第15卷第6期 智能系统学报 Vol.15 No.6 2020年11月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Nov.2020 D0L:10.11992tis.201811003 轨道交通车站乘客集散系统Anylogic仿真优化 李冰，杨薪玉，王延锋2 (1.郑州大学管理工程学院，河南郑州450001：2.中国矿业大学机电与信息工程学院，北京100083) 摘要：为了研究地铁轨道交通车站站台乘客行为的特殊性对地铁轨道交通车站设施设备布局的影响，本文运 用基于社会力模型算法的Anylogic动态仿真软件构建了面向复杂交织乘客行人流的地铁轨道交通站台场景模 型。以某市地铁轨道交通车站为例对该模型进行了校核与验证，针对地铁车站内的设施设备布局的缺陷提出 了优化改进措施。实证研究表明：优化后的地铁轨道交通站台场景模型，能够科学合理地阐述客流组织与地铁 轨道交通之间的动态关系，同时对其他地铁轨道交通车站的规划设计与运营具有重要的借鉴与指导意义。 关键词：轨道交通；集散系统；动态优化；Anylogic仿真；仿真分析；行人行为；行人疏散；社会力模型 中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1673-4785(2020)06-1049-09 中文引用格式：李冰，杨薪玉，王延锋.轨道交通车站乘客集散系统Anylogic仿真优化J.智能系统学报，2020,15(6)： 1049-1057. 英文引用格式：LI Bing,.YANG Xinyu,WANG Yanfeng.Simulation and optimization of the passenger distribution system Anylo- gic in rail transit stationsJ.CAAI transactions on intelligent systems,2020,15(6):1049-1057. Simulation and optimization of the passenger distribution system Anylogic in rail transit stations LI Bing',YANG Xinyu',WANG Yanfeng? (1.School of Management Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;2.School of Mechanical Electronic&In- formation Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China) Abstract:To analyze the influence of the particularity of passenger behavior on the layout of facilities and equipment in metro stations,a scenario model of metro rail transit stations oriented to complex interweaving passenger-pedestrian flow is constructed using the dynamic simulation software AnyLogic based on the social force model algorithm.Taking the subway station of a city as an example,the platform scenario model is verified,and the improvement measures for the disadvantages of the layout of facilities and equipment in the subway station are proposed.The experimental results scientifically and reasonably expound the dynamic relationship between passenger flow organization and rail transit and can serve as important reference and guidance for the planning,design,and operation of other metro rail transit stations. Keywords:rail transit;distributed system;dynamic optimization;AnyLogic simulation;simulation analysis,pedestrian behavior,pedestrian evacuation;social force model 地铁轨道交通车站作为地铁轨道交通网络的 此外，地铁轨道交通车站的乘客行为具有主观性， 链接点与交叉点，相较于地铁轨道交通普通停靠 即高集中性、多方向与多路径性、方向不均衡性和 站台而言，其人流通道、设施设备布局、安全紧急 时间不均衡性等特点，为满足乘客行为的大众化 疏散通道以及其他服务措施与输运组织、疏散能 多样化的出行需求，地铁轨道交通车站站台的科 力等复杂性与多元化的特点，对地铁轨道交通车 学合理设计与运营具有重要的理论与现实意义。 