统的自动化程度和车站售票的智能化程度，同时减轻了车站人员的工作压力，也加快了进站客流的通过速度，提高了整个车站系统的运行效率和服务水平，使乘客票务的管理和控制更加便捷和智能。因此，该文将以自动售票机为例，对地铁车站服务设施配置评价并进行优化。

1 国内外研究现状

地铁车站内部乘客服务设施的评价是一个复杂的概念，涉及建筑结构、设施数量和布局、建筑内人员行为等多种因素。目前，针对这一问题已有一些研究积累。一些学者以排队论为基础，对地铁车站中产生排队现象的服务设施进行分析评价：蒋启文[1]基于UML 建模语言对进出站自动检票机处的排队系统建立仿真模型，并提出遗传算法和仿真技术相结合的排队系统优化方法；刘明姝等[2]依据城市轨道交通进站检票机排队系统，提出了优化车站检票机配置的计算机仿真方法；饶雪平[3]运用确定性排队论对轨道交通车站楼梯类设施处的客流进行延时分析，提出相应的优化修改建议。另外一些学者从车站中乘客的速度、密度入手，建立了乘客服务设施评价指标，如张盛[4]、李洪旭[5]等；还有一些学者考虑乘客感知判断，以此为依据对车站服务水平进行评价，如张海丽[6]等。侯高杰[7]以地铁车站交通服务设施优化配置能力不足，现有优化配置算法实时性较低的问题，以提高地铁车站服务设施优化配置算法的计算效率，开发了地铁车站交通服务设施优化配置系统。而针对服务水平等级的研究，弗洛因（Fruin）[4]人员密度服务水平评价指标的研究是应用最广的研究，但其只对通勤者做研究，并且其服务水准系假设在均值条件下所得到的，属于理想值。Imran Hafiz Muhammad[8]基于各国的排队理论和行人服务水平研究方法，通过对调查结果的统计分析，建立地铁车站非付费区域六级服务等级分类方法。以上学者的研究成果为城市轨道交通乘客服务设施的服务水平评价奠定了一定的基础，然而却忽略了一个问题：乘客的到达是具有随机性的，是不确定的，以上计算的理论基础均是基于客流到达服从某种特定的分布，这就导致评价地铁服务设施服务水平具备一定的局限性。

基于此，该文的研究思路是：考虑乘客到达随机特性的情况下，用仿真模拟平台进行仿真评价，根据实例车站搭建仿真模型，以自动售票机为例，根据仿真结果和输出指标，对地铁车站内部乘客服务设施配置进行评价，并对地铁车站服务设施配置进行优化。

2 Legion 软件介绍

Legion 软件是英国CrowdDynaics Limited 公司基于离散模型开发的，应用较早且具有代表性。该模型能够模拟人群内部每一个个体的运动状态，充分考虑步行速度的变化、路径选择和个人空间选择等随机性因素，具有灵活的行走环境输入、参数调节功能和丰富的数据输出功能，不仅可以用于正常状态下设施规模布局设计方案评价和比选，还可用于紧急疏散分析，其强大的功能在奥运场馆的设计和安全疏散评价中有所展示。Legion模型主要有以下主要特点：

（1）微观仿真。

（2）最小力原则。

（3）二维连续访问空间。

（4）无界选择运动（没有先知的）。

（5）智能实体，每隔0.6 s 反应一次。

（6）应急行为。

3 基于Legion 的仿真模型构建

Legion 仿真软件的各个工作空间相互配合，才能完成一个完整的仿真模型。基于Legion 的仿真模型构建具有一些共有的步骤流程，包括：

（1）准备清晰、全面、准确反映车站平面布局的CAD 图纸，将其导入新建的Model Builder 中。设定模型开始时间，如08：00：00，同时设定模型运行时间，如1 h。

