基于Legion 模型的地鐵乘客服務(wù)設(shè)施仿真評(píng)價(jià)分析——以自動(dòng)售票機(jī)為例

吳 婷

（貴陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通分院,貴州 貴陽(yáng) 550081）

0 引言

地鐵作為一種大容量公共交通，逐漸在城市客運(yùn)交通中發(fā)揮主要作用。合理規(guī)劃地鐵網(wǎng)絡(luò)的重要性不言而喻。其中，車(chē)站是地鐵的集散節(jié)點(diǎn)和重要組成部分，同時(shí)，作為乘客與地鐵的接觸界面，車(chē)站內(nèi)部的乘客服務(wù)設(shè)施是乘客感受服務(wù)的主要來(lái)源，直接影響乘客對(duì)于整個(gè)地鐵系統(tǒng)服務(wù)水平的判斷。而隨著各地地鐵系統(tǒng)的逐步完善，車(chē)站客流量隨之增加，乘客對(duì)于服務(wù)設(shè)施的要求也隨之提高。車(chē)站內(nèi)部乘客服務(wù)設(shè)施配置的合理性，關(guān)系到乘客能否安全、舒適地出入車(chē)站，關(guān)系到線路的運(yùn)營(yíng)安全。自動(dòng)售票機(jī)則是乘客進(jìn)入車(chē)站乘車(chē)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其服務(wù)水平高低直接影響乘客的乘車(chē)體驗(yàn)。自動(dòng)售票機(jī)的引用大幅提升了城市軌道交通發(fā)展初期利用人工方式售票的工作效率，提高了地鐵系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和車(chē)站售票的智能化程度，同時(shí)減輕了車(chē)站人員的工作壓力，也加快了進(jìn)站客流的通過(guò)速度，提高了整個(gè)車(chē)站系統(tǒng)的運(yùn)行效率和服務(wù)水平，使乘客票務(wù)的管理和控制更加便捷和智能。因此，該文將以自動(dòng)售票機(jī)為例，對(duì)地鐵車(chē)站服務(wù)設(shè)施配置評(píng)價(jià)并進(jìn)行優(yōu)化。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

地鐵車(chē)站內(nèi)部乘客服務(wù)設(shè)施的評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的概念，涉及建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)施數(shù)量和布局、建筑內(nèi)人員行為等多種因素。目前，針對(duì)這一問(wèn)題已有一些研究積累。一些學(xué)者以排隊(duì)論為基礎(chǔ)，對(duì)地鐵車(chē)站中產(chǎn)生排隊(duì)現(xiàn)象的服務(wù)設(shè)施進(jìn)行分析評(píng)價(jià)：蔣啟文[1]基于UML 建模語(yǔ)言對(duì)進(jìn)出站自動(dòng)檢票機(jī)處的排隊(duì)系統(tǒng)建立仿真模型，并提出遺傳算法和仿真技術(shù)相結(jié)合的排隊(duì)系統(tǒng)優(yōu)化方法；劉明姝等[2]依據(jù)城市軌道交通進(jìn)站檢票機(jī)排隊(duì)系統(tǒng)，提出了優(yōu)化車(chē)站檢票機(jī)配置的計(jì)算機(jī)仿真方法；饒雪平[3]運(yùn)用確定性排隊(duì)論對(duì)軌道交通車(chē)站樓梯類(lèi)設(shè)施處的客流進(jìn)行延時(shí)分析，提出相應(yīng)的優(yōu)化修改建議。另外一些學(xué)者從車(chē)站中乘客的速度、密度入手，建立了乘客服務(wù)設(shè)施評(píng)價(jià)指標(biāo)，如張盛[4]、李洪旭[5]等；還有一些學(xué)者考慮乘客感知判斷，以此為依據(jù)對(duì)車(chē)站服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，如張海麗[6]等。侯高杰[7]以地鐵車(chē)站交通服務(wù)設(shè)施優(yōu)化配置能力不足，現(xiàn)有優(yōu)化配置算法實(shí)時(shí)性較低的問(wèn)題，以提高地鐵車(chē)站服務(wù)設(shè)施優(yōu)化配置算法的計(jì)算效率，開(kāi)發(fā)了地鐵車(chē)站交通服務(wù)設(shè)施優(yōu)化配置系統(tǒng)。而針對(duì)服務(wù)水平等級(jí)的研究，弗洛因（Fruin）[4]人員密度服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究是應(yīng)用最廣的研究，但其只對(duì)通勤者做研究，并且其服務(wù)水準(zhǔn)系假設(shè)在均值條件下所得到的，屬于理想值。Imran Hafiz Muhammad[8]基于各國(guó)的排隊(duì)理論和行人服務(wù)水平研究方法，通過(guò)對(duì)調(diào)查結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，建立地鐵車(chē)站非付費(fèi)區(qū)域六級(jí)服務(wù)等級(jí)分類(lèi)方法。以上學(xué)者的研究成果為城市軌道交通乘客服務(wù)設(shè)施的服務(wù)水平評(píng)價(jià)奠定了一定的基礎(chǔ)，然而卻忽略了一個(gè)問(wèn)題：乘客的到達(dá)是具有隨機(jī)性的，是不確定的，以上計(jì)算的理論基礎(chǔ)均是基于客流到達(dá)服從某種特定的分布，這就導(dǎo)致評(píng)價(jià)地鐵服務(wù)設(shè)施服務(wù)水平具備一定的局限性。