站的规划设计与安全运营提出了更高的要求四。 目前国内外众多学者进行了相关研究。文 献[2-3]建立了基于元胞自动机模型的复杂形势 收稿日期：2018-11-05. 基金项目：国家自然科学基金项目(U1604150,U1804151). 下乘客行为仿真模型，研究了在势能场的影响 通信作者：李冰.E-mail:Ib@zzu.edu.cn 下，具有不同出行目的的乘客在地铁站台内进行
DOI: 10.11992/tis.201811003 轨道交通车站乘客集散系统 Anylogic 仿真优化 李冰1 ，杨薪玉1 ，王延锋2 （1. 郑州大学 管理工程学院，河南 郑州 450001; 2. 中国矿业大学 机电与信息工程学院，北京 100083） 摘 要：为了研究地铁轨道交通车站站台乘客行为的特殊性对地铁轨道交通车站设施设备布局的影响，本文运 用基于社会力模型算法的 Anylogic 动态仿真软件构建了面向复杂交织乘客行人流的地铁轨道交通站台场景模 型。以某市地铁轨道交通车站为例对该模型进行了校核与验证，针对地铁车站内的设施设备布局的缺陷提出 了优化改进措施。实证研究表明：优化后的地铁轨道交通站台场景模型，能够科学合理地阐述客流组织与地铁 轨道交通之间的动态关系，同时对其他地铁轨道交通车站的规划设计与运营具有重要的借鉴与指导意义。 关键词：轨道交通；集散系统；动态优化；Anylogic 仿真；仿真分析；行人行为；行人疏散；社会力模型 中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2020)06−1049−09 中文引用格式：李冰, 杨薪玉, 王延锋. 轨道交通车站乘客集散系统 Anylogic 仿真优化 [J]. 智能系统学报, 2020, 15(6): 1049–1057. 英文引用格式：LI Bing, YANG Xinyu, WANG Yanfeng. Simulation and optimization of the passenger distribution system Anylogic in rail transit stations[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2020, 15(6): 1049–1057. Simulation and optimization of the passenger distribution system Anylogic in rail transit stations LI Bing1 ，YANG Xinyu1 ，WANG Yanfeng2 (1. School of Management Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2. School of Mechanical Electronic & Information Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China) Abstract: To analyze the influence of the particularity of passenger behavior on the layout of facilities and equipment in metro stations, a scenario model of metro rail transit stations oriented to complex interweaving passenger–pedestrian flow is constructed using the dynamic simulation software AnyLogic based on the social force model algorithm. Taking the subway station of a city as an example, the platform scenario model is verified, and the improvement measures for