景區(qū)客流量微觀動(dòng)態(tài)仿真建模與實(shí)現(xiàn)

楊柳青 葉 青 馬洪蕊

1(北京聯(lián)合大學(xué)旅游學(xué)院 北京 100101) 2(北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 北京 100022) 3(防災(zāi)科技學(xué)院電子科學(xué)與控制工程學(xué)院 河北 三河 065201)

0 引 言

隨著旅游需求的旺盛，旅游基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足的問(wèn)題日益凸顯，景區(qū)擁堵問(wèn)題逐漸成為旅游業(yè)發(fā)展面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的實(shí)際問(wèn)題，甚至可能引發(fā)安全問(wèn)題。當(dāng)前景區(qū)大都采用實(shí)時(shí)播報(bào)入園人數(shù)和出園人數(shù)，向游客提示景區(qū)擁堵的情況，避免擁堵發(fā)生。然而，擁堵與游客行為和景區(qū)承載能力等多種因素有關(guān)，單純的入園和出園人數(shù)難以準(zhǔn)確地反映景區(qū)擁堵演進(jìn)過(guò)程。余向洋等[1]提出了基于最小二乘法的景區(qū)客流預(yù)測(cè)模型，但是沒(méi)有辦法對(duì)景區(qū)內(nèi)微觀客流動(dòng)態(tài)演進(jìn)進(jìn)行分析。此外，由于景區(qū)擁堵過(guò)程的不可控性，很難基于實(shí)際的擁堵演進(jìn)過(guò)程，對(duì)擁堵管理策略進(jìn)行實(shí)時(shí)有效地分析評(píng)估，只能在實(shí)際擁堵發(fā)生時(shí)，觀察相關(guān)措施的實(shí)際效果，存在分析成本高、實(shí)時(shí)性難以保證、效能不夠高等不足。

計(jì)算機(jī)仿真是一個(gè)重要的現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)替代手段。通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的仿真模型，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，可以相對(duì)真實(shí)地模擬研究對(duì)象的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程和相關(guān)因素的影響，從而以較低的試驗(yàn)成本和較高的試驗(yàn)成效支持相關(guān)研究。

本文提出了一種針對(duì)景區(qū)微觀客流動(dòng)態(tài)演進(jìn)分析的計(jì)算機(jī)仿真模型和具體的實(shí)現(xiàn)方法，用于對(duì)景區(qū)擁堵治理策略的分析和評(píng)估。該模型借鑒交通流量模型的構(gòu)建思路，從景區(qū)游客個(gè)體行為的建模入手，考慮景區(qū)限制因素，構(gòu)建景區(qū)微觀客流仿真模型。模型利用離散時(shí)間仿真方法，基于馬爾可夫鏈，將不同時(shí)刻的用戶行為鏈接在一起，形成動(dòng)態(tài)的擁堵過(guò)程演進(jìn)變化過(guò)程。該模型能夠?yàn)榫皡^(qū)擁堵治理策略制定及其驗(yàn)證分析提供支持。本文的主要貢獻(xiàn)在于：

1) 基于游客個(gè)體行為建模，考慮景區(qū)限制因素，提出了景區(qū)客流微觀仿真模型。相對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)值分析，該模型可以動(dòng)態(tài)反映擁堵形成及其演進(jìn)過(guò)程，從而更好地支持景區(qū)擁堵管理。

2) 基于馬爾可夫鏈，利用離散時(shí)間仿真方法將不同時(shí)刻的游客行為狀態(tài)進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)景區(qū)擁堵發(fā)展過(guò)程的動(dòng)態(tài)演進(jìn)模擬。

3) 實(shí)現(xiàn)了仿真模型原型系統(tǒng)，并基于計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)開(kāi)展了景區(qū)擁堵過(guò)程仿真實(shí)現(xiàn)。結(jié)果證明，仿真模型能夠較好地完成仿真實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)現(xiàn)效率在合理范圍之內(nèi)。

1 景區(qū)旅游仿真研究進(jìn)展

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)在旅游規(guī)劃和管理中得到了廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[2-4]利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展了旅游路線的實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度方面的研究。文獻(xiàn)[5]基于仿真技術(shù)提出了景區(qū)路徑規(guī)劃方法，為景區(qū)建設(shè)提供指導(dǎo)。文獻(xiàn)[6]則基于仿真技術(shù)開(kāi)展了景區(qū)擁堵治理研究。文獻(xiàn)[7]開(kāi)展了游客交通出行的仿真研究。文獻(xiàn)[8]給出了游客行為仿真模型。參考文獻(xiàn)[9-10]給出了完整旅游系統(tǒng)的仿真模型。文獻(xiàn)[11]給出了微觀交通流仿真。但目前還沒(méi)有一個(gè)能夠綜合考慮景區(qū)承載能力和游客客流能交互動(dòng)態(tài)演進(jìn)的仿真模型。

