轨道交通换乘站楼梯异质客流仿真_周雨阳.pdf

基金项目:北京市自然科学基金交控科技轨道交通联合基金(L181002);国家重点研发计划(2018YFB1600900)，北京市教育委员会科技计划面上项目(KM201810005017)收稿日期:20210519修回日期:20210531第 40 卷第 2 期计算机仿真2023 年 2 月文章编号:10069348(2023)02020305轨道交通换乘站楼梯异质客流仿真周雨阳1，2*，何姗姗3，赵忞赫1，罗铭4(1 北京工业大学交通工程北京市重点实验室，北京 100124;2 北京工业大学交通运输部城市公共交通智能化行业重点实验室，北京 100124;3 北京工业大学北京市城市交通运行保障工程技术研究中心，北京 100124;4 交控科技股份有限公司，北京 100070)摘要:行人交通仿真是研究轨道交通换乘效率的重要方法。在实地数据调研的基础上，基于 AnyLogic 软件设计异质客流在地铁换乘站楼梯处走行仿真。根据个体占用空间及步行速度，分为普通乘客、携带大件行李乘客和老年乘客。考虑对外交通枢纽和生活居住用地的站点等多类站点，依据客流结构设计多水平异质客流和同质客流的仿真场景，对异质客流通过楼梯的舒适、安全、效率等特性计算评价，并进行敏感性分析。结果表明，异质客流乘客间的相互作用比同质客流更显著，四类场景的疏散效率最大相差 12.9%;楼梯宽度大于 4.2 米时，拥堵的临界输入客流量 最大相差 3000p/h。关键词:仿真研究;异质性;楼梯;轨道交通;行人中图分类号:TP391.9文献标识码:BSimulation of Heterogeneous Passenger Flow on Stairsof ail Transit Transfer stationZHOU Yuyang1，2*，HE Shanshan3，ZHAO Minhe1，LUO Ming4(1 Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China;2 Key Laboratory of Advanced Public Transportation Sciences，Ministry of Transport，P China，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China;3 Beijing Engineering esearch Center of Urban Transport Operation Guarantee，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China;4 Traffic Control Technology Co，Ltd，Beijing 100070，China)ABSTACT:Pedestrian traffic simulation is an important method for studying rail transit transfer efficiency On thebasis of field data investigation，this paper designs designed the simulation experiment of heterogeneous passengerflow walking on the stairs of rail transit transfer station by AnyLogic software According to the space occupied and thewalking speed，the passengers are were classified as the ordinary passengers，the ones with the large luggage and theelders The stations around external transportation hubs and residential land are were considered The simulation sce-narios of multilevel heterogeneous passenger flow and homogeneous passenger flow are were designed based the Pas-senger passenger traffic structure to have the evaluation of comfort，safety，and efficiency Sensitivity analysis is con-ducted The results show that the interaction between the heterogeneous passenger flow is more significant than that ofthe homogeneous one The evacuation efficiency of the four scenarios differs by 129%at most When the stair widthis greater than 42 meters，the critical input passenger flow of stair congestion differs by 3000p/h at mostKEYWODS:Simulation research;Heterogeneity;Stairs;ail transit;Pedestrian3021引言城市轨道交通换乘站是乘客重要的集散与换乘场所1，站内乘客类型各异2。当换乘站内出现较大客流，楼梯是引发拥堵，形成安全隐患的瓶颈设施。