同路人大学生交通科技创新作品集规划管理_黄灿彬杨志丹主编.pdf

内 容 简 介同路人交通科技大赛作为锻炼、提高同济大学交通类专业本科生创新素养和动手能力的重要平台，至今已经成功举办1 8届。这一平台也成为了2 0 1 9年学院获批为交通运输部的创新人才培养示范基地的重要支撑。在第1 9届同路人交通科技大赛即将启动之际，学院的大学生实验交通科技创新基地汇编出版了 同路人大学生交通科技创新作品集 系列丛书。本册 同路人大学生交通科技创新作品集 规划管理收录了近几年在全国大学生交通科技大赛和同路人交通科技大赛中规划管理类的优秀学生论文，以期为大学生开展交通科技创新研究提供参考和思路。图书在版编目(C I P)数据 同路人大学生交通科技创新作品集.规划管理/黄灿彬，杨志丹主编.上海：同济大学出版社，2 0 1 9.1 0 I S B N 9 7 8-7-5 6 0 8-8 7 2 9-6 .同 .黄 杨 .交通运输-科技成果-汇编.U-1 2 中国版本图书馆C I P数据核字(2 0 1 9)第2 0 0 6 0 3号同路人大学生交通科技创新作品集 规划管理黄灿彬 杨志丹 主编责任编辑 陆克丽霞 责任校对 徐春莲 封面设计 陈益平出版发行 同济大学出版社 w w w.t o n g j i p r e s s.c o m.c n(地址：上海市四平路1 2 3 9号 邮编：2 0 0 0 9 2 电话：0 2 1-6 5 9 8 5 6 2 2)经 销 全国各地新华书店排 版 南京新翰博图文制作有限公司印 刷 江苏凤凰数码印务有限公司开 本 7 8 7 mm1 0 9 2 mm 1/1 6印 张 1 1.2 5字 数 2 8 1 0 0 0版 次 2 0 1 9年1 0月第1版 2 0 1 9年1 0月第1次印刷书 号 I S B N 9 7 8-7-5 6 0 8-8 7 2 9-6定 价 6 8.0 0元本书若有印装质量问题，请向本社发行部调换 版权所有 侵权必究编 委 会凌建明 吴 兵 杜豫川 赵鸿铎叶霞飞 黄灿彬 肖军华 刘胜乾白 玉 杨 轸 黄世泽 洪 玲杨志丹 张桁嘉 施卫国 贾 弦序 言欣喜地读完所收录的科技创新成果，细细感受着同学们的所学所思，回想多年前举办同路人交通科技大赛时的初衷，欣慰地看到众多教师和学生的共同努力结出了硕果。我们生活在一个科学技术日新月异、不断变革的时代，系统的课堂教学体系只能完成基础的训练和起步的知识积累；我们生活在一个社会不断发展的时代，所面临的交通问题也在不断变化，解决问题的经验需要在实践中不断丰富和完善。在这样一个时代，大学不仅具有传授知识的义务，同时也肩负着启迪创新的责任。正因为如此，为了使大学生们能系统应用所学的知识来尝试解决各种实际问题和面对的挑战，同济大学交通运输工程学院通过搭建同路人交通科技大赛这样一个平台，为其创建一个实践环境。可以说，这是大学培养体系中不可缺少的重要环节。同路人交通科技大赛的奖状并非仅仅是一张“产品合格证”。虽然同学们的很多成果还显得稚嫩，距离实用也还有一定差距，但他们的探索得到了专业老师的认同和肯定。同时，每年同路人交通科技大赛的成功举办也表明学院在创新人才的重要培养环节中取得了阶段性收获。交通是一个不断面对新问题和新挑战的领域。交通学科所培养的人才必须不断地开拓创新，勇于超越他们的前辈，才能够适应社会发展所带来的新需求。交通面对的是一个复杂适应系统，尽管人工智能等技术将接替一些初级技术工作，但从复制性工作中解脱出来的交通工程师，必须承担需要运用大智慧才能解决更加复杂的交通问题的设计工作。因此，创新教育在交通学科中占据重要地位。然而，创新教育并非等价于创造技能教育。创新教育是指培养学生通过创新意识、创新技能来更合理地解决实际问题，它也是交通规划与管理领域非常重要的内容。通过交通科技大赛的形式，鼓励学生去研究社会和技术发展过程中产生的新课题，引导学生深100同路人大学生交通科技创新作品集 规划管理入认识和理解实际问题，锻炼学生综合应用所学知识的能力，这是一种十分有效的创新教育方式。