（交通运输规划与管理专业论文）基于微观仿真的公交场站集散系统研究及评价.pdf

摘耍 摘要 大型活动的频繁举办在给人们带来诸多好处的同时也引发了许多问题，其中 大型活动引发的大量人员出行会对城市各类交通设施造成巨大的压力。公共交通 是大型活动中的最重要的出行交通方式。在公共交通中，地面公交场站扮演着连 接活动场所和城市道路的接口作用，因此公交场站的人员集散效果将综合体现出 公交组织和管理服务的优劣。这也是大型活动交通组织管理的一项重要内容。然 而目前公交组织管理方案的设计和评价上主要依靠经验估计的方法，很难对相应 的方案进行科学的验证和评价。 为了确保2 0 0 8 年北京奥运期间城市公交系统的顺畅运行，同时为奥运观众 提供安全、准时、舒适、可靠的公交服务，国家科技支撑计划将公交场站的交通 组织列为重要内容之一开展研究。本论文在这样的背景下，结合国家科技支撑计 划课题“北京奥运公共交通运营管理系统 子任务“奥运场馆地面公交运输仿真 系统”和北京市科委2 0 0 5 年度科技计划重大项目_ 奥运交通仿真系统研究”， 对公交场内站与乘客集散相关的微观仿真理论和集散服务评价技术进行研究。 交通仿真是目前解决复杂交通问题的重要技术手段，本论文的重点在于对公 交场站内乘客集散相关的交通特性和行为特性进行分析，在此基础上建立能够反 映其特性的微观行人交通仿真模型，将行人仿真与机动车仿真工具集成建市公交 场站乘客集散仿真平台，并对乘客集散的服务水平进行评价。 乘客的交通特性分析是建立其微观仿真模型的基础。论文首先对大型活动期 问乘客在公交场站的步行速度和登降速度特性进行了观测。其中乘客的自由速度 是仿真模型标定的重要内容，为了得到乘客的自由速度，论文分析了以往机动车 自由速度估计算法非参数k a p l a n m e i e r 函数，用行人之间的距离受约束隶属度函 数对k a p l a n m e i e r 函数中的受约束概率进行了改进，使之能反映行人受剑的各个 运动方向上的约束大小。在此基础上分析得到了人群的自由速度符合正态分布n ( 1 3 6 m s ，0 2 1 m s ) 。通过该方法得到的行人自由速度平均值是实测值的1 2 9 倍，而标准差较实测值低7 5 7 。同时，基于实测数量分析，论文得到在人型活 动期间乘客的登降时间符合正态分布n ( 1 7 8 s 人，0 4 9 s , k ) ，通过对比大型活 动期间与日常高峰时段的乘客登降速度，发现大型活动期间乘客的登降时间平均 值是日常高峰时间段登降时间平均值的1 3 5 倍，标准差为日常高峰时间段登降 时间的2 8 8 倍。这说明在大型活动期间公交车辆在场站内的服务时间要明显高 于日常情况。 在公交场站内，乘客会根据公交车辆的到达自动的调整自己的步行速度以便 及时地搭乘到期望的车辆，而由于乘客各自的目标车辆不同，乘客之间的相互影 响要明显弱于公交车辆的到达和离开。因此，在建立乘客仿真建模时，模型中对 北京t 业大学m 十学位论文 原来的动态地场的概念进行了改进，用其表示公交车辆的到达和离开，人员的速 度会随动态地场值的大小而发生变化。从而建立了公交场站乘客微观仿真的元胞 自动机模型。通过实例验证，模型的误差为1 6 1 。同时本模型可以较好的再现 人群的自组织现象，表明了此模型的有效性。 公交车辆的相互干扰是影响乘客集散效果的重要因素。为了反映出公交车辆 进出场站的全过程，本文应用v i s s i m 仿真软件对公交车辆在运行情况进行了模 拟，并通过分析公交车到站时闯、公交车辆满裁率、乘客登降时间和公交服务时 间的相互关系，通过v 1 s s i m 与行人仿真模块间的数据传递将两者集成，形成了 公交场站乘客集散仿真平台。 乘客的主观感受是评价场站集散服务效果的重要指标，也是服务水平本身的 定义。论文通过乘客对公交站点服务的问卷调查及其结果分析，得到了公交场站 集散服务水平的评价指标为：人群密度、平均等待时间、拥挤时间百分率、公交 站台秩序、公交车辆延误。通过模糊综合评价法建立了公交场站乘客集散评价方 法。 最后，结合课题情况论文对奥运期间工人体育馆观众散场公交场站乘客集散 进行了模拟。表明了论文建立的仿真平台具有较好的仿真能力和实用价值。 关键词：公交场站，集散系统，乘客交通特性，行人微观仿真、元胞自动机，仿 真平台、评价指标 a b s t r a c t a b s t r a c t s p e c i a le v e n t sp r o d u c ean u m b e ro fb e n e f i t st o t h ec i t i z e na tt h es a m et i m e t r i g g e ral o to fq u e s t i o n s i te v o k e sl a r g en u m b e ro ft r i p sw h i c h w i l lb r i n ge n o r m o u s p r e s s u r e o nv a r i o u st r a n s p o r t a t i o nf a c i l i t i e s p u b l i ct r a n s p o r t a t i o ni st h em o s t i m p o r t a n tt r i pm o d ei ns p e c i a l e v e n t g r o u n db u st r a n s i ts t o p sp l a yt h er o l eo f i n t e r f a c et oc o n n e c tt h es p e c i a le v e n t sp l a c et ou r b a nr o a d s ，t h e r e f o r eh o ww e l