【地铁车站站厅层的微观仿真设计分析案例7000字】

地铁车站站厅层的微观仿真设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u154961.1Anylogic软件介绍 16291.2Anylogic行人交通仿真流程 160121.3站厅层行人仿真 5282102.3实例建模 825931.4本章小结 1129131第2章案例分析及优化评估 11300432.1大雁塔站站厅层布局分析介绍 11133632.2数据的调查与采集 13285402.3现状仿真 1663672.3.1存在的问题 177512.4地铁车站基础设施的配置评价与建议 17272062.5优化结果对比 17315162.6本章小结 19第1章地铁车站站厅层的微观仿真设计1.1Anylogic软件介绍AnyLogic由俄罗斯XJTechnologies公司开发，该仿真软件是公司开发的综合性较强的仿真软件。该软件应用范围广泛，并且具有专业虚拟的环境模型板块，同时支持多种建模方法，主要用于设置离散，连续、混合系统行为建模的仿真工具。凭借UML语言基于面向对象建模方法、基于流程图建模方法，及基于Java平台，拥有超强的二次开发能力，方便用户开发更多的模型及自定义库建的设置。Anylogic的使用功能强大，并且应用相对广泛，主要体现在以下几点：（1）有效地解决各种复杂的建模问题（2）有效的解决各种复杂的建模问题（3）有效的降低了开发成本（4）使用一个平台可以开发更多的模型1.2Anylogic行人交通仿真流程行人交通仿真模型主要是由环境模型和行人行为模型两部分构成，而顺利进行这两部分工作的前提是采集仿真区域相关数据、设计阶段人群活动环境以及预测行人交通的需求。同样，在Anylogic中行人交通仿真建模主要包括环境建模、行人行为建模、运行仿真和结果分析等几个步骤。环境建模主要是对墙体、服务区域、队列等元素进行真实仿真。绘制环境元素时，需要在图形编辑器中绘制布局图或导入背景图片作为布局图，然后添加行人库空间标记模块并设置属性。使用最为广泛的行人库标记模块有:用于绘制环境中的墙体或障碍物的墙模块（Wall）、用于绘制行人出现的地点或行人在走行过程中朝一个目标前行的目标线模块（TargetLine）、定义等待的服务模块（ServiceWithLines）等。Anylogic行人行为建模主要是以流程图模式对行人行为参数进行分析，将行人库中的相应模块拖至图形编辑器中，按行为的逻辑先后顺序依次排序连接。常用的行人模块如表4-1所示表4-1行人库行人行为模块描述PedSource用于产生行人，行人流的起始点PedSink用于接收行人，行人流的终点PedGoTo设置行人的目的地或行走路径PedService模拟行人接受服务是否选择队伍、排队等待和接受服务等行为PedWait行人在指定位置等待的时间PedSelectOutput根据概率将进入的行人输出端口，并再次执行该端口连接模块设置PedEnter进入输入端的其他实体转换成行人实体PedExit进入输入端的行人实体转化成其他离散事件PedEscalator模拟行人在自动扶梯或自动人行道上移动的行为PedChangeGround将行人从一个地面移动至另一个地面PedChangeDescriptor区域空间标记图形的相关属性，如速度、进入控制、吞吐量等PedGroupAssemble进入输入端口的行人按照一定的规则组成行人队列PedGroupFormation主要功能是改变行人群组的队形PedGroupDissemble解散行人群组，将行人群组分解为独立的行人个体PedSettings设置与行人库相关的参数，如仿真步长等1.2.1底图整理在Anylogic仿真软件，构建模型的前提是导入仿真区域的设计底图，为了便利后期的环境模型，需要车站布局底图进行相应的调整，其包括：（1）底图越简化越好，不影响设施的情况下，删除与仿真无关的多余物体（2）如果场所为多层建筑，应保持相同比例并将层分隔，设置该站相关基础设施，便于环境建模对接。底图的格式可以是工业标准的DXF格式，也可以是图片格式。整理完成后，便可导入Anylogic软件中。1.2.2环境建模流程Anylogic环境建模基于实地调研参数后，将相关参数进行模拟调整，而后建立环境模型，底图相关信息储存至Anylogic数据库中。