城市軌道交通車站檢票系統(tǒng)配置優(yōu)化研究

摘要：該方案以城市軌道交通車站檢票系統(tǒng)為研究對象，系統(tǒng)分析了其組成與功能，并探討了配置優(yōu)化的關(guān)鍵影響因素。通過研究客流特征與變化規(guī)律，構(gòu)建了以通行效率最大化為目標(biāo)的關(guān)鍵路徑模型（CPM） ，并結(jié)合具體約束條件設(shè)計(jì)了最優(yōu)路徑算法，提出了適用于不同車站類型的配置優(yōu)化策略。在實(shí)際應(yīng)用中，選取了某典型車站進(jìn)行案例研究，通過數(shù)據(jù)采集與模型分析，驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行性與效果。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的檢票系統(tǒng)在提高通行效率、緩解客流壓力方面具有顯著優(yōu)勢，綜合通行時(shí)間減少了25%，有效提升了通行效率。

關(guān)鍵詞：軌道交通；檢票系統(tǒng)；配置優(yōu)化；客流分析

中圖分類號：TP311" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009-3044（2025）08-0060-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程與人口密集度雙重疊加的問題出現(xiàn)，城市軌道交通作為高效、環(huán)保的公共交通方式，已經(jīng)成為解決大城市交通擁堵問題的重要手段[1]。

然而，隨著客流量的不斷攀升，軌道交通車站在高峰期面臨著通行排隊(duì)時(shí)間長等問題，嚴(yán)重影響了乘客的出行體驗(yàn)，此外部分設(shè)備由于空間布局不合理，存在設(shè)備利用率低等問題，影響了系統(tǒng)的整體運(yùn)營效率。作為車站客流組織的重要環(huán)節(jié)，檢票系統(tǒng)在確保乘客快速進(jìn)出站的同時(shí)，還承擔(dān)著票務(wù)核驗(yàn)、安全保障等功能，其配置是否合理直接關(guān)系到車站運(yùn)營的成敗。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對軌道交通系統(tǒng)的客流分析、檢票設(shè)備性能以及車站空間優(yōu)化等方面開展了廣泛研究[2-3]，但針對檢票系統(tǒng)配置優(yōu)化的研究仍較為零散。傳統(tǒng)配置方法多依賴經(jīng)驗(yàn)和靜態(tài)指標(biāo)，難以應(yīng)對復(fù)雜的動(dòng)態(tài)客流需求。因此，研究基于科學(xué)模型的檢票系統(tǒng)配置優(yōu)化方法，具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

本方案以城市軌道交通車站檢票系統(tǒng)為研究對象，首先系統(tǒng)分析其組成與功能，梳理配置影響因素，并結(jié)合客流特征構(gòu)建以通行效率最大化為目標(biāo)的優(yōu)化方案[4]。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)求解算法并提出具體的優(yōu)化策略。通過分析達(dá)成的效果，本方案進(jìn)一步探討了配置優(yōu)化的適用性和可推廣性。

本研究旨在為軌道交通車站檢票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營提供科學(xué)指導(dǎo)，通過優(yōu)化關(guān)鍵路徑模型，結(jié)合具體約束條件設(shè)計(jì)了最優(yōu)路徑算法，使得車站整體運(yùn)行效率得以提升，通行時(shí)間降低25%。

1 城市軌道交通檢票系統(tǒng)概述

1.1 檢票系統(tǒng)的運(yùn)行流程

城市軌道交通車站的檢票系統(tǒng)主要由票務(wù)設(shè)備[5]、數(shù)據(jù)處理單元、控制系統(tǒng)和接口設(shè)備等組成。其核心功能是實(shí)現(xiàn)乘客票務(wù)信息的驗(yàn)證與處理，確保乘客的合法性和通行順暢。票務(wù)設(shè)備：票務(wù)設(shè)備包括自助售票機(jī)、自動(dòng)檢票機(jī)（AFC） 、閘機(jī)等。這些設(shè)備負(fù)責(zé)票卡發(fā)放、信息讀取、扣款及身份驗(yàn)證。自助售票機(jī)主要用于票卡的購買和充值，自動(dòng)檢票機(jī)則完成乘客通過閘機(jī)時(shí)的票卡掃描和信息核對。數(shù)據(jù)處理單元：數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)來自票務(wù)設(shè)備的各種數(shù)據(jù)。控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是檢票系統(tǒng)的下游反饋，負(fù)責(zé)指揮和調(diào)度所有票務(wù)設(shè)備的工作，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。接口設(shè)備：接口設(shè)備包括與其他系統(tǒng)的連接點(diǎn)，其運(yùn)行流程如圖1所示。