the disadvantages of the layout of facilities and equipment in the subway station are proposed. The experimental results scientifically and reasonably expound the dynamic relationship between passenger flow organization and rail transit and can serve as important reference and guidance for the planning, design, and operation of other metro rail transit stations. Keywords: rail transit; distributed system; dynamic optimization; AnyLogic simulation; simulation analysis; pedestrian behavior; pedestrian evacuation; social force model 地铁轨道交通车站作为地铁轨道交通网络的 链接点与交叉点，相较于地铁轨道交通普通停靠 站台而言，其人流通道、设施设备布局、安全紧急 疏散通道以及其他服务措施与输运组织、疏散能 力等复杂性与多元化的特点，对地铁轨道交通车 站的规划设计与安全运营提出了更高的要求[1]。 此外，地铁轨道交通车站的乘客行为具有主观性， 即高集中性、多方向与多路径性、方向不均衡性和 时间不均衡性等特点，为满足乘客行为的大众化、 多样化的出行需求，地铁轨道交通车站站台的科 学合理设计与运营具有重要的理论与现实意义。 目前国内外众多学者进行了相关研究。文 献 [2-3] 建立了基于元胞自动机模型的复杂形势 下乘客行为仿真模型，研究了在势能场的影响 下，具有不同出行目的的乘客在地铁站台内进行 收稿日期：2018−11−05. 基金项目：国家自然科学基金项目 (U1604150, U1804151). 通信作者：李冰. E-mail：lb@zzu.edu.cn. 第 15 卷第 6 期 智 能 系 统 学 报 Vol.15 No.6 2020 年 11 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Nov. 2020
·1050· 智能系统学报 第15卷 方向选择和制定进出站决策问题。文献[4]针对 景模型，通过实例仿真对其进行了校核与验证， 地铁车站行人拥堵和瓶颈处，以北京西直门地铁 科学合理地阐述了客流组织与地铁轨道交通车站 站为例，建立了地铁车站M/G/C/C排队网络模 之间的动态关系，为地铁轨道交通车站的规划设 型，计算分析出地铁通道内疏散瓶颈并对其进行 计与运营提供了理论基础和分析手段。 优化，提高了疏散能力。文献[5]进一步提出了 将数学模型和社会力模型进行耦合的行人疏散模 1地铁轨道交通车站站台乘客行为 型，并且仿真模拟了灾难突发状况下地铁车站的 特殊性分析 行人疏散过程。文献[6]首先对几种行人运动仿 相较于其他城市交通工具而言，由于地铁轨 真模型进行归纳总结，并通过研究当前行人运动 道交通车站的乘车时间以及乘客群社会关系、乘 的发展现状，提出研究行人运动，改善行人通行 客社会层次等因素的影响，地铁轨道交通车站站 能力的必要性。文献[⑦)构建了基于社会力的行 台的乘客流具有如下特殊性： 人交通微观仿真模型，以目标点局部极小化为准 则并对其模型进行优化，验证了优化方案的可行 1)乘客行为的制约性。由于地铁车站内设备 设施、乘客行走通道以及其他服务设施的限制， 性与优越性。文献[8]设计了一种列车驾驶模拟 器，其中通过层级递进结构可实现虚拟乘客的乘 乘客在地铁车站内行走、寻路等行为具有一定的 规范性，行走空间有限且主要行动方向由地铁内 车意图、环境感知、目标决策等行为。文献[910] 应用Anylogic仿真软件分别对北京市南站地铁通 线路引导。 道宽度和北京玄武门车站不同时刻乘客流向以及 2)乘客的动态时空排队性。地铁通道内站台 乘客密度进行仿真模拟，提出了不同的改进优化 层的行人流主要聚集在进出站楼梯扶梯、换乘设 方案。文献[11]对不同运行时段地铁车站内乘客 施出入口以及狭窄的通道等处；此外，地铁列车 疏散能力进行Pathfinder仿真建模，并从疏散用 到站时乘客会大量涌入列车内，也会产生拥堵现 时、拥堵点、人员疏散路径和出口利用率等方面 象。随着时间的推进，地铁通道内流量增多，也 进行结果分析，提出了相应的建议。文献[12]为 会影响到整个地铁通道内站台系统的通行能力。 了解决地铁换乘过程中人流拥堵问题，构建了人 3)乘客流线的不确定性。