（2）根据CAD 图纸上的标注，在相应地点创建入口对象，并给每个入口明确命名(这些名称与OD 矩阵中的起点名称相对应）。

（3）根据CAD 图纸上的标注，在相应地点创建出口对象，同时，需要为每个出口对象指定一个焦点段，因为它们将作为目标对象。为每个出口对象明确命名。

（4）利用Data Import Manager，将设定好的参数数据导入模型。

（5）根据CAD 图纸上的标注，在对应地点，利用自动扶梯图标，创建自动扶梯对象。

（6）预模拟模型。

（7）利 用Model Builder 模 块 输 出 Simulation 模 块所需要的ORA 文件。

（8）利用Simulation 模块打开某仿真项目进行仿真运行，并记录保存。

（9）利用Analyzer 模块打开仿真文件进行各类评价指标的提取与分析。

4 基于Legion 的车站服务设施实例评价分析

该文选取的车站是一个地铁中间站，分为站厅层和站台层。构建仿真模型需要的部分平面布局（乘客服务设施布局）如图1 所示。

图1 车站乘客服务设施配置

该车站共有1～4 号四个出入口，其中3 号出入口为远期预留，在此不做考虑。1、2、4 号出入口承担的客流比例为3 ∶4 ∶3。站厅层设有2 组进站检票机和2 组出站检票机，每组各5 台。设有自动售票机2 组，每组4 台，分别靠近1 号和2 号出入口。车站站台形式为岛式站台，列车为L 型车4 节编组，车厢长17.8 m，宽2.8 m，每节定员210～220 人，设有3 个车门。

4.1 自动售票机仿真模型构建

将准备好的CAD 图纸导入Model Builder，并加载设定好的Data Template。利用空间对象构建自动售票机服务设施。需要说明的是，实体在模型中的路径都是最短路径。记进入车站的实体前缀为en，离开车站的为ex。该车站设有8 个自动售票机。进入车站的客流，目的地为t1 和t2，其中只有一部分乘客会去购买车票。购票过程消耗的时间利用延迟点实现，该过程中会出现排队现象，利用队列或队列组实现。自动售票机的容量为1，即同时只能为1 人服务。

4.2 仿真结果输出与评价

该文统一使用Fruin 评价标准，车站空间密度图包括最大密度分布、平均密度分布和最小密度分布。密度图颜色表示服务等级，深蓝、蓝、绿、黄、橙、红依次对应A、B、C、D、E、F。其中，AB 等级表示服务水平优良，CD 等级表示服务水平基本可接受，EF 等级表示服务水平差。加载2 组不同的客流数据，以期得到较为客观的分析结果。模型运行时间为1 h，每隔15 min 输出一次。

经整理可以得到自动售票机服务水平等级，如表1所示。

该站设有两组自动售票机，分别靠近1、2 号出入口，以此命名两组自动售票机，即1 号自动售票机组和2 号自动售票机组。 由表1 可以看出，1 号自动售票机组服务水平无论在哪种客流条件下都偏差，选择使用1 号自动售票机组的乘客来自1 号和4 号出入口，乘客数量较大，且其位置处于1 号出入口和进站检票机之间，直接进站的乘客，以及前往票亭的乘客完成购票后，必须通过自动售票机的排队区域，容易发生冲突并造成拥堵。2 号自动售票机组位于2 号出入口进站方向右侧，与进站检票机相对。选择使用2 号自动售票机组的乘客来自2 号出入口，乘客数量相对较少。同时，2 号入口的进站客流方向分为直接进站、前往票亭后进站和前往自动售票机后进站3 种，相互之间不存在交叉。因此，2 号自动售票机组的服务水平大多时间处于可接受范围。该站自动售票机的服务水平中等偏差，这和1 号自动检票机组的设置位置有很大关系。

表1 自动售票机服务水平等级

5 自动售票机优化建议

如前分析，1 号自动售票机组处于1 号出入口和进站检票机之间，直接进站的乘客，必须通过自动售票机的排队区域。同时，1 号自动售票机组服务的乘客来自1号入口和4 号入口，客流较大，其服务区域内空间密度原本较高。因此，该区域内客流冲突及拥堵时有发生。

参照2 号自动售票机组的摆放位置，其服务区域除出站与进站客流冲突，没有其他交叉或冲突客流，服务水平优于1 号机组。

因此，该文建议将1 号自动售票机组改放至1 号入口进站方向左侧区域，如图2 中方框A 所示。同时，将方框内的自动售货机移至方框B 处，以减少交叉客流。

图2 自动售票机调整方案图

6 结语

该文详细叙述了实例车站仿真模型构建的各个环节，加载不同的客流数据，输出车站密度图、疏散时间图、行程时间表、疏散时间表以及各分析区的空间密度、实体数量、实体速度等图表数据，对其进行整理分析，得到自动售票机服务水平，并对车站设施配置提出了一些优化建议。对其他乘客服务设施，如自动扶梯、自动检票机、通道等进行评价分析，得到车站整体的服务水平，是该文接下来的研究内容。