2 景區(qū)微觀客流仿真模型構(gòu)建

2.1 基于跟馳模型的景區(qū)游客行為仿真

當(dāng)景區(qū)游客數(shù)量較少時(shí)，游客之間的距離可以保持在足夠大的范圍，游客之間相互不干擾，將會(huì)保持一個(gè)較為舒適速度游覽景區(qū)。當(dāng)景區(qū)游客數(shù)量不斷增加時(shí)，游客之間距離小到一定程度時(shí)，游客的游覽速度可能會(huì)受到干擾。在不考慮景區(qū)駐留時(shí)間時(shí)，游客的游覽速度決定于游客之間的距離。景區(qū)駐留時(shí)間不影響客流流動(dòng)，因此，本文暫不考慮游客駐留時(shí)間因素。

游客間不受干擾的距離可以參考公眾距離[12]。公眾距離是彼此互不熟識(shí)的人之間的距離。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，人類(lèi)社會(huì)的公眾距離一般為3.6 m-7.5 m?？紤]景區(qū)客流是大空間行進(jìn)中的相互干擾，我們?cè)诜抡婺Ｐ蜆?gòu)建中，選取上限7.5 m作為最大公眾距離。當(dāng)游客間距離大于7.5 m時(shí)，相互不干擾。

當(dāng)游客間距小于公眾距離，即7.5 m時(shí)，游客之間開(kāi)始相互干擾?；诮煌鞯母Y模型[13]，可以得到游客之間相互影響的行為模型，如式(1)所示。

(1)

式(1)表示，當(dāng)游客間距離大于最大公眾距離7.5 m時(shí)，游客之間相互不影響，游客行進(jìn)速度調(diào)整為0。當(dāng)游客間距離小于7.5 m時(shí)，游客之間相互不干擾，所有游客都以自然人舒適行進(jìn)速度行進(jìn)。

2.2 基于離散時(shí)間仿真的動(dòng)態(tài)仿真方法

本文采用離散時(shí)間的仿真方法模擬仿真對(duì)象狀態(tài)在不同時(shí)刻的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程。仿真對(duì)象的狀態(tài)隨著時(shí)間進(jìn)行變化。仿真對(duì)象的狀態(tài)更新可以看成為一個(gè)馬爾可夫過(guò)程，即對(duì)象的狀態(tài)僅僅取決于前一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)和既定的狀態(tài)變換規(guī)則。仿真過(guò)程中，假定仿真對(duì)象的狀態(tài)在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)完成狀態(tài)更新。狀態(tài)更新按照狀態(tài)變化規(guī)則完成。仿真過(guò)程不再具體計(jì)算某一仿真目標(biāo)的具體數(shù)值，而是通過(guò)蒙特卡洛仿真的方法，通過(guò)對(duì)仿真對(duì)象狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到。相對(duì)數(shù)值模擬，該方法具有仿真建模直觀的特點(diǎn)。不同時(shí)刻的時(shí)間片相互疊加即可模擬整個(gè)仿真對(duì)象狀態(tài)信息在仿真時(shí)間段內(nèi)的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程。

2.3 景區(qū)微觀客流動(dòng)態(tài)仿真模型構(gòu)建

本文結(jié)合游客行為模型和離散時(shí)間仿真方法構(gòu)建景區(qū)微觀客流動(dòng)態(tài)仿真模型。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，仿真模型只考慮了游客前后之間的影響，左右游客之間的影響也可能改變游客調(diào)整游客間距的快慢。游客左右距離的影響可以通過(guò)α，即游客對(duì)公眾距離變化的敏感程度模擬。

客流模型為景區(qū)道路上行進(jìn)的一個(gè)個(gè)游客在行進(jìn)過(guò)程中相互影響的過(guò)程。當(dāng)游客數(shù)量增加，游客之間距離過(guò)小，游客之間開(kāi)始相互影響，游客開(kāi)始調(diào)整行進(jìn)速度，以避免距離過(guò)小，產(chǎn)生壓迫感。當(dāng)距離無(wú)法調(diào)整時(shí)，擁堵就開(kāi)始發(fā)生了。游客的景區(qū)行為可以用一個(gè)狀態(tài)集合表示。狀態(tài)集合包括5個(gè)基本狀態(tài)信息，具體如式(2)所示。