其涉及众多的元素，例如：售票闸机，售票设施，屏蔽门，表示建筑的墙体和立柱，连接站厅与各层之间的自动扶梯和直梯这些基础服务设施前的队列，乘客候车区域。Anylogic环境建模的主要步骤如下：第一步，使用演示库的CADDrawing或者已整理好的底图，根据导入底图的大小，调试图例比例尺。第二步，使用行人库的空间标记模块描绘仿真环境的边界、建筑物、电梯、候车区域、闸机、售票机等相关服务设施及环境要素。在此对绘制行人交通仿真模型的流程进行简要概述。（1）绘制“墙体”，即利用“墙体”绘制行人交通仿真区域（2）绘制“目标线”，目标线用于设置行人的进入线、目标线以及离开线，确定行人进入仿真区域的入口，在仿真区域的行走路径以及离开仿真区域的出口，即展现出行人从进入仿真区域到离开仿真区域的整个过程完整路径。（3）绘制“服务”，即行人在仿真区域接受服务的地点，这些服务点可以是柜台服务点、自动检票设施、闸机等。（4）绘制“区域”，区域的作用非常多，例如，等候大厅中的等待区域，行人移动目的地的目标区域、自动人行道或自动扶梯的移动区域等。（5）绘制“行人密度图”，“行人密度图”功能是在模型运行过程中实时显示仿真环境中的行人密度主题图。用户可以根据自己的需求选择是否绘制。（6）绘制“行人流统计”，该模块主要用于统计乘客在某一截面的通行流量，如果需要统计仿真区域的某一截面的行人流数量，可以选择添加此模块。第三步，设置各模块的属性。如通过各个闸机的服务时间、售票的服务时间、排队队列等。服务时间可设置为实际调查的时间值的概率分布形式。第四步，根据相应的2D模型建立高质量的交互式3D仿真模型。对于多层行人交通仿真模型而言，仿真的区域为多个重叠或部分重叠的楼层，为单独表现每一层行人的微观行为，应设置两个不同的地面层，分别进行模拟，这样可以使不同层的行人流在不同的平面层得到展示，便于分析效果。1.2.3行人行为建模流程此部分建模的基础理论是以离散事件过程为中心的建模方法，将行人行为活动仿真成不同模块，并对其行为过程进行逻辑分析，连接成相应的活动链，包括：客流生成源，步行路径、步行目标、等待时间、使用服务（买票，安检，检票）、行人消失源等。具体绘制完成后流程如图4-3所示绘制好行人行为流程图后，接下来逐个设置模块对象的属性，如行人特性参数等数据，然后对相应参数进行标定。标定过程实际也是数据的设置及导入过程，前期准备中收集的行人行为特性及需求等相关数据信息可通过在模型构建时输入，也可以使用外部文件导入Anylogic软件。1.3站厅层行人仿真首先，将在绘制好的CAD底图导入Anylogic软件中，文件格式必须为dxf；然后用行人库模块中的“墙”、“矩形墙”控件描绘出墙体、立柱、售检票口、障碍物、电梯、人工售票窗口等不能通过的边界，用户可导入相应的三维模板，使其外观更真实，具体图例如图4-1所示。图4-1底图导入环境建模其次，绘制“线服务”、“矩形区域”、“吸引子”等模块，标记行人从生成到消失的过程。最后,拖入模块对应的服务设施，将其进行标定,在属性面板中输入服务参数,如图4-2所示。图4-2模块参数设定从图4-2中可以看出所模拟的服务设施在不同层面中，假如有的设施不在同一层，应重建一个PedGround，并定义相关参数。此外，在建立环境模型时，应添加PedSettings控件，该控件可用来仿真标定底图的实际长度。Anylogic中初始的行人模块是用圆点标定的，并不是以人的形态出现在面板中，如想使行人形态更为真实化，需通过构建行人智能体使其具行人形态，该模块也可定义乘客的仿真状态，例如可以很好地模拟出乘客的性别、年龄等。为了使乘客在站厅层走行更为真实直观，可在面板中拖入三维窗口，用3D模式观察仿真流程。在建立完环境建模与行为建模之后，点击“运行”按钮（图4-3）即可运行仿真，如图4-4所示。图4-3点击“运行”图4-4仿真模型运行2.3实例建模AnyLogic的行人库可以用来模拟列车进出站，本小节主要西安雁塔站为例，通过前面小节中的建模基础，采用AnyLogic中行人库模块对雁塔站客流行为进行仿真，通过仿真主要观察各个基础服务设施的通行服务能力是否满足乘客需求。（一）雁塔站站厅层环境建模根据第前面章节中所描述的站厅层仿真为基础，将前文中实地调查的基础参数及大雁塔站站厅层的CAD图导入Anylogic软件中，使用行人库中的空间标记控件，设置雁塔站站厅层的内部环境。