l p a s s e n g e ri n g r e s sa n de g r e s ss y s t e mr u n n i n gh e r ew i l lr e f l e c tt h eo r g a n i z a t i o na n d m a n a g e m e n t o fb u ss e r v i c e s c o m p r e h e n s i v e l y a n d t r a f f i co r g a n i z a t i o na n d m a n a g e m e n to fb u ss t o pi sa l s oa ni m p o r t a n tp a r to ft r a n s p o r t a t i o ns y s t e mo fs p e c i a l e v e n t h o w e v e r ，c u r r e n te v a l u a t i o nm e t h o dt oe s t i m a t et h ed e s i g na n de v a l u a t i o no f p u b l i ct r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n tm a i n l yr e l i e so ne x p e r i e n c e ，s o i t i sd i f f i c u l tt oc a r r yo u ts c i e n t i f i ct e s ta n de v a l u a t i o n i no r d e rt oe n s u r ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e mr u n n i n go r d e r l yd u r i n g2 0 0 8 b e i j i n go l y m p i cg a m e sa n dt op r o v i d es a f e ，t i m e l y ，c o m f o r t a b l ea n dr e l i a b l eb u s s e r v i c ef o ro l y m p i cg a m ea u d i e n c e ，k e yp r o j e c t s i nt h en a t i o n a ls c i e n c e & t e c h n o l o g yp i l l a rp r o g r a mc o n d u c t e dt h et a k eo r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to f b u s t r a n s i ts t o pa sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fc o r r e s p o n d i n gr e s e a r c h a sar e s u l t ，t h e s t u d yi sb a s e do nt o wr e s e a r c hp r o j e c t s ：o n ei sk e yp r o j e c t si nt h e n a t i o n a ls c i e n c e & t e c h n o l o g yp i l l a rp r o g r a ms u b m i s s i o n s i m u l a t i o no fg r o u n dp u b l i ct r a n s p o r t a t i o n s y s t e ma to l y m p i cv e n u e s b e i n ga p a r to f t h ep r o j e c t p u b l i ct r a n s p o r t a t i o no p e r a t i o n a n dm a n a g e m e n ts y s t e mf o rb e i j i n go l y m p i cg a m e s ”，t h eo t h e ri s2 0 0 5m a j o rp r o j e c t o fb e i j i n gs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ( b e i j i n gs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yc o m m i s s i o n ) “s i m u l a t i o ns y s t e mf o ro l y m p i ct r a f f i c ” t r a 衔cs i m u l a t i o ni sa ne s s e n t i a lt e c h n i c a lm e t h o dt os o l v ec o m p l e xt r a f f i c p r o b l e m s t h em a i nf o c u so ft h i ss t u d yi st oa n a l y z ep a s s e n g e r s c h a r a c t e r i s t i c sa n d b e h a v i o r sa tb u st r a n s i ts t o p s ，b a s e do nt h e s ec h a r a c t e r i s t i c sam i