1.2 檢票設(shè)備分類內(nèi)容

城市軌道交通車站的檢票設(shè)備主要分為自動(dòng)檢票設(shè)備、人工檢票設(shè)備和自助檢票設(shè)備三大類[6]，這些設(shè)備各自承擔(dān)著不同的任務(wù)，共同保障乘客的快速通行與安全。自動(dòng)檢票設(shè)備（AFC系統(tǒng)） ：自動(dòng)檢票設(shè)備是現(xiàn)代軌道交通車站的核心組成部分，主要包括自動(dòng)檢票機(jī)、自動(dòng)閘機(jī)、票卡讀寫設(shè)備等。這些設(shè)備通過讀取乘客的票卡信息來進(jìn)行進(jìn)出站的驗(yàn)證與授權(quán)。

1.3 檢票系統(tǒng)配置現(xiàn)狀分析及不足

大多數(shù)車站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化的檢票系統(tǒng)，以提高通行效率和服務(wù)質(zhì)量。然而，現(xiàn)有的檢票系統(tǒng)配置仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題。設(shè)備配置不均衡：在一些大城市的核心區(qū)域，軌道交通車站的客流量非常大，現(xiàn)有的檢票設(shè)備無法滿足高峰時(shí)段的通行需求。

大多數(shù)車站已經(jīng)引入了自動(dòng)檢票機(jī)和自助檢票設(shè)備[7]，但智能化水平仍有待提高，不能實(shí)施有效反饋。智能化的檢票方式將成為未來發(fā)展的趨勢。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋機(jī)制不足：許多車站的檢票系統(tǒng)雖然能夠完成基本的票務(wù)處理功能，但數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋機(jī)制不足，缺乏有效的系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享與信息交換[8]。這使得在高峰時(shí)段或突發(fā)情況下，車站難以及時(shí)調(diào)整檢票策略和優(yōu)化設(shè)備分配，如廣州地鐵2024年新規(guī)發(fā)布對乘客造成了延誤，根本原因在于仍使用傳統(tǒng)的檢票與安檢設(shè)備，智能化改造度不足。

2 車站檢票系統(tǒng)配置的影響因素分析

2.1 客流特征與變化規(guī)律

城市軌道交通車站的客流特征和變化規(guī)律是檢票系統(tǒng)配置優(yōu)化的基礎(chǔ)，客流特征指的是乘客流動(dòng)的數(shù)量、速度、時(shí)間分布、空間分布等方面的特點(diǎn)[9-10]，而客流變化規(guī)律則體現(xiàn)了這些特征隨時(shí)間和空間的變化趨勢。了解客流特征和變化規(guī)律，有助于合理配置檢票設(shè)備，提高系統(tǒng)的通行效率。客流在一天中的分布并非均勻，而是呈現(xiàn)出明顯的時(shí)間規(guī)律。在早晨的通勤高峰期，乘客主要集中在6：00—9：00之間，除去高峰時(shí)段外，白天和夜間的客流較為平穩(wěn)。特別是在非工作日或節(jié)假日，客流量的變化趨勢可能與工作日大相徑庭，因此在這些特殊時(shí)段，檢票系統(tǒng)的配置也需要作出相應(yīng)調(diào)整[11]。

2.2 檢票系統(tǒng)配置的關(guān)鍵參數(shù)

檢票系統(tǒng)配置的關(guān)鍵參數(shù)決定了車站在不同客流條件下的通行效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。合理配置這些關(guān)鍵參數(shù)，不僅能優(yōu)化乘客流動(dòng)，還能提升車站的安全性和服務(wù)質(zhì)量。以下是幾個(gè)主要的關(guān)鍵參數(shù)：檢票設(shè)備數(shù)量，檢票設(shè)備數(shù)量是影響通行效率的核心因素之一。設(shè)備數(shù)量應(yīng)根據(jù)車站的客流量進(jìn)行合理配置。在高峰時(shí)段，過少的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致乘客排隊(duì)等待，影響通行效率；而設(shè)備過多則會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。因此，設(shè)備數(shù)量的配置需要結(jié)合客流的日常波動(dòng)和特殊情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。設(shè)備的空間布局以及寬度對于人員通行至關(guān)重要，空間布局應(yīng)當(dāng)采用人口流動(dòng)密度為指標(biāo)進(jìn)行排布，寬度須針對該路口行人類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如大多數(shù)乘客需要攜帶行李箱，則應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)更寬的通道，以提高通行效率。

3 檢票系統(tǒng)配置優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

3.1 不同車站類型的配置需求分析

對于中心車站來說，由于客流量大且復(fù)雜，系統(tǒng)需要具備較高的處理能力和靈活性，因此需要配置更多的自動(dòng)檢票機(jī)和冗余設(shè)備，以確保高峰時(shí)段的通行效率。而對于次級車站而言，客流量相對較小，設(shè)備配置可以相對簡化，主要關(guān)注通行速度和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，檢票系統(tǒng)還需要具備一定的智能化水平，利用先進(jìn)的技術(shù)如人臉識(shí)別、二維碼掃描等，提高乘客的通行效率和安全性，其配置流程圖如圖3所示。