交通领域的科技创新并非指单纯依靠灵感来解决实际问题。若缺少对问题的全面理解、缺少对已有知识和经验的系统继承，而仅仅试图依靠突发奇想来获得能对行业产生重大影响的创新成果，这基本上是行不通的。正因为如此，同路人交通科技大赛并非创新人才成长的捷径，而是培养学生创新能力过程中不可缺少的一个环节。长江后浪推前浪，交通学科要将培养能超越前人的后辈学子作为重要职责，以此不断探索创新教育的新方法、新形式，努力培养有志于中国交通事业的学生们，在不久的未来能在继承中不断地创造新型服务、新型技术和新型管理/治理方法，以便更好地贡献社会。杨东援2 0 1 9年1 0月于同济大学200目 录前言基于势能场与社会力模型融合的轨道交通车站应急疏散仿真体系研究1校园慢行交通系统设计7动态导向标识影响下的轨道交通车站应急疏散仿真体系研究1 6电动汽车分时租赁激励调度策略研究2 3主动交通组织方案研究 以陆家嘴C B D为例3 0基于W i-F i嗅探技术的城市轨道交通乘客出行链路还原研究3 7基于UWB的轨道交通客流实时管控技术研究4 6基于A r d u i n o的信号灯倒计时对驾驶行为的影响研究5 4城市“微旅行”街道交通系统品质设计6 2基于网联智能车的城市快速路匝道组合控制策略研究7 0基于车辆轨迹的交叉口驾驶人危险行为识别7 8基于交通综合可支付性指数的高校毕业生租房选择辅助分析网页8 6非高峰期出租车出行行为挖掘与优化9 2面向车辆紧急疏散的零冲突交叉口设计优化方法9 8基于浮动车数据的城市C B D地区交通组织设计优化 以南京市新街口C B D为例1 0 5面向自动驾驶的城市道路驾驶环境复杂度评估1 1 3城市轨道交通车站出入口布局规划方法1 2 2城市轨道交通换乘站设施布局优化仿真研究1 2 9“左转转置型”交叉口模型设计与分析1 3 6混合交通流条件下基于安全可靠性的绿间隔时间设计研究1 4 6大型物流枢纽内部运输组织优化研究1 5 1Y型轨道交通开行方案研究与优化 以上海轨道交通1 1号线为例1 5 6轨道交通站点非机动车停放区规划与设计1 6 4基于势能场与社会力模型融合的轨道交通车站应急疏散仿真体系研究邱树涵，李金珏，刘政宇，付旭炜摘要随着城市轨道交通网络化进程加快，未来将迎来客流非线性快速增长阶段。作为承担网络客流集散的节点，轨道交通车站(下文简称车站)也将面临保障运营安全、提高运营效率等多重考验和挑战。尤其是在发生突发事件如火灾、恐怖袭击、运营故障等场景下，如何及时、安全、快速地疏散大客流是车站客运组织亟待解决的重要问题。应急疏散仿真是评估和优化车站疏散组织方案的有效手段之一，能够为辅助车站疏散组织工作和安全管理提供科学的技术支持，并已得到广泛发展和应用。最大化还原乘客疏散行为和运动特征是提高应急疏散仿真精度，保证仿真结果可靠性、有效性的关键。然而，与其他场所的应急疏散相比，车站具有空间封闭、结构复杂、设施设备繁多等特点，容易使乘客产生恐慌、焦虑、冲动等心理，进而出现非理性的疏散行为和运动特征，极大地影响了疏散效率。因此，本文首先基于车站疏散环境和乘客疏散行为的特点，以设施设备为目标点提出基于多目标点的势能场模型及生成算法，并实现从常态到应急疏散环境的无缝切换；其次，考虑乘客疏散心理，通过改进社会力模型构建了就近、归巢和从众三种疏散行为模型，实现势能场与社会力模型的融合；最后，编制了D r a w S t a t i o n软件，并结合U n i t y平台进行二次开发，形成完整的轨道交通乘客应急疏散仿真体系。关键词轨道交通车站；应急疏散；势能场模型；社会力模型；U n i t y仿真1研究背景1.1 问题提出轨道交通车站有着空间封闭、结构复杂和人流密集的特点，一旦发生突发事件，极易造成人员伤亡。因此，轨道交通车站环境下，当突发事件时，组织乘客有效、快速地疏散对保障100同路人大学生交通科技创新作品集 规划管理人民生命财产安全具有重大意义。