基于Anylogic的蘭州西站高架層客流組織優(yōu)化仿真研究

劉凱　梁輝

摘要：隨著電子客票的迅速普及和客運(yùn)站服務(wù)水平的提高，旅客在客運(yùn)站逗留的時間也日漸縮短，但大型客運(yùn)站的運(yùn)輸設(shè)備配置和流線優(yōu)化等依然存在可改進(jìn)的地方。本論述以蘭州西站高架層為研究背景，為旅客進(jìn)站構(gòu)建購票-安檢排隊(duì)論模型，以Anylogic仿真軟件為依托，搭建高架層的仿真模擬環(huán)境;最后指出在電子客票的大背景下，限制旅客進(jìn)站的主要因素是安檢設(shè)備，并通過調(diào)整各設(shè)備的數(shù)量和位置，使高架層的服務(wù)等級達(dá)到 A 等級。

關(guān)鍵詞：高鐵客運(yùn)站;客流流線優(yōu)化;排隊(duì)論;Anylogic;仿真評價

中圖分類號：U293.13文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

國外對客運(yùn)站旅客流線優(yōu)化的研究起步較早： Marin Dubroca-Voisin等[1]研究發(fā)現(xiàn)公共交通軌道站構(gòu)成了復(fù)雜的系統(tǒng)，其中客流對運(yùn)營和交通條件有重大影響;Meng Shi 等[2]提出基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的建筑疏散模擬介觀模型并使用商業(yè)包Anylogic來基準(zhǔn)測試該模型性能;Fang Li 等[3]提出一種行人疏散模型，將社會力模型和數(shù)學(xué)模型結(jié)合起來;Lukas Asmer等[ 4] 建立德國 Brunswick 火車站模擬模型，用于調(diào)查額外安全檢查對客流的影響;BoweiJin等[5]研究多危害耦合條件下密集地鐵站節(jié)點(diǎn)破壞下疏散的時空分布特征。

針對客運(yùn)站旅客流線優(yōu)化，我國也進(jìn)行了諸多探索：戴建強(qiáng)[6]應(yīng)用排隊(duì)論理論和Anylogic軟件仿真，研究了目前既有站和部分高鐵站進(jìn)站排隊(duì)時間過長和用戶體驗(yàn)差的問題;張光遠(yuǎn)等[7]應(yīng)用Anylogic仿真模型，根據(jù)仿真結(jié)果提出不同待檢票人數(shù)時，各類檢票閘機(jī)的數(shù)量和人員安排;段勝利[8]利用Anylogic軟件建立了齊齊哈爾站的仿真模型，找到了限制旅客進(jìn)站的瓶頸所在并提出優(yōu)化方案;趙亮[9]運(yùn)用Anylogic軟件仿真了武昌站的客流流線，統(tǒng)計了平均排隊(duì)長度、等待時間等指標(biāo);張曉東[10]建立了基于SIMIO 仿真軟件的大慶西站仿真模型。

本論述從旅客的進(jìn)站流線入手，分析蘭州西站旅客的大致來源和特點(diǎn)，對旅客流線組織現(xiàn)狀及設(shè)備配置進(jìn)行分析，然后分析旅客進(jìn)入高架層候車大廳中的走行路線，主要對高架層設(shè)備運(yùn)用和客流組織優(yōu)化等問題進(jìn)行研究;核心是基于蘭州西站高架層旅客流線進(jìn)站排隊(duì)論以及運(yùn)用Anylogic仿真軟件平臺對高架層旅客進(jìn)站進(jìn)行仿真，通過優(yōu)化客運(yùn)設(shè)備的配置來解決進(jìn)站流線問題，提高服務(wù)水平;并提出提高旅客進(jìn)站效率的措施，通過仿真驗(yàn)證其合理性。

1 蘭州西站客流流線分析

流線是指在客運(yùn)站內(nèi)，旅客、行包、交通車輛的流動過程和流動線路[11] 。流線按流動方向不同可分為進(jìn)站和出站兩大流線。

目前蘭州西站旅客進(jìn)站過程如圖1 所示。

旅客在進(jìn)站區(qū)的總時間包括旅客的平均走行時間、接受服務(wù)時間以及排隊(duì)等待服務(wù)時間。具體的服務(wù)等級標(biāo)準(zhǔn)見表1 所列[14] 。

2 基于排隊(duì)論的蘭州西客站流線模型

高峰期的進(jìn)站客流服從泊松分布，人工售票（或自助售票機(jī)售票）的服務(wù)時間服從負(fù)指數(shù)分布，安檢環(huán)節(jié)的服務(wù)時間服從定長分布。從客運(yùn)站的角度，排隊(duì)長Lq主要是車站工作人員關(guān)心的問題;從旅客的角度，等待時間Wq主要是旅客關(guān)心的問題?；诖?，本論述旨在建立二階排隊(duì)論模型，第一階段為人工售票（或自助售票機(jī)售票），第二階段為安檢環(huán)節(jié)。