(2)

客流是游客行為與景區(qū)道路相互作用的結(jié)果。景區(qū)道路也可以用一個(gè)狀態(tài)集合表示。景區(qū)道路的狀態(tài)集合包括3個(gè)元素，具體表示如下：

Path={L,ComfortableV,Site}

(3)

式中：L為景區(qū)道路的長(zhǎng)度；ComfortableV表示景的舒適游覽速度。景區(qū)設(shè)施的改善可能會(huì)改變ComfortableV，比如，引入電瓶車(chē)、索道等設(shè)施，游客可以以更快的舒適速度游覽景區(qū)。Site為景區(qū)的景點(diǎn)分布集合，每一個(gè)元素包括景點(diǎn)類(lèi)型和景點(diǎn)位置。

(4)

當(dāng)Δxn(t)大于7.5 m時(shí)，游客行為狀態(tài)更新規(guī)則為：

(5)

游客5個(gè)行為狀態(tài)信息的更新規(guī)則解釋如下：t′時(shí)刻，游客n的位置為，t時(shí)刻的位置加上t時(shí)刻的速度與時(shí)間片Δt的乘積；當(dāng)游客間距離小于公眾距離上限7.5 m時(shí)，游客n的速度為t時(shí)刻的速度加上t時(shí)刻的加速度與時(shí)間片Δt的乘積，當(dāng)游客間距離大于公眾距離上限7.5 m時(shí)，游客n的速度保持t時(shí)刻的速度不變；當(dāng)游客間距離小于公眾距離上限7.5 m時(shí)，游客n的加速度，由式(1)確定，當(dāng)游客間距離大于公眾距離上限7.5 m時(shí)，游客n的加速度為0；游客n的游客間距離為前面游客的位置與自己的位置的差；敏感系數(shù)在t時(shí)刻敏感系數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前的擁堵程度，進(jìn)行調(diào)整，函數(shù)φ(·)為敏感系數(shù)調(diào)整函數(shù)。

根據(jù)式(4)和式(5)定義的狀態(tài)更新規(guī)則可以得到下一時(shí)刻游客的行為狀態(tài)信息。對(duì)仿真客流對(duì)象中，每一個(gè)游客都完成游客行為狀態(tài)信息后，仿真系統(tǒng)就進(jìn)入新的仿真時(shí)刻。以新的仿真時(shí)刻狀態(tài)信息為基礎(chǔ)，利用狀態(tài)更新規(guī)則，可以得到更下一刻游客的行為狀態(tài)信息。不同時(shí)刻，游客的行為狀態(tài)信息鏈接在一起，就構(gòu)成了游客行為隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程。仿真系統(tǒng)可以通過(guò)游客行為狀態(tài)信息變化，推導(dǎo)出觀察變量的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程。

3 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 客流仿真系統(tǒng)框架

客流仿真系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。客流用一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)表示。鏈表中的每一個(gè)元素表示一個(gè)游客。游客模型包括式(2)定義的5個(gè)游客行為狀態(tài)信息，和一個(gè)用于構(gòu)建鏈表機(jī)構(gòu)的指針。鏈表表頭指針V_flow_Ptr用于鏈表的遍歷和狀態(tài)更新操作。

圖1 客流仿真系統(tǒng)架構(gòu)

每隔一個(gè)仿真時(shí)間片Δt，控制器判斷是否需要產(chǎn)生一個(gè)游客模型。如果需要產(chǎn)生，則生成一個(gè)游客模型，并完成初始化，然后通過(guò)鏈表表頭指針V_flow_Ptr，將游客模型加入客流鏈表。完成鏈表維護(hù)后，開(kāi)始鏈表狀態(tài)信息更新，利用當(dāng)前各個(gè)游客模型的狀態(tài)信息和式(4)和式(5)定義的狀態(tài)更新規(guī)則，遍歷鏈表，更新所有游客模型的行為狀態(tài)信息，得到t′時(shí)刻的游客的狀態(tài)。若更新后的游客位置超出了景區(qū)路徑的長(zhǎng)度，則將游客模型從鏈表中去除，表示游客已經(jīng)離開(kāi)景區(qū)。

