行人仿真技術在客運站客運設備配置中的應用

何飛龍，劉啟鋼

（1.成都鐵路局 重慶車站，重慶 401120；2. 中國鐵道科學研究院 運輸及經濟研究所，北京 100081）

節假日車站客流集中，組織難度較大。如何提高車站客運設備配置效率，保障車站安全運轉是一個重要問題。國內學者在該領域進行了廣泛研究，研究成果可分為以下幾個方面：旅客流線優化和評價方面，提出車站節假日客流高峰組織措施[1]，建立了旅客流線評價指標和評價方法[2]，采用數據包絡分析和模糊綜合評價給出了服務水平的計算方法[3]；車站應急疏散組織管理方面，探討了在復雜環境中的旅客應急疏散措施[4]；設備能力計算方面，給出檢票口設計能力參考值[5]、自動扶梯的設計能力參考值[6]、中小型高速鐵路客運站安檢設備和檢票設備計算參數[7]。在這些成果中，還沒有學者針對驗證、安檢設備數量配置運用行人仿真技術進行研究，尤其是在春運中采用靜態公式計算結果準確性較差，導致設備、人員浪費較大。本文運用行人動態仿真技術，實現車站高峰客流的動態仿真，并通過排隊人數確定設備配置方案的合理性，從而確定驗證、安檢設備數量需求。

1 經驗公式計算方法及不足

1.1 經驗公式

“春運”驗證、安檢設備及人員數量計算，是采用經驗公式進行匡算的[8]。這種方法的主要優點是計算簡便、易于操作，其缺陷在于設備配置的數量是根據靜態經驗公式計算，因為計算過程沒有考慮旅客進站過程的動態波動，因此，驗證、檢票數量較大富余，保證通過能力。其計算方法如下：

n驗證為驗證口數量，單位：個；

N為高峰小時客流總量，單位：人次；

v為驗證平均通過速度，單位：s/人，按照實名制培訓教材，廣鐵集團公司驗證檢票時間以20 s/人進行預算，成都鐵路局以25 s/人進行預算；

l員工通道為職工及重點旅客進出通道數量，一般取3～5個。

另外，安檢設備配置數量的計算方法與驗證基本相同，區別在于2點：不用專門考慮員工通道；其平均通過速度不同，根據統計數據而定。

1.2 經驗公式存在的不足

通過對上文提及的驗證設備和安檢設備數量配置經驗公式的分析，可以看到計算方法中存在3個方面的問題：（1）高峰時間內客流按照均勻分布到達，未能反映客流的波動性；（2）靜態公式計算忽略了客流對驗證設備、人員的動態需求，采用取上限方法匡算設備、人員必然造成資源浪費；（3）該公式以鐵路局為單位設置通過能力參數，忽略了不同車站、不同客流的差異性。

以重慶北站為例，2010年重慶北站運行圖數據，12：30～13：30為高峰，開出6列，估算發送旅客10 000人，設計70個驗證口。實際高峰客流5 000人，重慶北站的驗證口在人員操作不熟悉的情況下約30個驗證口就能滿足需要。

2 設備配置的仿真計算方法研究

針對公式計算方法存在的不足，本文基于行人仿真技術，研究提出車站驗證、安檢設備配置仿真計算方法。該方法利用計算機技術，建立車站電子仿真模型，對旅客的行為進行仿真，利用排隊長度指標判斷不同仿真方案的優劣，從而確定經濟、合理的設備配置方案。車站行人仿真技術和方法參考文獻[9～12]。

2.1 仿真模型及計算基本流程

客流仿真系統的基礎模型是社會力模型。社會力模型認為行人的行走并非受到外力作用，而是受到自身的驅動力，這種驅動力就是所謂“社會力”。社會力包括3類：行人為了達到和保持自身期望速度而具有的向前的動力、與障礙物或者其他行人保持一定距離的力、行人對外部環境好奇所產生的引力。其數學模型參考文獻[14]。

仿真計算的主要步驟包括：基礎資料處理、仿真建模、方案編制、動態仿真和仿真評估。其工作流程如圖1。

圖1 仿真計算流程圖

2.2 重慶北站平面布局

重慶北站主站房為扇形建筑，主進站通道在扇形中部，旅客從下方中部進入，首先經過驗證口，然后經過安檢口，進入車站候車大廳。由于其他區域與驗證、安檢設備計算無關，所以仿真建模只針對這兩個部分進行研究。