基于此，該文的研究思路是：考慮乘客到達(dá)隨機(jī)特性的情況下，用仿真模擬平臺(tái)進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)，根據(jù)實(shí)例車(chē)站搭建仿真模型，以自動(dòng)售票機(jī)為例，根據(jù)仿真結(jié)果和輸出指標(biāo)，對(duì)地鐵車(chē)站內(nèi)部乘客服務(wù)設(shè)施配置進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)地鐵車(chē)站服務(wù)設(shè)施配置進(jìn)行優(yōu)化。

2 Legion 軟件介紹

Legion 軟件是英國(guó)CrowdDynaics Limited 公司基于離散模型開(kāi)發(fā)的，應(yīng)用較早且具有代表性。該模型能夠模擬人群內(nèi)部每一個(gè)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，充分考慮步行速度的變化、路徑選擇和個(gè)人空間選擇等隨機(jī)性因素，具有靈活的行走環(huán)境輸入、參數(shù)調(diào)節(jié)功能和豐富的數(shù)據(jù)輸出功能，不僅可以用于正常狀態(tài)下設(shè)施規(guī)模布局設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)和比選，還可用于緊急疏散分析，其強(qiáng)大的功能在奧運(yùn)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)和安全疏散評(píng)價(jià)中有所展示。Legion模型主要有以下主要特點(diǎn)：

（1）微觀仿真。

（2）最小力原則。

（3）二維連續(xù)訪問(wèn)空間。

（4）無(wú)界選擇運(yùn)動(dòng)（沒(méi)有先知的）。

（5）智能實(shí)體，每隔0.6 s 反應(yīng)一次。

（6）應(yīng)急行為。

3 基于Legion 的仿真模型構(gòu)建

Legion 仿真軟件的各個(gè)工作空間相互配合，才能完成一個(gè)完整的仿真模型。基于Legion 的仿真模型構(gòu)建具有一些共有的步驟流程，包括：

（1）準(zhǔn)備清晰、全面、準(zhǔn)確反映車(chē)站平面布局的CAD 圖紙，將其導(dǎo)入新建的Model Builder 中。設(shè)定模型開(kāi)始時(shí)間，如08：00：00，同時(shí)設(shè)定模型運(yùn)行時(shí)間，如1 h。

（2）根據(jù)CAD 圖紙上的標(biāo)注，在相應(yīng)地點(diǎn)創(chuàng)建入口對(duì)象，并給每個(gè)入口明確命名(這些名稱(chēng)與OD 矩陣中的起點(diǎn)名稱(chēng)相對(duì)應(yīng)）。