乘客的行走路径不 流流动路径拉普拉斯方程，通过计算人流流动势 仅由其出行目的决定，还需考虑站内环境及拥堵条 能场完成人流交互导向，提高了地铁车站通行效 件的影响，特别是地铁车站内站台空间和设施能力 率。文献[13]对地铁换乘站内设施布局以及乘客 相对有限，因此乘客的行走方向、步行速度等行为 换乘路径进行仿真，对于乘客在地铁车站内行走 特征可能因周围其他乘客的行为发生突变或波动。 的流畅性、舒适性和逗留性进行分析，地铁车站 由于地铁轨道交通站台乘客行为的特殊性 内部设施布局进行优化。文献[14]为了提高船舶 为了更好地了解地铁车站内行人交通组织与空间 疏散效率，增强疏散人员的安全性，建立了一种社 换乘情况，本文将整个地铁车站看作一个完整的 会力模型与智能体建模技术相结合的船舶疏散仿 动态系统对地铁车站内部站点平面布局、设施设 真模型，仿真结果表明了该模型的合理性和有效性。 备能力、乘客的动向安排和紧急疏散通道进行评价。 通过上述研究可知，客流组织是一项复杂的 动态时空排队服务系统，地铁轨道交通车站作为 2地铁轨道交通车站站台行人流场 客流组织的载体，两者之间相互影响而又相互作 景模型 用，关于两者之间作用机理与耦合现象的相关研 基于Anylogic的地铁轨道交通车站站台复杂 究较少。然而基于社会力模型算法的Anylogic动 交织乘客行人流场景模型s6构建流程如图1所 态仿真软件能够实现离散、连续和混合行为的复 示，其具体步骤见1)人5)。 杂系统仿真，同时其灵活的人机交互仿真功能可 以从宏观与微观双层面快速构建客流组织与地铁 建立仿直 参数调整 运行仿真 轨道交通车站之间的动态交互仿真模型，为研究 英拟模型 设置 实验 两者之间的相互作用与影响关系提供了平台。因 此，本文针对乘客流的多样性与多元化特点，分 图1仿真模拟流程 Fig.1 Flowchart of the simulation 析了地铁轨道交通车站站台乘客行为的特殊性， 以某市地铁轨道交通车站站台为例，构建了面向 1)资料收集与整理。根据地铁轨道交通车站 复杂交织乘客行人流的地铁轨道交通车站站台场 站台与乘客行为特性，所需收集的资料包括基础
方向选择和制定进出站决策问题。文献 [4] 针对 地铁车站行人拥堵和瓶颈处，以北京西直门地铁 站为例，建立了地铁车站 M/G/C/C 排队网络模 型，计算分析出地铁通道内疏散瓶颈并对其进行 优化，提高了疏散能力。文献 [5] 进一步提出了 将数学模型和社会力模型进行耦合的行人疏散模 型，并且仿真模拟了灾难突发状况下地铁车站的 行人疏散过程。文献 [6] 首先对几种行人运动仿 真模型进行归纳总结，并通过研究当前行人运动 的发展现状，提出研究行人运动，改善行人通行 能力的必要性。文献 [7] 构建了基于社会力的行 人交通微观仿真模型，以目标点局部极小化为准 则并对其模型进行优化，验证了优化方案的可行 性与优越性。文献 [8] 设计了一种列车驾驶模拟 器，其中通过层级递进结构可实现虚拟乘客的乘 车意图、环境感知、目标决策等行为。文献 [9-10] 应用 Anylogic 仿真软件分别对北京市南站地铁通 道宽度和北京玄武门车站不同时刻乘客流向以及 乘客密度进行仿真模拟，提出了不同的改进优化 方案。文献 [11] 对不同运行时段地铁车站内乘客 疏散能力进行 Pathfinder 仿真建模，并从疏散用 时、拥堵点、人员疏散路径和出口利用率等方面 进行结果分析，提出了相应的建议。文献 [12] 为 了解决地铁换乘过程中人流拥堵问题，构建了人 流流动路径拉普拉斯方程，通过计算人流流动势 能场完成人流交互导向，提高了地铁车站通行效 率。文献 [13] 对地铁换乘站内设施布局以及乘客 换乘路径进行仿真，对于乘客在地铁车站内行走 的流畅性、舒适性和逗留性进行分析，地铁车站 内部设施布局进行优化。文献 [14] 为了提高船舶 疏散效率，增强疏散人员的安全性，建立了一种社 会力模型与智能体建模技术相结合的船舶疏散仿 真模型，仿真结果表明了该模型的合理性和有效性。 通过上述研究可知，客流组织是一项复杂的 动态时空排队服务系统，地铁轨道交通车站作为 客流组织的载体，两者之间相互影响而又相互作 用，关于两者之间作用机理与耦合现象的相关研 究较少。然而基于社会力模型算法的 Anylogic 动 态仿真软件能够实现离散、连续和混合行为的复 杂系统仿真，同时其灵活的人机交互仿真功能可 以从宏观与微观双层面快速构建客流组织与地铁 轨道交通车站之间的动态交互仿真模型，为研究 两者之间的相互作用与影响关系提供了平台。因 此，本文针对乘客流的多样性与多元化特点，分 析了地铁轨道交通车站站台乘客行为的特殊性， 以某市地铁轨道交通车站站台为例，构建了面向 复杂交织乘客行人流的地铁轨道交通车站站台场 景模型，通过实例仿真对其进行了校核与验证， 科学合理地阐述了客流组织与地铁轨道交通车站 之间的动态关系，为地铁轨道交通车站的规划设 计与运营提供了理论基础和分析手段。 