c r o s i m u l a t i o nm o d e l w i l lb ep r o p o s e d ，a n das i m u l a t i o np l a t f o r mw i l lb es e tu pb yt h ep e d e s t r i a ns i m u l a t i o n m o d e la n dv e h i c l es i m u l a t i o nt o o l s ，t h el e v e lo fs e r v i c ea b o u tb u ss t o pi n g r e s sa n d e g r e s ss y s t e mw i l lb ee v a l u a t e da tl a s t p a s s e n g e rt r a f f i c c h a r a c t e r i s t i c a n a l y s i s i st h eb a s i st ob u i l dp e d e s t r i a n m i c r o s i m u l a t i o nm o d e l f i r s t l y ，p a s s e n g e rc h a r a c t e r i s t i c o fw a l k i n gs p e e da n d a l i g h t i n ga n db o a r d i n gt i m ed u r i n gs p e c i a le v e n tw e r eo b s e r v e d f r e es p e e d i sa n e s s e n t i a la s p e c to fc a l i b r a t i o no fp e d e s t r i a ns i m u l a t i o nm o d e l s i no r d e rt o o b t a i n p a s s e n g e rf r e es p e e d ，a ne s t i m a t i o na l g o r i t h mo f f r e es p e e df o rv e h i c l en o n p a r a m e t r i c i i i 北京t 业大学博十学化沦文 k a p l a n m e i e rf u n c t i o n w a sa n a l y z e d t h ep a r a m e t e rr e s t r i c t e dp r o b a b i l i t yw a s r e p l a c e dw i t h t h ed i s t a n c er e s t r i c t e dm e m b e r s h i pf u n c t i o n w i t h i n p e d e s t r i a n s c o n s e q u e n t l y ，n o n p a r a m e t r i ck a p l a n m e i e rf u n c t i o nw a si m p r o v e d b a s e do nt h e i m p r o v e dn o n p a r a m e t r i ck a p l a n - m e i e rf u n c t i o n ，p a s s e n g e rf r e es p e e dw a sa n a l y z e d w h i c hs h o wp a s s e n g e rf r e es p e e da c c o r dw i t hn o r m a l d i s t r i b u t i o nn ( i 3 6 m s ， 0 21m s ) b yt h i sa p p r o a c h ，f r e es p e e dv a l u ei s1 2 9t i m e st h a nt h eo b s e r v e da v e r a g e o n ea n dt h es t a n d a r dd e v i a t i o nl o w e r7 5 7 t h a ni t a tt h es a m et i m e ，a l i g h t i n ga n d b o a r d i n gt i m ed u r i n gs p e c i a le v e n ta c c o r dw i t hn o r m a ld i s t r i b u t i o nn ( 1 7 8 s p e d ， 0 4 9 s p e d ) b a s e do nt h em e a s u r e dr e s u l t s i tw a sc o m p a r e dw i t ht h ev a l u eo fd a i l y p e a kh o u r s w ef o u n dt h a tt h ea v e r a g et i m ed u r i n gs p e c i a le v e n td r o p p e d1 3 5t i m e s a n dt h es t a n d a r dd e v i a t i o nw a s2 8 8t i m e st h a ni to fd a i l yp e a kh o u r s t h i ss h o w s t h a t b u ss e r v i c et i m ea tt r a n s i ts t o pi sm u c hh i g h e rt h a nd a i l yl