基于AnyLogic的鐵路車站仿真應(yīng)用研究
——以昆明站南廣場為例

游玲君、張贏、李博藝、楊穎

（1.昆明鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650208；2.中鐵二院昆明勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，云南 昆明 650011）

1 概述

昆明站南廣場提質(zhì)改造工程于2020年10月1日完成。此后，昆明地鐵與國鐵之間的換乘無須再繞行昆明站西側(cè)下穿隧道，軌道交通與鐵路實現(xiàn)無縫換乘，大大縮短時間，方便旅客出行。

2 仿真模型和仿真軟件的選擇

目前，對行人交通微觀仿真研究較多，已有不少成果。下面介紹主要的行人仿真模型和仿真軟件，選擇合適的模型和軟件用于軌道交通站臺排隊行為的仿真。

2.1 仿真模型的選擇

微觀仿真模型主要有兩種，分別是連續(xù)型仿真模型和離散型仿真模型兩種，連續(xù)型仿真模型的時間、行人坐標還有空間都是連續(xù)的，并沒有離散，利用微分方程聯(lián)系相關(guān)量的變化情況。離散型仿真模型的空間、時間還有狀態(tài)都呈現(xiàn)離散化，最為出名的就是元胞自動機模型。在滿足仿真模型所需的條件后，能夠?qū)λ璧臓顩r進行模擬，如社會力模型[1]。

利用社會力模型，對行人的行為進行真實模擬，而且對人群的非線性自組織現(xiàn)象進行仿真，從而對行人的運動本質(zhì)進行解釋。因此，社會力模型的應(yīng)用極其廣泛[2]。

Anderslz[3]、Helbing 和Molnar[4]這幾位著名物理學(xué)家曾經(jīng)提出了“社會力”這一著名模型，從牛頓力學(xué)的角度出發(fā)對行人的行為社會學(xué)進行描述。

在考慮模型適用性與可操作性的基礎(chǔ)上，選擇了運用社會力模型進行仿真。

2.2 仿真軟件的選擇

在客流組織軟件仿真方面，城市交通仿真、行人仿真、列車運行仿真等都有成熟的商業(yè)仿真軟件。

AnyLogic 可輸出密度、速度、行人數(shù)量、停留時間等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，還可以生成模擬動畫[5，6]。

AnyLogic 具有優(yōu)秀的分析組件和優(yōu)化工具，可以直接在建模環(huán)境中使用，建模過程相對簡單和快速。AnyLogic 具有開放的體系結(jié)構(gòu)，支持基于主體建模和二次開發(fā)，并且可以與Java 或其他語言編寫的軟件、定制模塊一起工作，為行人交通仿真建模提供了更大的靈活性。也可以與辦公軟件或某些企業(yè)軟件集成，如電子表格、數(shù)據(jù)庫、ERP、CRM 等[7]。

幾款仿真軟件的對比見表1。

表1 四款仿真軟件技術(shù)性能對比

基于以上優(yōu)點，決定采用AnyLogic 軟件進行仿真模擬。

3 車站仿真關(guān)鍵流程

針對昆明站南廣場入口大廳客流組織的復(fù)雜性，分析了車站功能定位和客流線路，采用任意微動態(tài)模擬軟件模擬客流，分析模擬結(jié)果，提出了客流組織優(yōu)化方案，為實際運營管理提供決策支持。

3.1 車站仿真技術(shù)流程

在通常情況下，交通設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部的仿真分為基礎(chǔ)資料獲取、模型建立（二維/三維）、仿真效果展示和仿真評估優(yōu)化4 個主要過程[8]。

3.2 站內(nèi)功能區(qū)位布局分析

昆明站南廣場經(jīng)過提質(zhì)改造工程，在既有南廣場站前廣場一層上新建了集散廳。二層進站廳包含實名驗票、安檢大廳，設(shè)有20 臺實名驗票機、13 臺安檢機，另預(yù)留3 臺安檢機的安裝空間。改造工程新建了16m 寬通道平接既有二層高架候車廳。

3.3 站內(nèi)客流組織流線分析

流線，即客運站中乘客、行包、交通車等的流動行進的路線。在此例中，主要為不同目的旅客的行進路線。昆明站南廣場的旅客流線主要有進站流線、出站流線和換乘流線。

3.3.1 進站流線

進站流線如圖1所示（南廣場進站預(yù)售客流達到約6 萬人時，西驗證口電梯開放）。

圖1 進站流線

3.3.2 出站流線

出站流線如圖2所示。

圖2 出站流線

3.3.3 換乘流線

換乘流線如圖3、圖4所示。

圖3 換乘流線1

圖4 換乘流線2

4 客流組織仿真方法及評價指標研究分析

4.1 AnyLogic 仿真軟件分析研究

AnyLogic 仿真模型是利用行人庫實現(xiàn)的。在行人庫當中，主要有環(huán)境對象、全局參數(shù)設(shè)置對象Ped-Comguration 以及行人對象，算法為社會力模型。AnyLogic 中的行人仿真建模過程如圖5所示。