1 地铁轨道交通车站站台乘客行为 特殊性分析 相较于其他城市交通工具而言，由于地铁轨 道交通车站的乘车时间以及乘客群社会关系、乘 客社会层次等因素的影响，地铁轨道交通车站站 台的乘客流具有如下特殊性： 1) 乘客行为的制约性。由于地铁车站内设备 设施、乘客行走通道以及其他服务设施的限制， 乘客在地铁车站内行走、寻路等行为具有一定的 规范性，行走空间有限且主要行动方向由地铁内 线路引导。 2) 乘客的动态时空排队性。地铁通道内站台 层的行人流主要聚集在进出站楼梯扶梯、换乘设 施出入口以及狭窄的通道等处；此外，地铁列车 到站时乘客会大量涌入列车内，也会产生拥堵现 象。随着时间的推进，地铁通道内流量增多，也 会影响到整个地铁通道内站台系统的通行能力。 3) 乘客流线的不确定性。乘客的行走路径不 仅由其出行目的决定，还需考虑站内环境及拥堵条 件的影响，特别是地铁车站内站台空间和设施能力 相对有限，因此乘客的行走方向、步行速度等行为 特征可能因周围其他乘客的行为发生突变或波动。 由于地铁轨道交通站台乘客行为的特殊性， 为了更好地了解地铁车站内行人交通组织与空间 换乘情况，本文将整个地铁车站看作一个完整的 动态系统对地铁车站内部站点平面布局、设施设 备能力、乘客的动向安排和紧急疏散通道进行评价。 2 地铁轨道交通车站站台行人流场 景模型 基于 Anylogic 的地铁轨道交通车站站台复杂 交织乘客行人流场景模型[15-16] 构建流程如图 1 所 示，其具体步骤见 1)~5)。 收集基础 资料并进 行整理 建立仿真 模拟模型 参数调整 与设置 运行仿真 实验 分析结 果，提出 优化建议 图 1 仿真模拟流程 Fig. 1 Flowchart of the simulation 1) 资料收集与整理。根据地铁轨道交通车站 站台与乘客行为特性，所需收集的资料包括基础 ·1050· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷
第6期 李冰，等：轨道交通车站乘客集散系统Anylogic仿真优化 ·1051· 资料和乘客特性资料，其中基础资料以地铁车站 模型，如图2所示，其中字母表示该地铁车站站厅 站内部设计资料为主，即平面布局图；而乘客特 层的6个出入口，绿色的虚线箭头表示进站乘客 性资料主要以客流及乘客行为特征的资料为主， 流线和出站乘客流线，橙色正方形表示出站、进 即地铁轨道交通车站站台中各出入口行人行走路 站，灰色正方形和绿色的目标线表示换乘的扶梯 径及行人数量等调研数据。 和电梯。 2)建立仿真实验模型。首先通过所收集的资 UUU■ UU 料数据，结合地铁车站内具体内部布局，绘制地 tti ti 入口B 铁车站站台地下出站厅的CAD平面图，确认地下 人口A 团000g正0 空间的边界与建筑内障碍物尺寸，在Anylogic仿 真软件中建立地铁车站平面布局图，定位各种设 施设备之间的相关关系；其次将建立的仿真模型 由 人▣C 与实地调查情况相比对，确定所建立模型的真实 a00时加0+0 人口D 性与正确性。 3)参数设置调整。通过实地调研与访谈等形 (a)地下1层地铁站厅层平面图 式，对地铁轨道交通车站站台不同时段内的行人数 量、行人通行路径等进行调查与统计，计算人口、 围 出口、安检设施、闸机等模块的参数，并对车站内 中h中出 某个时间段内的行人走行过程进行观察与统计，所 调查与统计的数据类型主要以行人类型（男性和女 性)、数量、步速等为主，得到地铁车站站内各设施 (b)地下2层1号线站台平面图 设备的通过能力，然后将数据录入仿真模拟系统， 并观察仿真模拟结果与实际情况的吻合程度，如果 仿真结果与实际情况有出入，需要根据实际情况对 模型参数进行适当的调整，直到建立的仿真模型与 观察到的地铁站实际运行情况相符为止。 4)仿真实验。运行建立的二维、三维仿真模 型，观察模型运行情况，输出各种模拟对象指标， (c)地下3层2号线站台平面图 如人流密度、平均走行时间等各项评价指标。 图2地铁通道站台平面图 5)分析输出结果，提出方案优化建议。依据 Fig.2 Subway platform plan 仿真输出的各项指标的数据，对模拟对象的空间 2)乘客进出站逻辑关系与换乘关系 使用情况进行评估，找出容易发生拥堵瓶颈点或 根据上述绘制的三层站台平面模型，对每一 安全隐患，提出优化建议，再次进行仿真模拟，最 层中乘客行走路径以及设备设施之间的逻辑关系 后将优化前、后的结果进行对比，验证了优化后 进行分析，分别根据每层的逻辑关系将设备设施 方案能更好地提高地铁车站内空间使用率，为提 进行连接，最后考虑三层之间的逻辑联系，建立 高地铁车站的运行效率提出相应的建议。 出该地铁车站完整的逻辑框架图，乘客进出站逻 辑框架图与换乘站逻辑框架图分别如图3和4所示。 3仿真实验 3.2某市地铁轨道交通车站站台乘客流线路径 3.1某市地铁轨道交通车站站台场景构建 设定 某市地铁轨道交通车站站台的平面形状近似 地铁换乘站内乘客流线可以分为3类：进站 为长方形，共有3层，其中地下1层为地铁站站厅 流线、出站流线和换乘流线，如图5所示。