控制器還在遍歷客流鏈表的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)觀察變量的值，并將觀察到的值，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。本文利用較為輕量簡(jiǎn)便的Excel作為仿真結(jié)果保存數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 游客進(jìn)入景區(qū)和景點(diǎn)駐留的仿真實(shí)現(xiàn)

控制器判斷是否須要生成一個(gè)新的游客模型的依據(jù)是，是否有新的游客進(jìn)入景區(qū)。游客進(jìn)入景區(qū)的過(guò)程是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。根據(jù)排隊(duì)理論，此類(lèi)隨機(jī)過(guò)程是一個(gè)典型的泊松分布，即游客進(jìn)入景區(qū)的時(shí)間服從指數(shù)分布λe-λx，期望為1/λ。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：由指數(shù)分布生成一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，作為游客進(jìn)入景區(qū)的時(shí)間。在仿真時(shí)間片更新時(shí)，對(duì)比隨機(jī)時(shí)間和當(dāng)前的仿真時(shí)間，如果隨機(jī)時(shí)間小于仿真時(shí)間，則生成新的游客模型，加入隊(duì)列，表示游客進(jìn)入景區(qū)。

在更新游客模型狀態(tài)信息的過(guò)程中，對(duì)于每一個(gè)游客模型，看其是否經(jīng)過(guò)一個(gè)景點(diǎn)，如果經(jīng)過(guò)景點(diǎn)，則按照景點(diǎn)對(duì)游客類(lèi)型的吸引力，以一定概率將游客模型從鏈表取出，保存在景區(qū)逗留庫(kù)中。然后，從景區(qū)逗留庫(kù)中，選取逗留時(shí)間最長(zhǎng)的游客模型，以一定概率返回鏈表。返回的行為狀態(tài)與取出時(shí)相同。景點(diǎn)駐留時(shí)間可以通過(guò)Pow-Law分布式實(shí)現(xiàn)，少數(shù)的景點(diǎn)吸引了大多數(shù)的游客，而大多數(shù)的景點(diǎn)吸引了較少的游客，即所謂的“扎堆”現(xiàn)象。這在實(shí)際的景區(qū)景點(diǎn)統(tǒng)計(jì)中也是比較常見(jiàn)的。

3.3 游客對(duì)公眾距離變化的敏感程度的模擬

不同的游客對(duì)公眾距離變化的敏感程度不同，并且與所處的環(huán)境也有很大關(guān)系。本文首先根據(jù)大數(shù)定理，將不同游客自身對(duì)公眾距離變化的敏感程度用一個(gè)服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量表示，即an～N(μ,δ2)。在控制器生成游客模型時(shí)，通過(guò)該正態(tài)分布，為游客生成一個(gè)敏感系數(shù)。在仿真過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)調(diào)整敏感系數(shù)，以反映游客所處環(huán)境的變化。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)游客所處環(huán)境越擁擠時(shí)，游客的敏感程度會(huì)增加，當(dāng)游客所處環(huán)境寬松時(shí)，其敏感程度為降低。因此，在仿真過(guò)程中，當(dāng)一段路段內(nèi)游客數(shù)量超過(guò)一定閾值時(shí)，以一定概率調(diào)整敏感系數(shù)，具體概率可以作為仿真參數(shù)，在仿真實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行設(shè)定。

借鑒跟馳模型，存在干擾時(shí)游客行進(jìn)速度調(diào)整函數(shù)V(·)可以用一個(gè)單調(diào)有界的非負(fù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。一般而言，游客間距大于7.5 m時(shí)，游客都以舒適速度行進(jìn)。步行而言，人類(lèi)的行進(jìn)速度為3.6 km/h[14]。如果景區(qū)增加旅游設(shè)施，如電瓶車(chē)、纜車(chē)等，這個(gè)速度可能會(huì)進(jìn)一步增加。當(dāng)游客間距小于7.5 m時(shí)，游客會(huì)放慢速度，以盡可能保持充分的公眾距離。因此，與跟馳模型一樣，本文選定雙曲正切函數(shù)tanh(·)作為函數(shù)V(·)，V(Δx)=ComfortableV×tanh(Δx/7.5)。Δx和ComfortableV定義同前。