首先，设置“ground”层为站厅层，然后，使用“墙”控件，标记每一层的外部墙体，用“扶梯组”控件定义扶梯组，用“线服务”和“矩形区域”定义安检机、售票设施和进出站闸机等相关服务设施，选用“三维物体”模块在图例中进行仿真模拟。大雁塔地铁站站厅层二维三维模型如图5-3、5-4所示。图5-3站厅层仿真二维建模图5-4站厅层仿真三维建模（二）雁塔站行人行为建模本节主要对雁塔站A口的行人进站逻辑进行建模。首先添加“PedSource-A口”控件，该控件主要是为了表示从A口进入站厅层的乘客，然后添加"PedSelectOutput一是否购票选择”，该控件主要表示进站乘客是否选用售票系统购票，并根据乘客的需要，将此按比例区分开，将不同选择的乘客连接到不同的“PedService”控件，添加"PedService一人工购票”，该控件主要定义为乘客在人工售票处购票，"PedService一自助购票机”，该控件主要表示为，乘客在自动购票机前进行购票。购票完毕后。通过“PedSelectOutput一是否携带行李选择”控件，进行行人线路选择与比例分配。通过该控件，主要是将携带行李的乘客与没有携带行李的乘客区分开，并执行后续服务，携带行李的乘客需经过“PedService一安检机”控件后，再经过“PedService一人-安检”控件后，完成相关的安检流程；没有携带行李乘客只需经过“PedService一人-安检”控件后，完成相应的安检流程即可。安检后，"PedService一进站闸机”控件将进入付费系统区域。进入付费系统区域后，添加“PedSelectOutput一乘车路线选择”控件，选择需乘坐的楼梯、扶梯。进入站台层进行乘车，最后，使用"PedSink”控件，表示乘客离开车站。B口、C口、D口的行人进站建模逻辑过程与A口相似，因此不再进行赘述。E口、F口进站的乘客，有其他进站口可供选择，因不止只能从E、F口进入付费系统，且部分乘客进入站厅层后，不会选择从进站闸机4处进入付费区域，而是经过站厅层南侧选择合适的闸机进站。故将该部分乘客划分到与B口采用相同径路进站的乘客为同一类，B口处距离服务设施较近，符合部分乘客选取较近服务设施的心理，同时也可以满足外地乘客选取较近服务台进行咨询的情况。行人进站流程连接图如图5-5所示。图5-5行人进站流程模型（三）数据输入行人逻辑建模完成后，将实测的客流数据和服务设施数据输入到属性面板中。（1）设置行人进站客流量将实地调查的进站客流数据输入到“PedSource”控件中。(2)设置各服务设施参数进出站闸机的服务时间为triangular(3,10,30);自动售票机的服务时间为triangular(15,30,195);安检机的服务时间为Uniform(12,20);人工售票的服务时间为Uniform(20,35);将数据在属性面板中设置完毕后，添加行人密度统计控件，该控件通过仿真操作可以更真实的对监测范围内的行人客流进行实测分析。如需要对该站的仿真方案进行优化，只需更改模型中的部分参数、设施服务时间、乘客接受的服务顺序等相关数据，不需要重新建立模型。1.4本章小结本章节首先对Anylogic软件进行了简单的介绍分析，将Anylogic的建模流程进行了简要概述。主要以环境建模和行人行为建模流程为基准，通过这两个模块分析为基础，构建简单的站厅层模型仿真。最后通过以上章节中的模型建立所述，以西安雁塔站为实例，在Anylogic中输入实地调查的相关参数，建立雁塔站站厅层的环境与行人行为的建模仿真。第2章案例分析及优化评估本章节主要是对西安大雁塔地铁站的交通特性进行分析。主要从以下几点进行概述:地铁车站的布局介绍、地铁基础设施的交通现状，存在的问题，数据研究与调查，仿真与优化对比，展开相应的讨论。2.1大雁塔站站厅层布局分析介绍西安雁塔站的站厅层是连接外界与站台层的多功能区域，同时承担了乘客进出站中包括乘客进站安检、购票、进出闸机等。站厅层共有6个出入口(分别为A、B、C、D、E、F口)与外界相连，有5部直扶梯楼梯和1部直梯与地下二三层的站台层相连。站厅层主要服务设施为安检机、进出站闸机、售票机、人工售票窗口、服务台等，为乘客提供服务。