行人仿真是用于分析站内客流组织、设施布置的重要手段。因此通过轨道交通换乘站楼梯异质客流仿真的研究，对于深入分析站内楼梯拥堵成因，提高乘客出行效率、降低乘客出行安全风险有着重要意义。当前轨道交通楼梯行人交通特性的研究大多集中在行人步行速度、楼梯通过能力、乘客在楼、扶梯的选择行为等问题。轨道交通站内乘客到达规律是服从泊松分布3，他们在楼梯上的步行速度一般与年龄、性别、负重以及是否处于紧急状态有关4。上行楼梯的通行能力约为 1.1p/ms，其通行能力与楼梯宽度无关5。史芮嘉等6 研究发现当排队人数超过 25 人后，乘客选择楼梯的概率显著增加，且乘客负重和楼梯高度越小，这种影响越明显。目前对异质客流仿真的研究相对较少，研究的客流通常被看成是同质的。位于不同城市土地利用类型的换乘站，其站内异质客流比例不尽相同，对换乘站进行分类的楼梯处不同比例异质客流交通特性尚需深入研究。在对实际轨道交通楼梯场景行人交通特性调查分析的基础上，本文利用 Anylogic 软件进行建模仿真。根据步行速度和占用空间将乘客划分为普通乘客、携带大件行李乘客以及老年乘客三类。利用轨道交通站内异质乘客构成比例特点对站点分类，依据分类结果设计三种不同比例的典型异质客流以及一种作为对照组的同质客流共四类场景进行楼梯异质客流仿真，通过平均密度、密度标准差、乘客步行速度以及最大客流率进行评价分析。2客流特征与数据调查2.1客流特征在一时间段内，乘客到达是相互独立的，到达时间间隔服从负指数分布，一般设单位时间平均到达的乘客数为。城市轨道交通换乘站点一般建立在对外交通枢纽或者生活居住用地等大型客流集散点附近。对于特定功能用地的站点，站内异质乘客比例构成具有一定规律性，可对站点细致分类。在 2020 年 10 月的工作日，对国贸站、九龙山站、北京南站、草桥站、南锣鼓巷站以及平安里站共六个换站进行客流调查。国贸站与九龙山站内普通乘客的比例占比大，都位于 CBD(Central Business District，中央商务区)附近，划分为一类;北京南站与草桥站携带大件行李乘客比例相对较高，处于高铁、机场专线始发站，将其归为一类;南锣鼓巷站与平安里站内老年乘客比例明显高于其它站点，位于公园、医院、住宅区附近，将其归为一类。调查具体结果如表 1所示。表 1换乘站异质乘客比例调查结果地理区位换乘站名普通乘客比例/%携带大件行李乘客比例/%老年乘客比例/%CBD 附近国贸站9343九龙山8596高铁、机场专北京南站74215线始发站草桥站59374公园、医院、住 南锣鼓巷站75323宅区附近平安里站815142.2楼梯尺寸与乘客步行速度根据北京建国门站站台楼梯的实地调查，调查的楼梯尺寸参数与三类乘客上楼梯步行的平均速度，如表 2、表 3所示。表 2楼梯参数踏步宽度/m踏步高度/m楼梯宽度/m踏步数方向0.30.152.423上行表 3乘客在楼梯上行平均速度乘客类型样本数速度平均值/(ms1)速度极小值/(ms1)速度极大值/(ms1)普通乘客500.770.511.27携带大件行李乘客590.590.42097老年乘客580.610.370.673仿真研究3.1参数标定及仿真环境设置本文选用 Anylogic8.5.1 仿真平台进行仿真建模。楼梯尺寸依据表 2 所示。根据相关的文献以及实地调查数据，对乘客的步行速度、和楼梯前的停留时间和身体尺寸参数设置如表 4 和表 5 所示。由于携带大件行李乘客占据的空间更大，因此对其肩宽和胸厚设置的参数与其他两类乘客相比要稍大一些。表 4异质乘客仿真参数乘客类型速度/ms1舒适速度初始速度楼梯前停留时间/s普通乘客0.771.270.510.770携带大件行李乘客0.590.970.420.590.503.00老年乘客0.510.670.370.510.501.00表 5异质乘客身体尺寸乘客类型身体尺寸/m肩宽胸厚普通乘客0.350.490.160.26携带大件行李乘客0.490.950.260.35老年乘客0.350.490.160.26402异质乘客在上行楼梯仿真场景如图 1 所示，为使场景中的模型更符合乘客的身体尺寸，使用椭圆柱体代表乘客个体。图 1三维仿真图3.2仿真场景与客流量强度水平设计根据异质客流比例，设置四类车站的仿真场景。对于同类型换乘站，客流比例取各站实际调查的平均值。场景 1中，普通乘客、携带大件行李乘客以及老年乘客的比例分别为 0.88:0.07:0.05;场景 2 为 0.66:0.29:0.05;场景 3 为0.78:0.04:0.18;场景 4 按同质客流，设为 100%普通乘客作为对照组。共设置 12 组水平实验，每组实验平均小时到达的客流量 从 1000p/h，逐 1000p/h 递加，依次增至 12000p/h。为确保仿真结果可靠性，每组水平实验仿真 6 次，取其平均值。文献 4，先将仿真模型预热 20 分钟使乘客数量趋于稳定。在预热后的 10 分钟内获取乘客的平均步速速度，并每 20 秒采集平均密度以及客流率。3.3模型验证鉴于既有研究大多基于同质客流，本文选取场景 4 进行仿真建模验证，将仿真得到的实验数据与袁群兵7、王秀丹8、张艳秋9 研究得到的速度密度与客流率密度的拟合曲线进行对比分析，实验结果对比图如图 2 和图 3 所示，证明仿真参数设置合理。3.4评价指标从舒适性、安全性及疏散效率三方面对异质客流通过楼梯的交通特性进行分析评价。舒适性体现了乘客在楼梯步行时的拥挤感受，用平均密度来反映;由于乘客步行速度各异，容易诱发安全隐患，利用密度标准差以及平均速度来分析安全性;楼梯疏散效率对乘客进、出站以及换乘效率至关重要，根据最大客流率来分析异质客流通过楼梯的效率。3.4.1舒适性指标异质客流在楼梯上平均密度的计算方式如下D=1nni=1Di(1)图 2密度速度关系验证图 3密度客流率关系验证Di=NidSL(2)n=Tt(3)式中:D 是在 n 次数据采集下的平均密度