（3）根據(jù)CAD 圖紙上的標(biāo)注，在相應(yīng)地點(diǎn)創(chuàng)建出口對(duì)象，同時(shí)，需要為每個(gè)出口對(duì)象指定一個(gè)焦點(diǎn)段，因?yàn)樗鼈儗⒆鳛槟繕?biāo)對(duì)象。為每個(gè)出口對(duì)象明確命名。

（4）利用Data Import Manager，將設(shè)定好的參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型。

（5）根據(jù)CAD 圖紙上的標(biāo)注，在對(duì)應(yīng)地點(diǎn)，利用自動(dòng)扶梯圖標(biāo)，創(chuàng)建自動(dòng)扶梯對(duì)象。

（6）預(yù)模擬模型。

（7）利 用Model Builder 模 塊 輸 出 Simulation 模 塊所需要的ORA 文件。

（8）利用Simulation 模塊打開(kāi)某仿真項(xiàng)目進(jìn)行仿真運(yùn)行，并記錄保存。

（9）利用Analyzer 模塊打開(kāi)仿真文件進(jìn)行各類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)的提取與分析。

4 基于Legion 的車(chē)站服務(wù)設(shè)施實(shí)例評(píng)價(jià)分析

該文選取的車(chē)站是一個(gè)地鐵中間站，分為站廳層和站臺(tái)層。構(gòu)建仿真模型需要的部分平面布局（乘客服務(wù)設(shè)施布局）如圖1 所示。

圖1 車(chē)站乘客服務(wù)設(shè)施配置

該車(chē)站共有1～4 號(hào)四個(gè)出入口，其中3 號(hào)出入口為遠(yuǎn)期預(yù)留，在此不做考慮。1、2、4 號(hào)出入口承擔(dān)的客流比例為3 ∶4 ∶3。站廳層設(shè)有2 組進(jìn)站檢票機(jī)和2 組出站檢票機(jī)，每組各5 臺(tái)。設(shè)有自動(dòng)售票機(jī)2 組，每組4 臺(tái)，分別靠近1 號(hào)和2 號(hào)出入口。車(chē)站站臺(tái)形式為島式站臺(tái)，列車(chē)為L(zhǎng) 型車(chē)4 節(jié)編組，車(chē)廂長(zhǎng)17.8 m，寬2.8 m，每節(jié)定員210～220 人，設(shè)有3 個(gè)車(chē)門(mén)。

4.1 自動(dòng)售票機(jī)仿真模型構(gòu)建

將準(zhǔn)備好的CAD 圖紙導(dǎo)入Model Builder，并加載設(shè)定好的Data Template。利用空間對(duì)象構(gòu)建自動(dòng)售票機(jī)服務(wù)設(shè)施。需要說(shuō)明的是，實(shí)體在模型中的路徑都是最短路徑。記進(jìn)入車(chē)站的實(shí)體前綴為en，離開(kāi)車(chē)站的為ex。該車(chē)站設(shè)有8 個(gè)自動(dòng)售票機(jī)。進(jìn)入車(chē)站的客流，目的地為t1 和t2，其中只有一部分乘客會(huì)去購(gòu)買(mǎi)車(chē)票。購(gòu)票過(guò)程消耗的時(shí)間利用延遲點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，該過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象，利用隊(duì)列或隊(duì)列組實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)售票機(jī)的容量為1，即同時(shí)只能為1 人服務(wù)。

4.2 仿真結(jié)果輸出與評(píng)價(jià)

該文統(tǒng)一使用Fruin 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，車(chē)站空間密度圖包括最大密度分布、平均密度分布和最小密度分布。密度圖顏色表示服務(wù)等級(jí)，深藍(lán)、藍(lán)、綠、黃、橙、紅依次對(duì)應(yīng)A、B、C、D、E、F。其中，AB 等級(jí)表示服務(wù)水平優(yōu)良，CD 等級(jí)表示服務(wù)水平基本可接受，EF 等級(jí)表示服務(wù)水平差。加載2 組不同的客流數(shù)據(jù)，以期得到較為客觀的分析結(jié)果。模型運(yùn)行時(shí)間為1 h，每隔15 min 輸出一次。