旅客進(jìn)站流線主要分為以下三類：

流線一：旅客進(jìn)入高架層→人工服務(wù)窗口購票→實(shí)名制驗(yàn)票→安檢→旅客進(jìn)入候車大廳候車;

流線二：旅客進(jìn)入高架層→自助售票機(jī)購票（取票）→實(shí)名制驗(yàn)票→安檢→旅客進(jìn)入候車大廳候車;

流線三：旅客進(jìn)入高架層→安檢→旅客進(jìn)入候車大廳候車。

2.1 變量給定和基本假設(shè)

（1） 所有進(jìn)站旅客間隔時間均服從參數(shù)為λ的泊松分布且相互獨(dú)立，分別以 a1、a2、a3的概率表示流線一、流線二、流線三的旅客比例;

（2） 設(shè)人工售票窗口數(shù)為c1，服務(wù)時間服從參數(shù)為μ 1 的負(fù)指數(shù)分布，自動售票機(jī)數(shù)為 c2，服務(wù)時間服從參數(shù)為μ2的負(fù)指數(shù)分布，安檢機(jī)器數(shù)為 c3，服務(wù)時間服從參數(shù)為 D 的定長分布;

（3）服務(wù)系統(tǒng)采用先到先服務(wù)的原則，且其容量無限大;理論上認(rèn)為旅客在結(jié)束第一階段服務(wù)后會全部進(jìn)入第二服務(wù)階段，因此轉(zhuǎn)換率為1;

（4） 假設(shè)排隊(duì)論系統(tǒng)的服務(wù)強(qiáng)度ρ11 。

2.2 模型構(gòu)建

流線1 由人工售票和安檢兩級構(gòu)成。人工售票視為 M/M/C 排隊(duì)論系統(tǒng)，同理，流線2 由自動售票機(jī)和安檢兩級構(gòu)成，自動售票機(jī)視為 M/M/C 排隊(duì)論系統(tǒng)。

流線1、流線2、流線3 都要經(jīng)過安檢環(huán)節(jié)，因此第二級服務(wù)系統(tǒng)安檢被視為 M/D/C 排隊(duì)論系統(tǒng)。

2.3 模型應(yīng)用

本論述主要研究對象是從蘭州西站高架層進(jìn)站的旅客流線。擬定了4 個比較方案，具體的客運(yùn)設(shè)備配置數(shù)量見表2 所列。

進(jìn)站流線旅客到達(dá)服從泊松分布，人工售票和自助取票機(jī)服從負(fù)指數(shù)分布，安檢服務(wù)器服從定長分布，具體參數(shù)取值見表3 所列。

利用 MATLAB 軟件對以上排隊(duì)論模型進(jìn)行求解，得到逗留時間Ws和等待時間Wq這兩個重要指標(biāo)（單位：min），具體結(jié)果見表4～ 5所列。

對于表中的數(shù)據(jù)做如下分析：

（1） 方案一：在蘭州西站高架層現(xiàn)有設(shè)備的條件下，旅客平均進(jìn)站時間為20 min 左右，進(jìn)站時間較長;

（2） 方案二：在其他設(shè)備不變的條件下，增加3 個人工售票窗口，旅客平均進(jìn)站時間為15 min 左右，比目前進(jìn)站時間降低了7.87%;

（3）方案三：在其他設(shè)備不變的條件下，增加4 臺自助機(jī)，旅客平均進(jìn)站時間為16 min 左右，比目前進(jìn)站時間降低了6.08%;

（4） 方案四：在其他設(shè)備不變的條件下，增加2 個安檢設(shè)備，旅客平均進(jìn)站時間為10 min 左右，比目前進(jìn)站時間降低了32.78%，旅客進(jìn)站時間大大縮短。

3 基于Anylogic的高架層進(jìn)站客流仿真模型

3.1 仿真內(nèi)容介紹

（1）仿真一：對高架層現(xiàn)有正常運(yùn)營設(shè)備進(jìn)行仿真，分析各個設(shè)備的繁忙程度以及排隊(duì)長、等待時間等因素;

（2） 仿真二：調(diào)整人工售票窗口、自助售票機(jī)以及安檢設(shè)備的數(shù)量，通過調(diào)整各個設(shè)備的數(shù)量，從而找到影響旅客進(jìn)站時間的主要限制因素，具體調(diào)整方案見表 6所列;

（3）仿真三：開放高架層所有預(yù)留設(shè)備，模擬高架層最大服務(wù)能力，并檢驗(yàn)其效果;