i f e o nb u st r a n s i ts t o p ，p a s s e n g e r sw i l la u t o m a t i c a l l ya d j u s tt h e i rw a l k i n gs p e e d a c c o r d i n gt op u b l i ct r a n s p o r tv e h i c l e s a r r i v a la n dd e p a r t m e n ti no r d e r t oa b o a r dt h e i r d e s i r e db u s e st i m e l y a n dp a s s e n g e rc o n f o r m i t yi sn o to b v i o u sb e c a u s et h e yh a v eo w n d e s i r eb u s e s t h e r e f o r e ，an e wd y n a m i cf l o o rf i e l dw a sp r e s e n t e dt od e s c r i b et h i s r e l a t i o n s h i p b a s e d o nt h e o r yo fc e l l u l a ra u t o m a t a ，ap a s s e n g e rm i c r o s c o p i c s i m u l a t i o nm o d e lw a se s t a b l i s h e d b yac a s et e s t i n g t h ee r r o ro ft h i sm o d e li s 16 1 a tt h es a m et i m e ，i tc a nr e p r o d u c ep e d e s t r i a ns e l f - o r g a n i z a t i o ne f f e c t s ，i n d i c a t i n gt h a t t h ee f f e c t i v e n e s so ft h i sm o d e l b u s e sm u t u a li n t e r f e r e n c ei sac r u c i a lf a c t o ri nt h ei n g r e s sa n de g r e s ss y s t e mo f b u st r a n s i ts t o p i no r d e rt or e f l e c tt h eb u sr u n n i n ge n t i r ep r o c e s sa tas t o p ，v i s s i m s i m u l a t i o ns o f t w a r ew a sa p p l i e dt od e s c r i b ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e sr u n n i n g t h ep a r a m e t e r so fb u sa r r i v a lt i m e ，p a s s e n g e rl o a dr a t e ，p a s s e n g e ra l i g h t i n ga n d b o a r d i n gt i m ea n db u ss e r v i c et i m eu s e da st r a n s m i s s i o np a r a m e t e r s ，av b a p r o g r a m w a sc o m p i l e dt ot r a n s m i tt h ep a r a m e t e r so fv i s s i ma n dp e d e s t r i a ns i m u l a t i o nm o d e l s ot h es i m u l a t i o np l a t f o r mw a si n t e g r a t e dt os h o wi n t e r a c t i v es i m u l a t i o nb e t w e e n p a s s e n g e ra n d b u sv e h i c l e s p a s s e n g e rs u b j e c t i v ef e e l i n gi s m a i ne v a l u a t i o ni n d e xo fi n g r e s sa n de g r e s s s y s t e mo fb u st r a n s i ts t o p i ti st h ed e f i n i t i o no fl e v e lo fs e r v i c et o o b a s e do nt h e s u r v e yo fp a s s e n g e rs u b j e c t i v ef e e l i n gq u e s t i o n n a i r ea n ds t a t i s t i c a la n a l y s i s ，a n e v a l u a t i o ni n d e xw e r ec o n s t i t u t e do fc r o w dd e n s i t y ，a v e r a g ew a i t i n gt i m e ，r a t i oo f c o n g e s t i o nt i m e ，o r d e ro fb u ss t o p ，d e l a