經(jīng)整理可以得到自動(dòng)售票機(jī)服務(wù)水平等級(jí)，如表1所示。

該站設(shè)有兩組自動(dòng)售票機(jī)，分別靠近1、2 號(hào)出入口，以此命名兩組自動(dòng)售票機(jī)，即1 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組和2 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組。 由表1 可以看出，1 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組服務(wù)水平無(wú)論在哪種客流條件下都偏差，選擇使用1 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組的乘客來(lái)自1 號(hào)和4 號(hào)出入口，乘客數(shù)量較大，且其位置處于1 號(hào)出入口和進(jìn)站檢票機(jī)之間，直接進(jìn)站的乘客，以及前往票亭的乘客完成購(gòu)票后，必須通過(guò)自動(dòng)售票機(jī)的排隊(duì)區(qū)域，容易發(fā)生沖突并造成擁堵。2 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組位于2 號(hào)出入口進(jìn)站方向右側(cè)，與進(jìn)站檢票機(jī)相對(duì)。選擇使用2 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組的乘客來(lái)自2 號(hào)出入口，乘客數(shù)量相對(duì)較少。同時(shí)，2 號(hào)入口的進(jìn)站客流方向分為直接進(jìn)站、前往票亭后進(jìn)站和前往自動(dòng)售票機(jī)后進(jìn)站3 種，相互之間不存在交叉。因此，2 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組的服務(wù)水平大多時(shí)間處于可接受范圍。該站自動(dòng)售票機(jī)的服務(wù)水平中等偏差，這和1 號(hào)自動(dòng)檢票機(jī)組的設(shè)置位置有很大關(guān)系。

表1 自動(dòng)售票機(jī)服務(wù)水平等級(jí)

5 自動(dòng)售票機(jī)優(yōu)化建議

如前分析，1 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組處于1 號(hào)出入口和進(jìn)站檢票機(jī)之間，直接進(jìn)站的乘客，必須通過(guò)自動(dòng)售票機(jī)的排隊(duì)區(qū)域。同時(shí)，1 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組服務(wù)的乘客來(lái)自1號(hào)入口和4 號(hào)入口，客流較大，其服務(wù)區(qū)域內(nèi)空間密度原本較高。因此，該區(qū)域內(nèi)客流沖突及擁堵時(shí)有發(fā)生。

參照2 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組的擺放位置，其服務(wù)區(qū)域除出站與進(jìn)站客流沖突，沒(méi)有其他交叉或沖突客流，服務(wù)水平優(yōu)于1 號(hào)機(jī)組。

因此，該文建議將1 號(hào)自動(dòng)售票機(jī)組改放至1 號(hào)入口進(jìn)站方向左側(cè)區(qū)域，如圖2 中方框A 所示。同時(shí)，將方框內(nèi)的自動(dòng)售貨機(jī)移至方框B 處，以減少交叉客流。

圖2 自動(dòng)售票機(jī)調(diào)整方案圖

6 結(jié)語(yǔ)

該文詳細(xì)敘述了實(shí)例車(chē)站仿真模型構(gòu)建的各個(gè)環(huán)節(jié)，加載不同的客流數(shù)據(jù)，輸出車(chē)站密度圖、疏散時(shí)間圖、行程時(shí)間表、疏散時(shí)間表以及各分析區(qū)的空間密度、實(shí)體數(shù)量、實(shí)體速度等圖表數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行整理分析，得到自動(dòng)售票機(jī)服務(wù)水平，并對(duì)車(chē)站設(shè)施配置提出了一些優(yōu)化建議。對(duì)其他乘客服務(wù)設(shè)施，如自動(dòng)扶梯、自動(dòng)檢票機(jī)、通道等進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，得到車(chē)站整體的服務(wù)水平，是該文接下來(lái)的研究?jī)?nèi)容。