3.2 配置優(yōu)化策略與實(shí)施方案

3.2.1 客流預(yù)測動(dòng)態(tài)調(diào)整

基于客流預(yù)測的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略是優(yōu)化城市軌道交通車站檢票系統(tǒng)配置的關(guān)鍵手段之一。通過對歷史客流數(shù)據(jù)、天氣變化、節(jié)假日、重大活動(dòng)等因素的綜合分析，可以精準(zhǔn)預(yù)測不同時(shí)間段和特殊情況下的客流量，具體使用YOLOv3行人統(tǒng)計(jì)算法進(jìn)行人口階段密度檢測，該算法能夠?yàn)檐囌镜臋z票設(shè)備配置提供真實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)，隨后根據(jù)人口密度設(shè)定閾值，自動(dòng)進(jìn)行每天的流量模擬。在預(yù)計(jì)的高峰時(shí)段，車站可以提前增加自動(dòng)檢票機(jī)和閘機(jī)的數(shù)量，確保乘客快速通過，避免擁堵；而在低峰時(shí)段，則可以適當(dāng)減少設(shè)備配置，節(jié)省資源并降低運(yùn)營成本。此外，基于YOLOv3行人統(tǒng)計(jì)算法監(jiān)測數(shù)據(jù)，車站還可以動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備的工作狀態(tài)，如自動(dòng)開啟或關(guān)閉某些通道，或者調(diào)整檢票設(shè)備的工作模式，以應(yīng)對客流量的實(shí)時(shí)變化。這種靈活的配置策略能夠顯著提高車站的通行效率，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)的適應(yīng)性和可持續(xù)發(fā)展能力。

3.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋機(jī)制

實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋機(jī)制是確保城市軌道交通車站檢票系統(tǒng)高效運(yùn)行的核心組成部分。通過建立全面的監(jiān)控系統(tǒng)，車站可以實(shí)時(shí)獲取檢票設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、客流量變化、設(shè)備故障，并及時(shí)自動(dòng)生成應(yīng)急預(yù)案策略，通過客流變化開發(fā)閘機(jī)通道，通過設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及故障更新人員導(dǎo)流方案，為管理人員提供數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ω黝愒O(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全天候監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，如設(shè)備故障、過載或排隊(duì)現(xiàn)象，并通過報(bào)警系統(tǒng)迅速通知運(yùn)維人員進(jìn)行處理。

在反饋機(jī)制方面，系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整配置。例如，監(jiān)控系統(tǒng)能夠識(shí)別出某些檢票口出現(xiàn)了排隊(duì)或擁堵的情況，自動(dòng)調(diào)度其他通道的設(shè)備增加處理能力，分流乘客，避免瓶頸現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，數(shù)據(jù)反饋可以用來分析和評估不同配置方案的效果，為后續(xù)的客流預(yù)測和設(shè)備調(diào)整提供參考，整體反饋與告警機(jī)制流程圖如圖4所示。

3.3 優(yōu)化后的系統(tǒng)運(yùn)行效果評估

車站運(yùn)行效率是本方案設(shè)計(jì)的檢票系統(tǒng)優(yōu)化的最終目標(biāo)。經(jīng)過優(yōu)化后的系統(tǒng)，乘客的通行體驗(yàn)得到了顯著改善。由于智能設(shè)備的引入，乘客可以更加便捷地進(jìn)行自助檢票，減少了等待時(shí)間，提升了整體出行體驗(yàn)。尤其是在高峰期，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度功能能夠有效避免擁堵和排隊(duì)現(xiàn)象，乘客的流暢度和舒適度大大提高。通過問卷調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化后的系統(tǒng)在乘客滿意度方面得到了明顯提升，滿意度得分比優(yōu)化前提高了15%～20%。特別是在檢票速度方面，通行時(shí)間縮短了25%，設(shè)備利用率根據(jù)流量統(tǒng)計(jì)從59%提升到了68%，此外，對于候車時(shí)間和系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面，乘客的評價(jià)普遍較好。

4 結(jié)論

本研究通過對城市軌道交通車站檢票系統(tǒng)的優(yōu)化，提出了一系列有效的配置優(yōu)化策略，并對優(yōu)化后的系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行了評估。研究表明，優(yōu)化后的檢票系統(tǒng)在多個(gè)方面取得了顯著改善。通過引入智能化設(shè)備和基于客流預(yù)測的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，車站的通行效率得到了大幅提升，尤其在高峰時(shí)段，乘客的排隊(duì)時(shí)間顯著減少，車站內(nèi)的擁堵情況得到了有效緩解。然而，基于本文的方式僅適用于人工協(xié)同場景的交通運(yùn)輸站，隨著無人車站的大規(guī)模推廣，如何擺脫人力，使機(jī)器之間更好地協(xié)調(diào)優(yōu)化，成為未來更需要關(guān)注的研究方向。

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