yo fb u s e s a n da ne v a l u a t i o nm e t h o dt o e s t i m a t et h el e v e lo fs e r v i c eo fb u ss t o pi n g r e s sa n de g r e s ss y s t e mw a sp r e s e n t e d b a s e do nf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n a b s t r a c t b u st r a n s i ts t o pt r a f f i co fb e i j i n gw o r k e r s g y m n a s i u mi no l y m p i cg a m e sw a s s i m u l a t e db yt h es i m u l a t i o np l a t f o r ma sac a s es t u d y i ts h o w st h a tt h ep l a t f o r mi s c r e d i b l ea n dp r o m i s i n g k e y w o r d s ：b u st r a n s i ts t o p ，i n g r e s sa n de g r e s ss y s t e m ，p a s s e n g e rt r a f f i c c h a r a c t e r i s t i c ，p e d e s t r i a nm i c r o s i m u l a t i o n ，c e l l u l a ra u t o m a t a ，s i m u l a t i o np l a t f o r m ， e v a l u a t i o ni n d e x v 图口录 图目录 图1 - 1 大型活动后公交站台乘客密集候车的状况2 f i g 1 一lp a s s e n g e r sw a i t i n ga tab u ss t o pa f t e rs o m es p e i le v e n t 2 图1 2 大量公交车辆排队等待进站的情况4 f i g 1 - 2al a r g en u m b e ro f b u s e sw a i t i n gi nl i n eb e f o r et h es t o p 4 图1 3 技术路线7 f i g 1 3t e c h n i q u er o u t ef o l t h es t u d y 7 图2 1 行人静态空间最小需求1 3 f i g 2 1p e d e s t r i a nm i n i m u ms p a c ed e m a n d 13 图2 2 行人动态空间需求1 5 f i g 2 - 2p e d e s t r i a nw a l k i n gs p a c ed e m a n d 15 图2 3 不同的流量密度速度关系1 6 f i g 。2 - 3f u n d a m e n t a ld i a g r a m so fd i f f e r e n tm o d e l 16 图2 - 4 两种典型的运动质点18 f i g 2 4t o wt y p i c a lm o t i v ep a r t i c l e s 18 图2 5 行人步行行为的结构l9 f i g 2 - 5s t r u c t u r eo fp e d e s t r i a nb e h a v i o r 19 图2 - 6 行人空间的几何形状2 0 f i g 2 - 6g e o m e t r i c a ls h a p eo f p e d e s t r i a ns p a c e 2 0 图2 7 行人的速率和方向的离散化处理2 0 f i g 2 - 7t h es p a t i a ld i s c r e t i z a t i o no f p e d e s t r i a nv e l o c i t ya n d d i r e c t i o n 2 0 图2 8 行人在保持方向和接近目的地时的运动2 l f i g 2 - 8p e d e s t r i a nm o v e m e n to fk e e p i n gd i r e c t i o na n da p p r o a c h i n gd e s t i n a t i o n 21 图2 9c n l 模型中的5 个n e s t ，2l f i g 2 - 9f i v en e s t si nc n lm o d e l 2 1 图2 1 0 精神压力模型的结构2 3 f i g 2 - 1 0s t r u c t u r eo f t h em o d e lo f m e n t a ls t r e s s 2 3 图2 1 l 行人的精神压力2 4 f i g 2 - llm e n t a ls t r e s so f p e d e s t r i a n 2 4 图2 1 2 心理距离如2 4 f i g 2 1 2m e n t a ld i s t a n c e 矗易2 4 图2 1 3 距离以d 2 4 f i g 2 1 3d i s t a n c eo f o ，对v 朋 心 o ， 0 ，以。 图2 - 9c n l 模型中的5 个n e s t ， f i g 2 - 9f i v en e s t si nc n lm o d e l 2 1 北京。