圖5 仿真建模過程

4.2 客流組織評價指標研究

主要從旅客換乘的流暢性和設(shè)備綜合利用率這兩個方面來評價客流組織方案的優(yōu)劣。其評價指標分析如下所示：

4.2.1 平均逗留時間

平均逗留時間t-，是指一段時間內(nèi)從某條流線上經(jīng)過的若干旅客所花費的時間的平均值。在距離相同的情況下，其結(jié)果越大說明這條流線越擁堵，旅客走行越不順暢，從而發(fā)現(xiàn)流線的瓶頸所在。

式（1）中：ti為站內(nèi)某條主要流線上某旅客的逗留時間；n 為某條流線上旅客的數(shù)量。

4.2.2 平均排隊長度

式（2）中：Li為站內(nèi)每條主要流線上排隊的長度；n 為站內(nèi)主要流線的數(shù)量。

5 昆明站南廣場客流組織實例仿真分析

5.1 仿真設(shè)備參數(shù)分析

昆明站南廣場由一層集散廳、地下一層出站廳及二層進站廳組成，各層之間由電扶梯與樓梯相連。一層集散廳主要辦理人工售票、自助售票機售票、問詢等業(yè)務(wù)；地下一層出站廳設(shè)出站閘機、補票處、警衛(wèi)室以及安檢查驗健康碼等；二層進站廳設(shè)進站閘機、人工驗證通道、綠色通道、安檢、警衛(wèi)室等。出站廳與集散廳主要由扶梯與樓梯相連；進站廳與集散廳主要由扶梯、樓梯以及無障礙電梯相連。南廣場分南驗證口與西驗證口，平時主要開放南驗證口，周末、節(jié)假日客流增多時，開放西驗證口。

在南廣場中，所設(shè)計的設(shè)備主要有售票機、安檢口、樓梯、扶梯還有閘機。閘機標準如下：寬0.53m，長1.86m，速度1.37m/s，服務(wù)時間3～8s，通過安檢時間約為10～15s；南廣場工作日人流量約2 萬人；節(jié)假日約4～6 萬人。

5.2 建立仿真模型

按照實際情況，依據(jù)一定比例來進行仿真底圖的繪制，如圖6所示。

圖6 仿真動畫界面

按照南廣場的流線，利用AnyLogic 仿真軟件表現(xiàn)模塊關(guān)系圖，并且構(gòu)建地下仿真圖，設(shè)置各模塊的屬性。

6 仿真評價分析

6.1 仿真數(shù)據(jù)輸入

根據(jù)2021年1月8日實際采集數(shù)據(jù)，同時在3 個觀測點，通過視頻法獲取進站廳高峰期旅客到達人數(shù)、出站廳旅客集中到達人數(shù)、地鐵與國鐵換乘人數(shù)，根據(jù)到達人數(shù)波動情況，設(shè)定高峰期觀測時間為45min。

6.2 仿真結(jié)果分析

在仿真模型中，將仿真結(jié)果中各達口對應(yīng)的時間參數(shù)代入公式（1）進行計算從而得出在各個流線上旅客的逗留時間平均值，并分析結(jié)果。

通過對各達口相對流線旅客所逗留時間平均值的比較。可知，“進站流線”與“換乘流線1”上存在阻礙旅客走行的瓶頸。

6.3 優(yōu)化建議

通過分析導(dǎo)致瓶頸的主要原因，以此為基礎(chǔ)提出相關(guān)決策，對設(shè)備平均排隊長度進行分析，然后優(yōu)化，從而合理配置設(shè)施。

6.3.1 進站流線優(yōu)化

（1）在進站流線沿途，采用圖像與廣播方式表明前端安檢驗證的方法，提示旅客提前打開相應(yīng)程序。

（2）增設(shè)集散廳平面示意圖，標明各功能區(qū)位置。

6.3.2 換乘流線優(yōu)化

（1）設(shè)置隔離欄桿，隔離進、出站旅客，使其不發(fā)生交叉干擾。

（2）在閘機口增設(shè)值守人員，引導(dǎo)旅客快速過閘，引導(dǎo)部分旅客從人工驗證通道和綠色通道進站。增設(shè)安檢人員，部分沒有行李的旅客由人工安檢。

（3）增大指示標志，突出綠色通道，安排專人尋找重點旅客，引導(dǎo)旅客走綠色通道。

6.3.3 出站流線優(yōu)化

（1）在站臺、出站通道設(shè)置地圖，標明南北出站口以及周邊設(shè)施和可換乘的交通工具。

（2）優(yōu)化閘機設(shè)置，標明刷身份證的位置，同時增加值守人員，提高過閘效率。

7 結(jié)語

利用AnyLogic 仿真軟件，仿真分析昆明站南廣場的客流組織，包括仿真建模、仿真運行、仿真環(huán)境分析和仿真結(jié)果輸出分析。

通過對仿真數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進站廳的瓶頸在于“換乘流線1”和“進站流線”，提出相應(yīng)的對策，解決瓶頸問題。

通過進行仿真分析，為昆明站南廣場的運營管理提供決策支持，不斷提高流線的通過能力和設(shè)備的利用率。