4 景區(qū)擁堵仿真實(shí)驗(yàn)分析

本文實(shí)現(xiàn)了景區(qū)客流動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，并基于該系統(tǒng)開(kāi)展仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為：聯(lián)想Thinkpad T450S、Windows 7操作系統(tǒng)，Visual Studio 2017編譯環(huán)境。本文首先通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了模型的有效性；其次，驗(yàn)證了景區(qū)交通設(shè)施改進(jìn)對(duì)擁堵的影響；最后，驗(yàn)證了景區(qū)景點(diǎn)分布對(duì)擁堵的影響。

4.1 仿真模型有效性驗(yàn)證

本文通過(guò)構(gòu)建一個(gè)小型的街心公園的仿真模型(小型景點(diǎn)便于連續(xù)搜集觀察數(shù)據(jù))，并通過(guò)仿真數(shù)據(jù)與日常觀察數(shù)據(jù)的對(duì)比，對(duì)仿真模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。我們選定一個(gè)街心公園為樣本，構(gòu)建仿真模型。景區(qū)道路長(zhǎng)度L=2 000 m，連接各景點(diǎn)的不同道路合成為一條道路，游客對(duì)公眾距離變化的敏感系數(shù)生成隨機(jī)函數(shù)的期望為0.7，道路以步行為主，因此，舒適速度設(shè)定為1 m/s，即3.6 km/h(人類(lèi)平均步行速度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，離散時(shí)間仿真步長(zhǎng)Δt=0.001 s，即微秒級(jí)，仿真時(shí)間為1 800 s。

模型通過(guò)模擬不同入園流量下的景區(qū)擁堵情況變化驗(yàn)證模型的有效性。根據(jù)觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，夏季周末晚上為入園高峰期，平均值每分鐘60人，對(duì)應(yīng)平均入園時(shí)間間隔為1 s。春秋季周末上下午時(shí)間為正常入園流量，平均為每分鐘入園1人，對(duì)應(yīng)平均入園時(shí)間間隔為60 s。仿真以平均入園時(shí)間間隔為期望，以指數(shù)分布模擬游客入園。仿真結(jié)果如圖2所示。仿真結(jié)果為1 400次仿真實(shí)驗(yàn)的平均值。

(a) 客流變化下的游客間距分布

(b) 客流變化下的游客行進(jìn)速度分布圖2 模型有效性驗(yàn)證仿真結(jié)果

由圖2(a)可以看到，在入園游客時(shí)間間隔為60 s時(shí)，游客間距離呈現(xiàn)隨機(jī)分布，但是大都維持在7.5 m以上,游客間相互影響不大，園內(nèi)擁堵情況不明顯。隨著游客入園時(shí)間間隔的逐漸縮短，園內(nèi)游客間距離逐漸縮短，當(dāng)游客入園時(shí)間間隔為1 s時(shí)，游客間距離主要集中在2 m左右，小于7.5 m，游客之間開(kāi)始相互影響，擁堵現(xiàn)象開(kāi)始明顯顯現(xiàn)。仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)情況接近。

游客行進(jìn)速度分布由圖2(b)顯示?？梢钥吹?，在游客入園時(shí)間間隔為60 s時(shí)，大多數(shù)游客都維持在舒適的行進(jìn)速度，即1 m/s左右。當(dāng)游客入園時(shí)間間隔為1 s時(shí)，游客行進(jìn)速度開(kāi)始出現(xiàn)明顯的隨機(jī)化降低?？土髁块_(kāi)始出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，擁堵跡象逐步明顯。這與實(shí)際情況接近，夏季節(jié)假日晚上，公園內(nèi)游客間相互影響增加。

4.2 景區(qū)設(shè)施優(yōu)化對(duì)擁堵的影響仿真

一些景區(qū)，通過(guò)引入一些設(shè)施，提高游客體驗(yàn)，如建設(shè)纜車(chē)、提供游覽電瓶車(chē)等服務(wù)。這些設(shè)施客觀上提高了游客的舒適游覽速度。考慮香山八大處等景區(qū)，纜車(chē)一般為18 min單程，步行登山大約180 min。從索道起點(diǎn)到山頂大約在2 000 m。分別設(shè)定兩次仿真實(shí)驗(yàn)的舒適游覽速度分別為0.3 m/s(模擬山地步行速度)和3 m/s(模擬纜車(chē))。仿真結(jié)果如圖3所示。游客平均入園時(shí)間間隔為10 s。