1 ：业大学一i ：等：博十学化沦文 运用c n l 模型时，假设有5 个n e s t ：加速、匀速、减速和中心区、非中心 区，如图2 - 9 所示，左图为速度的n e s t ，右图为方向的n e s t 。 由于缺少行人行走时的优选信息，在c n l 模型中假设选择每个n e s t ( a 胁) 的 隶属度都为常数o 5 。 2 2 2 - 3 社会力模型 在1 9 9 5 年d i r k h e l b i n g 在对行人行为特征研究的基础上，基于美国心理学 家k l e w i n 的“心理场论”提出了社会力模型( s o c i a lf o r c em o d e l ) 1 6 4 , 6 5 。 与元胞自动机模型不同，在社会力模型中，行人的坐标( 可表示为位置矢量 r ) 、时间t 都是连续的。模型的核心是一组动力学的微分方程，如式( 2 9 ) 表 示。通过这些微分方程将各个量的变化联系在一起。只要给出了初始的条件，模 型就可以模拟出之后的情况。 f ，= m j 掣+ 缈+ ；厶啪) ( 2 - 9 ) 式中， 肌，掣一 行人保持期望速度的运动； 朋f v ( 维) 厶 参( f ) 行人i 的质量。 行人i 的速度。 行人之间的相互作用，由行人之间相互排斥的社会 力，身体接触时的挤压力和摩擦力3 个部分组成； 障碍物对行人的影响，也包括行人与障碍间的排斥 力，及挤压和摩擦力3 个部分； 非系统的行为波动，用于描述行人运动的随机变化。 d i r k h e l b i n g 应用社会力模型对人群的自组织现象及波动进行了研列6 6 1 ， e m e s t o 等人通过社会力模型对瓶颈处的通行能力进行了分析【6 7 】。由于社会力模 型的计算量很大，目前关于它的应用远没有元胞自动机模型那样广泛。 2 2 2 4 精神压力的模型 t i s h i h i r oo s a r a g i ( 2 0 0 4 ) 基于私人空间的理论，建立了行人精神压力( m e n t a l s t r e s s ) 模型【6 引。模型中的行人会动态的调整自己的速率和方向，以防止私人空 间遭到入侵。其行人的行为由基于压力的行为和偶然行为组成，如图2 1 0 所示。 第2 搴同内外文献研究综述 图2 1 0 精神压力模型的结构 f i g 2 - 1 0s t r u c t u r eo f t h em o d e lo f m e n t a ls t r e s s o s a r a g i 将行人的精神压力( m e n t a ls t r e s s ) 分行两类：p - s t r e s s ( p e r s o n a ls t r e s s ) 和d s t r c s s ( d e s t i n a t i o ns t r e s s ) 。p s t r e s s 为行人的私人空间受到入侵后产生的精 神压力。通常行人都有各自的目的地，而当行人不能以最短路径到达自己的目的 地时，他她就会有另一种压力，即d s t r e s s 。假设行人在行走时会选择使其精神 压力最小的地点。 图2 1l 表示了行人基于精神压力的行为。 行人的精神压力的表达式为： s t r e s s = e x p ( - a l d 护) + e x p e x p ( - a 2 ) d 印】 ( 2 - l o ) j 式中，参数勃和嘞的意义如图2 - 1 2 和图2 - 1 3 所示，口，、口：、届和屈为未知 参数。 固2 - 1 l 行人的精神压力 f i g2 - 1 1m e n t a ls t r e s s o fp e d e s t r i a n 围2 - 1 3 距离如 f i g2 - 1 3 d i s t a n c eo f 如 d 啊_ n 脚印2 + 螂卯 当c 0 8 。) o ( 2 1 l 赢 d ”2 p 2 ) 2 。当c o s 口 0 2 l i ) 同时，在精神压力模型中还提出了信息t k ( i n f o n n a g o ns p a ) 和步幅区域 ( w a l k a b l cd o m a i n ) 的概念，其大小如图2 - 1 4 所示，其中凡为行人的偏好速度 ( p r e f e r r c d w a l k i n gs p e e d ) 围2 - 1 4 信息区和步幡区域 f i g 2 - 1 4 w a l k a b i n d o m a i na n d i n f o r m a t i o ns p a c e 2225 磁场力模型 磁场力模型( m a g n e t i cf o r c e m o d e l ) 没有利用人群密度和速率的经验关系 而是将行人和目的地，障碍物等视为有极性的物体，利用库仑法则来描述行人在 各个磁场作用下的运动规律”0 9 ，如图2 - 1 5 所示。其中行人和障碍物的磁性为正 极，目的地为负极，行人向其目的地前进时避免与其他人和障碍发生冲突。行人 受负极的物体影响会加速运动直到达到其速度上限。 图2 1 5 磁场力模型示意图 f i g2 - 1 5s k e t c h o f m = g n c t i c f o r c e m o d e 北京t 业大学一【：学博f 学化论文 行人的加速度历表示为 厅= 哥c o s ( a l p h a ) t a n ( b e t a ) ( 2 1 2 ) 式中， 哥 行人的运动速度。 2 1 2 2 6 排队模型 为了研究紧急情况下的行人拥挤行为，l o v a s 等人( 1 9 9 4 ) 提出了排队网格 模型【6 9 1 。为了反映在火灾等情况下行人求牛逃逸的情况，模型中将行人所处的环 境用“节点”和连接节点的“边”组成的网络g ( 形e ) 表示( 如图2 1 4 所示) 。 