进站 层，地下2层为地铁1号线站台层，地下3层为地 流线中乘客行走流程为：乘客从6个入口进入地 铁2号线站台层。地铁站厅层与地下1层之间共 下1层站厅层，购票后进行安检，到达地铁的检票 有6个出入口且均通过楼梯和自动扶梯相连接， 口，经地下2层的扶梯到1号线站台上车，或经地 而地下1层站厅层、地下2层1号线站台层与地 下3层的扶梯到1号线站台上车，通过地铁进入 下3层2号线站台层通过自动扶梯和电梯相连接。 城市其他区域。出站及换乘流线中乘客行走流程 1)三层站台平面模型绘制 为：乘客从地铁下来，经过扶梯进行换乘或者经 首先在Anylogic仿真软件中绘制出三层车站 过扶梯直接出站
资料和乘客特性资料，其中基础资料以地铁车站 站内部设计资料为主，即平面布局图；而乘客特 性资料主要以客流及乘客行为特征的资料为主， 即地铁轨道交通车站站台中各出入口行人行走路 径及行人数量等调研数据。 2) 建立仿真实验模型。首先通过所收集的资 料数据，结合地铁车站内具体内部布局，绘制地 铁车站站台地下出站厅的 CAD 平面图，确认地下 空间的边界与建筑内障碍物尺寸，在 Anylogic 仿 真软件中建立地铁车站平面布局图，定位各种设 施设备之间的相关关系；其次将建立的仿真模型 与实地调查情况相比对，确定所建立模型的真实 性与正确性。 3) 参数设置调整。通过实地调研与访谈等形 式，对地铁轨道交通车站站台不同时段内的行人数 量、行人通行路径等进行调查与统计，计算入口、 出口、安检设施、闸机等模块的参数，并对车站内 某个时间段内的行人走行过程进行观察与统计，所 调查与统计的数据类型主要以行人类型 (男性和女 性)、数量、步速等为主，得到地铁车站站内各设施 设备的通过能力，然后将数据录入仿真模拟系统， 并观察仿真模拟结果与实际情况的吻合程度，如果 仿真结果与实际情况有出入，需要根据实际情况对 模型参数进行适当的调整，直到建立的仿真模型与 观察到的地铁站实际运行情况相符为止。 4) 仿真实验。运行建立的二维、三维仿真模 型，观察模型运行情况，输出各种模拟对象指标， 如人流密度、平均走行时间等各项评价指标。 5) 分析输出结果，提出方案优化建议。依据 仿真输出的各项指标的数据，对模拟对象的空间 使用情况进行评估，找出容易发生拥堵瓶颈点或 安全隐患，提出优化建议，再次进行仿真模拟，最 后将优化前、后的结果进行对比，验证了优化后 方案能更好地提高地铁车站内空间使用率，为提 高地铁车站的运行效率提出相应的建议。 3 仿真实验 3.1 某市地铁轨道交通车站站台场景构建 某市地铁轨道交通车站站台的平面形状近似 为长方形，共有 3 层，其中地下 1 层为地铁站站厅 层，地下 2 层为地铁 1 号线站台层，地下 3 层为地 铁 2 号线站台层。地铁站厅层与地下 1 层之间共 有 6 个出入口且均通过楼梯和自动扶梯相连接， 而地下 1 层站厅层、地下 2 层 1 号线站台层与地 下 3 层 2 号线站台层通过自动扶梯和电梯相连接。 1) 三层站台平面模型绘制 首先在 Anylogic 仿真软件中绘制出三层车站 模型，如图 2 所示，其中字母表示该地铁车站站厅 层的 6 个出入口，绿色的虚线箭头表示进站乘客 流线和出站乘客流线，橙色正方形表示出站、进 站，灰色正方形和绿色的目标线表示换乘的扶梯 和电梯。 入口 A 入口 D 入口 B 入口 C (a) 地下1层地铁站厅层平面图 (b) 地下2层1号线站台平面图 (c) 地下3层2号线站台平面图 图 2 地铁通道站台平面图 Fig. 2 Subway platform plan 2) 乘客进出站逻辑关系与换乘关系 根据上述绘制的三层站台平面模型，对每一 层中乘客行走路径以及设备设施之间的逻辑关系 进行分析，分别根据每层的逻辑关系将设备设施 进行连接，最后考虑三层之间的逻辑联系，建立 出该地铁车站完整的逻辑框架图，乘客进出站逻 辑框架图与换乘站逻辑框架图分别如图 3 和 4 所示。 3.2 某市地铁轨道交通车站站台乘客流线路径 设定 地铁换乘站内乘客流线可以分为 3 类：进站 流线、出站流线和换乘流线，如图 5 所示。进站 流线中乘客行走流程为：乘客从 6 个入口进入地 下 1 层站厅层，购票后进行安检，到达地铁的检票 口，经地下 2 层的扶梯到 1 号线站台上车，或经地 下 3 层的扶梯到 1 号线站台上车，通过地铁进入 城市其他区域。出站及换乘流线中乘客行走流程 为：乘客从地铁下来，经过扶梯进行换乘或者经 过扶梯直接出站。 第 6 期 李冰，等：轨道交通车站乘客集散系统 Anylogic 仿真优化 ·1051·