（4） 仿真四：模擬當(dāng)高架層發(fā)生火災(zāi)等事故的條件下，高架層旅客從高架層進(jìn)站口撤出的過程，并分析其撤出時間。

3.2 仿真結(jié)果分析

如圖2 （1） 、（2） 、（3）、（4）所示，為高架層不同角度的仿真圖像。

3.2.1仿真一的結(jié)果

運(yùn)行模型，高架層旅客進(jìn)站時間比例如圖3 所示（單位：s），時間大致分布在250～ 1000 s 之間，最大值為1 437 s，最小值為65 s，均值為566 s，偏差為270 s。各設(shè)備總隊(duì)長及其比例如圖4 所示（單位：m），人工售票窗口和自助售票機(jī)前基本無擁堵排隊(duì)情況，由此猜想整個高架層的大量排隊(duì)現(xiàn)象主要集中在安檢設(shè)備環(huán)節(jié)。

3.2.2仿真二的結(jié)果

運(yùn)行模型，結(jié)果見表7 所列。

由此可知，三個設(shè)備對高架層進(jìn)站時間分布影響：安檢設(shè)備>自助售票機(jī)>人工售票窗口。安檢設(shè)備的數(shù)量是整個高架層進(jìn)站時間的瓶頸，驗(yàn)證了仿真一的猜想。3.2.3仿真三的結(jié)果

運(yùn)行模型，高架層旅客進(jìn)站時間比例如圖5 所示（單位：s），時間大致分布在70～ 150 s 之間，最大值為378 s，最小值為59 s，均值為133 s，偏差為60 s 。各設(shè)備總隊(duì)長及其比例如圖6 所示（單位：s）。

3.2.4仿真四的結(jié)果

運(yùn)行模型，高架層旅客撤出時間比例如圖7 所示（單位：s），時間大致分布在100～ 150 s 之間，最大值為304 s，最小值為3 s，均值為137 s，偏差為58 s。

3.3 旅客流線優(yōu)化措施

（1） 通過調(diào)整自助售票機(jī)的位置和數(shù)量，減少旅客走行距離，避免流線交叉，提升高架層的服務(wù)效率。

（2） 適當(dāng)減少自助售票機(jī)和人工售票窗口的數(shù)量，增大高架層的空余空間，為旅客提供舒適的視覺感官服務(wù)，同時，增加安檢設(shè)備數(shù)量和人員，通過改善安檢這一瓶頸來提升高架層的服務(wù)效率。

（3）在安檢環(huán)節(jié)，為了更高效率的提高服務(wù)水平，可以將旅客進(jìn)行分流。

具體設(shè)備位置和數(shù)量調(diào)整如圖8 所示。

3.4 優(yōu)化后結(jié)果輸出

高架層旅客進(jìn)站時間比例如圖9 所示（單位：s），時間大致分布在80～ 220 s 之間，最大值為404 s，最小值為 60 s，均值為132 s，偏差為59 s 。各設(shè)備總隊(duì)長及其比例如圖10所示（單位：m），人工售票窗口和自助售票機(jī)前基本無擁堵排隊(duì)情況，安檢設(shè)備環(huán)節(jié)存在少量排隊(duì)情況。這樣高架層的平均服務(wù)水平為 A 等級，最差也為 C 等級。

4 結(jié)論

本論述首先分析了蘭州西站進(jìn)站旅客的走形路線，依托排隊(duì)論模型對旅客進(jìn)站過程構(gòu)建了理論基礎(chǔ)。分別建立了 M/M/C 購票模型和 M/D/C 安檢模型，通過4 個方案對旅客進(jìn)站時間進(jìn)行對比，找到了限制旅客進(jìn)站的主要因素為安檢設(shè)備。其次，依托Anylogic仿真平臺對旅客進(jìn)站過程構(gòu)建了仿真模擬。利用行人庫社會力模型對高架層進(jìn)站區(qū)進(jìn)行仿真。分別模擬了：（1） 在大客流（春運(yùn)，節(jié)假日等）的條件下，蘭州西站高架層在現(xiàn)有設(shè)備和完全開放預(yù)留設(shè)備的條件下高架層的服務(wù)質(zhì)量;（2）在發(fā)生意外（火災(zāi)，恐怖襲擊等）的條件下，高架層旅客應(yīng)急疏散所需要的時間。最后，本論述指出安檢設(shè)備是旅客進(jìn)站的瓶頸，并結(jié)合電子客票的普及，提出了優(yōu)化高架層旅客流線的具體措施，并做出仿真驗(yàn)證結(jié)果，結(jié)果表明高架層經(jīng)流線優(yōu)化后，服務(wù)等級可達(dá)到 A 等級。

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