对于应急疏散仿真来说，最大化还原乘客疏散行为和运动特征是提高仿真精度，保证仿真结果可靠性、有效性的关键。因此，本文针对城市轨道交通车站疏散环境和乘客疏散行为的特点，提出体现环境对乘客行为作用的车站环境建模方法，建立就近、归巢和从众等乘客疏散行为模型，进而形成轨道交通乘客应急疏散仿真体系，为辅助指导设计人员完善车站设计，配合运营人员采取合理的疏散客流组织措施，进而保障乘客的人身安全提供技术支撑。1.2 国内外研究现状在车站环境建模方面，现有的建模手段主要是先利用A u t o C A D等现成的绘图软件绘制地铁站，再通过对应的接口导入仿真软件进行仿真。在建立模型时，先针对地铁站中的特殊事物建立设备矢量图模型，再将不同的设备矢量图组合起来，形成复杂的地铁站模型。在行人行为模型方面，近年来微观模型的发展较为迅速，这是因为微观模型从行人个体出发，相比宏观模型能够更细致地刻画行人个体间的差异和行人整体行为的共性。其中，以社会力模型最为经典。后续学者对社会力模型的改进主要包括两方面：一方面是改进和优化原有社会力模型，使得仿真更加贴合实际，如L a k o b a等定义行人间的最大压缩量，从而改进了原有社会力模型中可能导致行人在空间上会重叠的缺陷问题。M o u s s a i d等基于行为启发式，用启发式优化函数代替社会力模型调节行人的走行速度和方向。另一方面是针对外界环境中的某些刺激因素，改进社会力模型使行人行为更适应场景特征，如西南交通大学的刘雯丽在经典社会力模型的基础上增加了行人焦虑因子，考虑突发情况、紧张情绪对行人疏散速度和方向的影响；W a n g等研究乘客数量、检票模式、行李大小和乘客情绪对集散效率的影响；W a n等结合社会力模型和高斯烟气模型仿真毒气环境下的疏散，描述行人间的竞争和从众行为，研究毒气环境变化对疏散的影响。在疏散仿真软件方面，现有的仿真软件如V i s s u m、B u i l d i n g E X O DU S等大多采用社会力模型、元胞自动机等微观模型刻画行人行为。另外，不同软件所针对的问题的差异性决定了各软件功能间的差异，有的软件注重刻画行人的特殊行为，有的软件则注重刻画行人受到外界环境和灾害影响时的行为。在发展方向上，疏散仿真软件在环境规模、运算速率和软件实用性方面有着快速的发展。2设计原理2.1 设计思路本文围绕轨道交通车站应急疏散仿真体系的构建展开，研究步骤包括现有研究综述、车站环境建模、乘客行为建模、U n i t y+D r a w S t a t i o n疏散仿真系统研发、仿真实验及分析。具体研究内容如下。(1)研究综述：基于常见的应急疏散仿真体系架构，分析现有商业疏散仿真软件的特点，并分别从环境建模、行人行为建模和评估指标建立这三方面总结国内外研究现状，提出各部分现有研究存在的不足，为后续研究提供方向。200基于势能场与社会力模型融合的轨道交通车站应急疏散仿真体系研究(2)基于势能场模型的车站环境建模：通过分析车站环境构成及其对乘客疏散行为的作用，提出以主要设施设备为目标点的吸引势能的计算方法。在此基础上，设计出基于最短距离的势能场迭代生成算法，实现对车站环境结构以及环境对乘客行为影响机理的描述。此外，考虑到乘客疏散过程是常态运动过程的接续，以及应急措施的实施导致的环境变化，提出由常态势能场到应急疏散势能场切换的机制。(3)基于改进社会力模型的乘客多疏散行为建模：在分析乘客疏散心理以及在此心理影响下的疏散行为的基础上，提出势能场模型和改进社会力模型融合的方法，并结合期望效用理论构建对目标点选择的效用函数，分别模拟了就近、归巢、从众三种疏散行为。(4)U n i t y+D r a w S t a t i o n疏散仿真系统研发：采用C#语言开发实现了上述模型，并开发U n i t y+D r a w S t a t i o n疏散仿真系统。系统通过D r a w S t a t i o n对实际地铁站进行建模，并生成U n i t y平台所能识别的车站结构、