具体设施布局统计如表5-1所示，地铁站平面布局如图5-1所示，立体3维图如图5-2所示表5-1雁塔区站厅层设施布局统计表设施种类设施数量自动售票机40台人工售票处3处安检机5台进站闸机24台出站闸机20台自动扶梯5*2部直梯1部服务台1个图5-1站厅层平面布局图图5-2大雁塔站3维立体图2.2数据的调查与采集根据调查，2020年根据数据统计，大雁塔站日均客流量为38.72万乘次，三号线客运量77.59万乘次，四号线客运量47.69万乘次。本文以某一工作日周五的早高峰客流9:00-11:00进行数据调查采用拍照录视频等方式记录人流情况。（1）数据选择对象本文主要选取的数据对象为西安雁塔站三号线，地铁线也是来自桥梁的粘结区域站。（2）数据选择时间本文主要选择工作日中的早晚高峰，因为早晚高峰期是乘客出行最为广泛的时间，数据比较容易采集，因此，则选择早晚高峰期为具体的参数数值。（早高峰8:00——9:00，晚高峰9:00——17：00）（3）数据的采集流程与方法本文主要选取了人工观察与视频预测的勘探方法，人工方法主要需要一些工具进行辅助勘测，例如卷尺，计算机，秒表等，但是该项勘测方法较为繁琐，因此，该勘测方法比较适应于短期的客流调查与分析；视频勘测的方法就相对于比较广泛，该方法由于精准率高，测量时间消耗小，因此适用于采集连续的队行人流。通过以上的两种方法主要是记录乘客每小时到达人工窗口，自动售检票窗口的大概率数值，于此同时记录乘客在地铁车站基础服务设施前所产生的排队时长，和具体的排队乘客数量。通过调查统计，得到站厅层各入口高峰小时客流量如下表5-2所示:出入口客流量（人/小时）进站出站A口2070670B口22302730C口25562502D口15801020E口508362F口610639表5-2站厅层客流调查表由于科技不断地发展与进步，扫码进站为现阶段的主流模式，与其他方式相对比，刷卡进站相对于便将，且用该方式进站，从时间、空间上都优于其他进站模式。不同购票方式的人群的比例如表5-3所示。设施的服务时间分布如表5-4所示。表5-3不同购票方式的人群的比例购票方式占比进站闸机的服务方式服务时间分布扫码47.7扫码进站triangular(3,10,30)乘车卡18.3刷卡进站Uniform(2,3)自动售票机33.5人工售票3.7环境元素参数名称赋值参数自动扶梯移动速度0.6m/s自动购票机延迟时间triangular(15,30,195)人工售票延迟时间Uniform(20,35)安检机延迟时间Uniform(12,20)表5-4设施的服务时间分布2.3现状仿真为了更加直观的观查大雁塔地铁站内的客流移动情况，是否发生行人延误和拥挤的现象，在仿真过程中添加人流密度图，从而寻找各服务设施的瓶颈环节。对雁塔站现有服务设施的数目进行优化仿真，结果如图5-6所示。图5-6进站客流仿真图5-7进出站客流交织仿真从图中可以看出，图中黑色圆点代表雁塔站站内乘客。图中所出现的颜色则代表不同仿真密度，按高到低的顺序依次将其分类为：红色、黄色、绿色、蓝色。其中红色则表示客流集中地区域，蓝色为空闲区域。从图5-6的仿真效果图中可以清楚的看出，图中A口处行人流线交织混乱，B口处进站乘客去往A口、C口人数所占比重较大。由于B口处闸机缺少，因此将B口处的售检票设施设置瓶颈设施。从图5-7中可以看出图示为进出站客流交织时站厅层人流密度图。可以看出乘客进出站流线交织，乘客拥堵现象严重，A口和D口处安检机前排队队列与拐角处自助购票机前排队队列重叠，同时还影响出站乘客正常行走，自动售检票前乘客排队现象明显。2.3.1存在的问题将大雁塔地铁站的数据输入到模型中并仿真后，分析大雁塔站现状所存在的问题（1）A口处的进站客流量较大，客流流线复杂;（2）B口处未设置售票机，进站乘客需到A口和C口处购票后安检进站。（3）A口和D口处安检机前排队队列与拐角处自助购票机前排队队列重叠影响乘客行走路径;（4）E,F口排队区域产生排队重合的情况，并严重影响了乘客走行。2.4地铁车站基础设施的配置评价与建议本文主要针对大雁塔站进行一些优化性的改善建议，也可为西安其他线路的地铁站提出一些相应的建议与改进措施：（1）大雁塔站站厅B和C进入和退出通道之间的距离较窄，通信差。建议在收音处上添加一些注意标志；（2）在B口处增加自动售检票设施，主要分担A口和C口客流（3）大雁塔站站厅东侧遮挡程度较差，虽然视野较好，为此建议人工服务台进行调整，人工服务台为了更加方便和指