其中，每一个节点d ( o 代表一个目的地，例如行人所在建筑物内的某个区域，而 把某两个相对独立区域之间的线路用“边”吠t ，) 来表示，并根据相邻区域之间 门的宽度，赋予每条边权重w ( 力。行人从起点1 到终点5 移动的过程，就可以 视为行人“选择临时节点一在节点中接受服务一离开本节点并选择下一个节点” 的过程。 行人的路径选择取决于节点之间是否连通、节点的能力以及节点间的距离三 个方面的因素，这些因素总称为系统状态，则用从工表示在系统状态为x 的 情况下第k 个行人从，节点出发，选择下一个节点为，的概率，这一概率决定了 行人的路径选择。在节点中接受服务的过程则是一个标准的洲l 排队系统， 因此，行人k 在节点f 中所停留的时间可以用排队系统服务时间公式计算。 图2 - 1 6 排队网络模型 f i g 2 - 16q u e u en e t w o r km o d e l 排队网络将行人所处的环境用“节点”和“边”抽象表示，将复杂情况精简， 更加利于模型的实际应用。但是行人的移动过程很模糊，对于其中发生的碰撞， 以及行人之间的相互协作问题无法体现；对于复杂的建筑和设施布局的不同带来 的行人移动变化未作考虑，“先进先出”的排队策略也未必适合于行人系统。 2 6 第2 章同内外文献研究综述 2 2 2 7 路径搜索模型 荷兰代夫特理工大学的s e r g ep h o o g e n d o o m 等人( 2 0 0 1 ) 对行人的路径搜 索行为进行了研究，他们将行人的路径分成战略层( s t r a t e g i cl e v e l ) 、战术层 ( t a c t i c a ll e v e l ) 、执行层( o p e r a t i o n a ll e v e l ) 三个层次来，利用效用理论中的效用 函数来描述各层次的决策过程【7 0 7 2 1 。其中在执行层面上，他们提出了连续时空 条件下的行人路径搜索模型。该模型的前提是假设行人会选择使其旅行成本最小 的行走轨迹，其中行人的旅行成本包括步行成本( r u n n i n gc o s t ) 和终点成本 ( t e r m i n a lc o s o 两个部分。 2 2 3 微观模型对比 微观模型克服了宏观模型的许多不足，是目前行人动力学研究的热点。 基于元胞自动机的模型和离散选择模型都是离散型的模型。作为系统科学的 重要工具，元胞自动机模型在描述复杂系统的内在规律方面具有独特的优势：一 是参数少，结构简单，容易建立微观规则；二是易于用计算机实现。因此元胞自 动机模型具有很高的理论价值和广泛的应用价值。用元胞自动机来模拟行人运动 的优点在于省去了用微分方程作为过渡而直接通过制定规则来模拟非线性现象， 可以通过简单的微观局部规则来揭示宏观现象1 1 0 7 j 。 但是元胞自动机模型缺乏对行人心理行为的分析，模型的物理意义不够清 晰，只能从统计物理角度研究，需要与其它的微观方法融合。 基于离散选择的微观仿真模型是建立在对行人行为分析的基础上，认为行人 的步行是每个单步组合而成的，每一步都由步幅和方向组成，从一个离散的集合 中选择下一步走到哪里。其物理意义明确，但是模型非常复杂，需要估计大餐的 参数，很多参数的物理意义不明显，并且模型中没有考虑到对行人的行为有明显 影响的因素，如：障碍物、行人在高密度情况下的相互避让、时间紧迫性等等。 基于社会力和基于磁场力的模型都用到了“场论”的理论来描述行人的行为。 特别是社会力模型，充分考虑了行人与行人、与障碍物及行人自身的因素，它基 于行人的“心理场 ，考虑到了行人的空间需求，每个行人都有自己的领地 ( t e r r i t o r y ) 。但是，社会力模型的一些假设过分地简化了行人在交通流中路径 发现的过程。相比之下，基于磁力的模型与社会力模型非常类似，而社会力模型 更容易理解。 目前，应用得比较广泛的行人微观仿真模型为元胞自动机模型和社会力模 型，这两类模型都可以反应出行人的自组织现象。但社会力模型的计算量要高于 元胞自动机模型。 2 7 北柬1 ：业大学i 学研十掌1 审论义 曼i|i 曼曼曼曼曼璺皇曼邑毫皇曼皇 相对机动车交通仿真软件而言，行人仿真软件较少，国外己开发和应用的行 人仿真软件有【7 3 7 5 1 ：( 1 ) b u i l d i n g e x o d u s ( f i r es a f e t ye n g i n e e r i n gg r o u p ) ；( 2 ) e g r e s s ( a e at e c h n o l o g yp l c ) ；( 3 ) l e g i o n ( l e g i o ni n t e r n a t i o n a ll t d ) ；( 4 ) m y r i a d ( c r o w dd y n a m i c s ) ；( 5 ) p a x p o r t ( h a l c r o wg r o u pl t d ) ；( 6 ) s i m u l e x ( i n t e g r a t e de n v i r o n m e n t a ls o l u t i o n sl t d ) ；( 7 ) s t e p s ( m o r tm a c d o n a l d ) ；( 8 ) t e r m s i m ( a i r p o r tr e s e a r c h c e n t e r g m b h ) ；( 9 ) v i s u a ls i m u l a t i o n ；( 1o ) n o m a d ( d e l f tm i c r o s c o p i c b e h a v i o ro fp e d e s t r i a n s g r o u p ) ( 11 ) s i m p e