2.3 基本參數取值

由于驗證口通行速度取決于車站組織措施、旅客素質、身份證類型比例等相關因素，難以給出標準的通過速度。通過對現場驗證檢票的現場實測和統計，得到重慶北站驗證口平均通過速度為13.2 s/人。見表1。

表1 驗證口通過速度參數

安檢儀通過速度同樣需要通過對車站進行大量實測，才能統計出平均通過速度。重慶北站安檢儀平均通過速度3.43 s/人。見表2。

表2 安檢儀通過速度參數

3 仿真模型及數據分析

3.1 仿真模型

行人仿真技術可以對整個車站及樞紐的客流組織進行仿真評估[13]。本文只對重慶北站的驗證口廳、安檢大廳等區域進行建模。見圖3。

3.2 仿真方案

仿真方案的編制主要考慮在客流總量不變的情況下，分別配置不同數量的驗證、安檢設備，通過仿真試驗并計算排隊長度，從而找到排隊長度合理、設備數量合理的設備配置方案。根據重慶北站春節高峰時段旅客進站人數統計，普速旅客約7 000人。本文在此基礎上，考慮一定的浮動，分別以高峰小時5 000、6 000、7 000人為基礎編制仿真方案，見表3。

圖3 重慶北站仿真模型示意圖

表3 仿真方案

3.3 仿真結果分析

客流組織結果評價指標是排隊人數。根據近年現場組織經驗，排隊超過10人時旅客等待時間過長，服務體驗較差。因此，本文將對各驗證口、安檢口的排隊人數上限定為10人，超過10人則認為方案不合理。通過仿真，得到統計結果見表4。

表4 仿真數據對比表

通過車站客流組織仿真，可以對車站驗證、安檢排隊的動態演變情況進行統計分析。動態仿真表明，在設備能力不夠的情況下，隨著客流不斷增加，排隊現象出現，其排隊人數會逐漸增加。通過對評估結果的分析，重慶北站在高峰客流5 000人、6 000人、7 000人情況下的設備最優配置見表5。

4 結束語

將計算機技術運用到客運站資源配置、運營管理是一個必然趨勢。本文針對高峰客流時段車站客運資源配置問題，運用行人仿真技術，解決了現行計算方法存在的靜態計算結果準確性差的問題。運用該計算方法研究了重慶北站春運驗證、安檢的設備配置問題，經2012年春運的實際檢驗，其結果滿足實際運營需要，說明該方法具有較高的準確性和較強的可操作性。

表5 重慶北站驗證、安檢資源配置方案

[1]姜 輝. 大型客運站高峰期客流組織研究[D]. 成都：西南交通大學，2007.

[2]喬曉嬌. 基于流線分析的鐵路客運站旅客通道評價與優化研究[D]. 濟南：山東大學，2010.

[3]李 龍. 鐵路客運站服務設施及其水平的適應性研究[D].成都：西南交通大學，2007.

[4]王 翠. 基于GIS的大型客運站應急疏散實現方法研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[5]孫興斌. 大型客運站客運設備能力研究[D]. 北京：北京交通大學，2011.

[6]李鵬翱. 客運站客流通道通過能力研究[D]. 北京：北京交通大學，2010.

[7]喬慶杰. 高速鐵路中小型車站安檢儀和檢票閘機布局研究[D]. 北京：北京交通大學，2010.

[8]中國鐵道科學研究院. 試行實名制培訓教材[Z]. 2009.

[9]中國鐵道科學研究院. 大型客運站仿真系統研究與開發[R]. 2009.

[10]中國成年人人體尺寸，GB10000-1988[S]. 北京：中國標準出版社，1988.

[11]史建港. 大型活動行人交通特性研究[D]. 北京：北京工業大學，2007.

[12]劉啟鋼，張 嵐. 復興門地鐵站換乘能力研究[J]. 鐵道運輸與經濟，2011（4）.

[13]劉啟鋼，杜旭升. 大型客運專線車站客流組織仿真技術研究[J]. 鐵道運輸與經濟，2010（11）.

[14]李得偉. 城市軌道交通樞紐乘客集散模型及微觀仿真理論[D]. 北京：北京交通大學，2007.