(a) 不同舒適游覽速度下的游客間距分布

(b) 不同舒適游覽速度下的游客行進(jìn)速度分布圖3 景區(qū)設(shè)施優(yōu)化仿真結(jié)果

圖3(a)顯示，在舒適速度為0.3 m/s時(shí)，游客間距離集中于一個(gè)較小的取值范圍，景區(qū)擁堵現(xiàn)象開(kāi)始明顯。隨著舒適速度逐步增加到3 m/s時(shí)，游客間距離又開(kāi)始在一個(gè)較大取值范圍內(nèi)分布，擁堵現(xiàn)象明顯緩解。圖3(b)顯示，當(dāng)舒適游覽速度增加時(shí)，游客的行進(jìn)總體速度明顯增加。不同于客流量對(duì)擁堵的影響，舒適游覽速度提升雖然緩解了擁堵，但是游客行進(jìn)速度分布卻更加隨機(jī)。

圖3的仿真結(jié)果說(shuō)明，電瓶車(chē)、纜車(chē)、索道等設(shè)施的引入，不僅能增加游客游覽的舒適程度，而且能夠有效地緩解景區(qū)的擁堵，增加景區(qū)游客的承載能力。

4.3 景點(diǎn)分布對(duì)擁堵過(guò)程的影響仿真

本文繼續(xù)擴(kuò)大景區(qū)仿真規(guī)模，分析景點(diǎn)分布變化對(duì)景區(qū)擁堵過(guò)程的影響。設(shè)定景區(qū)為一個(gè)大型景區(qū)，景區(qū)道路長(zhǎng)度為100 km，包含100個(gè)景點(diǎn)。分別采用均勻分布和Pow-Law分布模擬景點(diǎn)吸引力，即游客在景點(diǎn)的駐留時(shí)間分布。在兩種分布情況下，游客的平均景點(diǎn)駐留時(shí)間相同。景點(diǎn)的空間分布，即在道路上的位置，均采用隨機(jī)正態(tài)分布。通過(guò)對(duì)比兩個(gè)場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，分析景區(qū)景點(diǎn)分布對(duì)擁堵過(guò)程的影響?？紤]大型景區(qū)，游客游覽速度為步行和非步行混合，設(shè)定游覽速度為以5 m/s為期望的正態(tài)分布。游客平均入園時(shí)間間隔為10 s。仿真結(jié)果如圖4所示。

(a) 不同景點(diǎn)吸引力分布下的游客間距分布

(b) 不同景點(diǎn)吸引力分布下的游客行進(jìn)速度分布圖4 景點(diǎn)吸引力分布變化仿真結(jié)果

根據(jù)圖4，在仿真開(kāi)始階段，兩種景點(diǎn)吸引力分布差不多，但是隨著仿真過(guò)程不斷推進(jìn)，隨機(jī)分布的擁堵過(guò)程明顯好于Pow-Law分布。隨機(jī)分布情況下，游客間平均距離逐漸收縮到7.5 m以上，平均行進(jìn)速度也逐漸開(kāi)始向舒適行進(jìn)速度靠攏。仿真結(jié)果說(shuō)明合理分布景區(qū)的景點(diǎn)能夠有效緩解景區(qū)內(nèi)擁堵。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一個(gè)景區(qū)微觀客流動(dòng)態(tài)仿真模型：基于跟馳模型，對(duì)構(gòu)成景區(qū)客流的游客個(gè)體行為建模；通過(guò)疊加游客個(gè)體行為模型，構(gòu)建整體的景區(qū)客流仿真模型；采用離散時(shí)間仿真的方法構(gòu)建整體客流隨時(shí)間動(dòng)態(tài)演進(jìn)的過(guò)程。該模型具有物理含義直觀，能考慮更多隨機(jī)細(xì)節(jié)等特點(diǎn)，能夠?yàn)榫皡^(qū)客流擁堵管理提供更為有效的分析驗(yàn)證支持。本文通過(guò)客流變化仿真驗(yàn)證了仿真模型的有效性，并對(duì)景區(qū)設(shè)施改進(jìn)和游客行為規(guī)范對(duì)擁堵的影響進(jìn)行了仿真分析。

本文在一些細(xì)節(jié)行為模擬方面進(jìn)行了簡(jiǎn)化，如景區(qū)景點(diǎn)的分布、景區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、左右平行方向的游客行為干擾等。在后續(xù)的工作中，我們將繼續(xù)就這些問(wèn)題，不斷完善仿真模型，并基于大規(guī)模景區(qū)觀察數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)模型關(guān)鍵參數(shù)。