·1052· 智能系统学报 第15卷 路径选择 2 车室8 地下层往西换乘 车室 车室 往东 下2黄 路径选择10 出口4 2其一 电 候车室1的 车室1 0 2甚下行 落轻洗择1 图3乘客进出站逻辑框架 Fig.3 Logical framework for passenger entry and exit stations 地下2基到地下1层1 往东电权 下层可地下2层1 地下2到地下1层2 酒电 地下层下路径选择 地下层到地下1层1电梯 换乐一号线 卡出站 住北电师 的转出站 地下层刊地下22 楼桃 地下2层到地下1层 膨卡出站3 卡出站 图4换乘站逻辑框架 Fig.4 Schematic of the transfer station logic frame 行人产生 随车产生 3.3参数设定 根据上述构建的场景模型，此处需设定的参 进口A 进口B 进口C 进D 数主要以模型参数和行人参数为主，其中模型参 数是地铁车站设备设施的具体参数以及地铁列车 安检系统 达到参数，分别见表1和2。 出站系统 自动售票机系统 人工系统 而行人参数是地铁轨道交通车站站台内运动 的行人描述，其包括行人数量、行人速度和行人空 间等参数。为分析行人数量对地铁轨道交通车站 1号线 2号线 换乘系统 站台的影响，本文选择早、中、晚3个时段内站台的 、上车 出站 行人数量为研究对象，对某市地铁轨道交通车站站 图5地铁换乘站内乘客流线 台的行人数量进行了为期一个月的调查与统计，取 Fig.5 Passenger flow line in a subway transfer station 其平均值作为行人数量的参数，具体见表3
路径选择7 地下2层往 东换乘一 地下2层往东换乘二 地下1层往西换乘一 地下2层往西换乘二 地下2层二号 线北电梯 地下2层二号线南电梯 地下2层 下行扶梯 地下2层下行 扶梯换乘 路径选择3 安检 检票 路径 选择1 路径 选择2 路径 选择4 路径选择11 路径选择5 路径选择6 路径选择10 路径选择9 进口 A 候车室1 出口1 出口2 出口3 出口4 出口5 出口6 出口7 Queue1 Queue2 Queue3 Queue4 候车室2 候车室3 候车室4 候车室5 候车室6 候车室7 候车室8 候车室9 候车室10 候车室11 候车室12 候车室13 候车室14 候车室15 候车室16 候车室17 候车室18 候车室19 候车室20 候车室21 买票 TrainSource1 TrainMoveTo1 TrainMoveTo5 Delay Pickup TrainDispose1 TrainSource2 TrainMoveTo2 Delay1 Pickup1 TrainMoveTo6 TrainDispose2 TrainSource3 TrainMoveTo3 Delay2 Pickup2 TrainMoveTo7 TrainDispose3 TrainSource4 TrainMoveTo4 TrainMoveTo8 Delay3 Pickup3 TrainDispose4 往西 二号线 往东 图 3 乘客进出站逻辑框架 Fig. 3 Logical framework for passenger entry and exit stations 地下3层下车 地下3层到地下2层1 地下2层到地下1层1 地下2层到地下1层2 地下2层到地下1层 地下2层到地下1层22 换乘1号线 换乘一号线 往南 往北电梯 北楼梯 南楼梯 二号线北 二号线南 地下3层到地下1层2 地下3层到地下2层2 地下3层到地下1层1电梯 路径选择 路径选择3 路径选择1 往东电梯 刷卡出站1 刷卡出站2 刷卡出站3 刷卡出站4 PedSink 往西电梯 路径选择2 地下3层 下车2 图 4 换乘站逻辑框架 Fig. 4 Schematic of the transfer station logic frame 行人产生 自动售票机系统 人工系统 1号线 安检系统 上车 换乘系统 随车产生 出站系统 出站 进口 A 进口 B 进口 C 进口 D 2号线 图 5 地铁换乘站内乘客流线 Fig. 5 Passenger flow line in a subway transfer station 3.3 参数设定 根据上述构建的场景模型，此处需设定的参 数主要以模型参数和行人参数为主，其中模型参 数是地铁车站设备设施的具体参数以及地铁列车 达到参数，分别见表 1 和 2。 而行人参数是地铁轨道交通车站站台内运动 的行人描述，其包括行人数量、行人速度和行人空 间等参数。为分析行人数量对地铁轨道交通车站 站台的影响，本文选择早、中、晚 3 个时段内站台的 行人数量为研究对象，对某市地铁轨道交通车站站 台的行人数量进行了为期一个月的调查与统计，取 其平均值作为行人数量的参数，具体见表 3。 ·1052· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷
第6期 李冰，等：轨道交通车站乘客集散系统Anylogic仿真优化 ·1053· 表1地铁车站设备通行能力 人，不同颜色代表行人密度的高低，密度越高则 Table 1 Capacity of the subway station equipment 色彩偏红色，反之则偏蓝色。 通行能力/ 人均通过 仿真使用 设备名称 (人h 时间/s 参数 自动售票机 600 6 Uniform(5,7) 人工售票口 400 9 Uniform(7,10) 安检设备 900 Uniform(3,5) 进出站闸机 2400 2 2 表2列车到达情况调查表 Table 2 Train arrival questionnaire 发车间隔/停站时间/ 平均每门上下车人数 (a)早 列车 方向 min min 上 下 往东 13 17 1号线 3 往西 18 15 往南 16 20 2号线 10 往北 31 19 表3某市地铁轨道交通车站站台行人流量平均值 Table 3 Average pedestrian flow at a subway station 客流量人h (b)中 早上 中午 晚上 出入口 (5:009:00) (10:0014:00) (17:00-21:00) 进站出站 进站出站 进站出站 A 13241430 852 907 1267 1304 B 10651206 678 641 1153 1201 C11271266763 8521190 1067 D 947988 594 532 809 912 行人速度是表征行人交通特性的主要参数， (c)晚 行人的步幅和步频是行走过程的基本特性，两者 图6地下1层不同时间段对比 构成行人速度，具体参数见表4。 Fig.6 Comparison of different time periods of the first level of the underground station 表4某市地铁轨道交通车站站台行人速度 Table 4 Pedestrian speed at a subway station platform 速度ms) 性别 平均速度 初始速度 舒适速度 男性 1.35 女性 [0.5,1.8J [0.8,1.3] 1.24 (a)早 41 仿真结果与优化分析 4.1结果分析 4.11不同时间段站台行人密度分析 图6~8分别表示地下不同层站台在早、中、 晚3个时间段的行人密度，图中圆点表示单个行 (b)中
表 1 地铁车站设备通行能力 Table 1 Capacity of the subway station equipment 设备名称 通行能力/ (人·h−1) 人均通过 时间/s 仿真使用 参数 自动售票机 600 6 Uniform(5,7) 人工售票口 400 9 Uniform(7,10) 安检设备 900 4 Uniform(3,5) 进出站闸机 2 400 2 2 表 2 列车到达情况调查表 Table 2 Train arrival questionnaire 列车 发车间隔/ min 停站时间/ min 方向 平均每门上下车人数 上 下 1号线 3 1 往东 13 17 往西 18 15 2号线 10 1 往南 16 20 往北 31 19 表 3 某市地铁轨道交通车站站台行人流量平均值 Table 3 Average pedestrian flow at a subway station 出入口 客流量/(人·h−1) 早上 (5:00~9:00) 中午 (10:00~14:00) 晚上 (17:00~21:00) 进站 出站 进站 出站 进站 出站 A 1 324 1 430 852 907 1 267 1 304 B 1 065 1 206 678 641 1 153 1 201 C 1 127 1 266 763 852 1 190 1 067 D 947 988 594 532 809 912 行人速度是表征行人交通特性的主要参数， 行人的步幅和步频是行走过程的基本特性，两者 构成行人速度，具体参数见表 4。 表 4 某市地铁轨道交通车站站台行人速度 Table 4 Pedestrian speed at a subway station platform 性别 速度/(m·s−1) 平均速度 初始速度 舒适速度 男性 1.35 [0.5,1.8] [0.8,1.3] 女性 1.24 4 仿真结果与优化分析 4.1 结果分析 4.1.1 不同时间段站台行人密度分析 图 6~8 分别表示地下不同层站台在早、中、 晚 3 个时间段的行人密度，图中圆点表示单个行 人，不同颜色代表行人密度的高低，密度越高则 色彩偏红色，反之则偏蓝色。 (a) 早 (b) 中 (c) 晚 图 6 地下 1 层不同时间段对比 Fig. 6 Comparison of different time periods of the first level of the underground station (a) 早 (b) 中 第 6 期 李冰，等：轨道交通车站乘客集散系统 Anylogic 仿真优化 ·1053·