軌道交通閘機(jī)通過(guò)能力差異性影響因素研究

才 溢, 周 然, 杜恬恬, 侯 宇

(北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 運(yùn)營(yíng)四分公司, 北京 100102)

收稿日期: 2023-07-25.

作者簡(jiǎn)介: 才 溢(1982—), 男, 碩士, 高級(jí)工程師, 研究方向?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄟ\(yùn)營(yíng)管理. E-mail: caiyigra10@163.com.

0 引言

軌道交通車站閘機(jī)是分割付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)的物理屏障,乘客采用刷卡、刷碼、投卡等方式通過(guò)寬型或窄型閘機(jī). 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研,乘客采用不同付費(fèi)姿勢(shì)時(shí),通過(guò)閘機(jī)的能力存在差異. 在國(guó)際研究領(lǐng)域,渡邊健太郎等[1]研究了影響乘客使用智能手機(jī)刷閘過(guò)機(jī)的因素,包括個(gè)人因素及其他人之間的互相影響因素. Fang Yong等[2]從地鐵站閘機(jī)設(shè)施類型、行人流量、換道行為三要素研究了乘客刷閘過(guò)機(jī)擁堵的原因. Kim, Dong Young等[3]通過(guò)優(yōu)化地鐵車站閘機(jī)用戶界面來(lái)提高乘客的通過(guò)速率和準(zhǔn)確性,取得了一定成果. 在國(guó)內(nèi)研究領(lǐng)域,馬超群等[4]根據(jù)不同支付方式的乘客比例計(jì)算檢票閘機(jī)通過(guò)能力,結(jié)果表明移動(dòng)支付下檢票閘機(jī)通過(guò)能力比刷卡支付下小. 吳嬌蓉等[5]通過(guò)對(duì)上海市地鐵車站乘客通過(guò)三桿式閘機(jī)的過(guò)程進(jìn)行研究,表明影響因素主要為攜帶包裹大小、刷卡方式、乘客群體,結(jié)果表明乘客使用磁卡和非接觸式一卡通出閘時(shí)存在顯著性差異. 劉雙慶等[6]采用視頻逐幀回放的方式,統(tǒng)計(jì)乘客屬性、閘機(jī)屬性、統(tǒng)計(jì)乘客連續(xù)檢票刷卡的間隔時(shí)間和乘客通過(guò)閘機(jī)的時(shí)間,計(jì)算乘客通過(guò)閘機(jī)速度和閘機(jī)通過(guò)能力. 此外,根據(jù)已有文獻(xiàn)顯示,乘客在選擇閘機(jī)通過(guò)時(shí),有隊(duì)列的選擇偏好[7]. 雖然國(guó)內(nèi)外均有文獻(xiàn)對(duì)乘客通過(guò)閘機(jī)這一行為進(jìn)行研究,但主要集中在閘機(jī)通過(guò)能力方面,鮮有對(duì)乘客過(guò)機(jī)能力差異進(jìn)行研究的內(nèi)容,本文以乘客通過(guò)閘機(jī)能力的差異性作為研究對(duì)象,探討影響乘客刷閘過(guò)機(jī)的影響因素并制定相應(yīng)措施以提高通過(guò)效率.

1 車站現(xiàn)場(chǎng)條件

軌道交通閘機(jī)分為進(jìn)站閘機(jī)、出站閘機(jī),從運(yùn)營(yíng)方向分可分為單向閘機(jī)、雙向閘機(jī),無(wú)論閘機(jī)按何種類型進(jìn)行劃分,其性質(zhì)相同,只是使用上存在差別,當(dāng)前區(qū)分乘客進(jìn)站方式主要依靠乘客支付方式的不同或按照刷閘動(dòng)作進(jìn)行區(qū)分. 本文按照乘客通過(guò)閘機(jī)時(shí)刷卡、刷碼、投卡的動(dòng)作不同進(jìn)行分析.

1.1 乘客過(guò)機(jī)流程

當(dāng)乘客到達(dá)位置①時(shí)準(zhǔn)備好票卡準(zhǔn)備刷卡或刷碼,付費(fèi)完成后閘機(jī)門打開(kāi),經(jīng)過(guò)區(qū)域②,穿過(guò)區(qū)域③跨過(guò)閘機(jī),到達(dá)位置④時(shí)完成整個(gè)過(guò)閘動(dòng)作,如圖1所示.

圖1 乘客過(guò)機(jī)示意圖

1.2 刷閘動(dòng)作區(qū)分

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,乘客過(guò)機(jī)時(shí)主要采取刷卡、刷碼、投卡3種方式完成刷閘動(dòng)作,這3種動(dòng)作在閘機(jī)上的操作區(qū)域不同,動(dòng)作有區(qū)別,如圖2所示.

圖2 刷閘區(qū)域圖

區(qū)域①為乘客使用IC卡或手機(jī)NFC功能刷閘過(guò)機(jī)的區(qū)域,當(dāng)乘客將RIFD卡貼近該區(qū)域時(shí),閘機(jī)接收信號(hào)打開(kāi)扇門,此種過(guò)機(jī)方式的要領(lǐng)是IC卡要與閘機(jī)感受器信號(hào)區(qū)域重合. 區(qū)域②為乘客使用手機(jī)二維碼刷閘過(guò)機(jī)的區(qū)域,乘客在二維碼接收器前一定距離出示二維碼,閘機(jī)接收信號(hào)打開(kāi)扇門,該過(guò)機(jī)方式的要領(lǐng)是出示二維碼時(shí)需要乘客手部保持穩(wěn)定,二維碼保持與接收器存在適當(dāng)距離. 區(qū)域③為乘客使用單程票投卡出站的位置,此方法要求乘客準(zhǔn)確將卡片插入讀卡器,實(shí)踐中存在插卡不準(zhǔn)的情況.

2 乘客刷閘動(dòng)作樣本量統(tǒng)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及數(shù)據(jù)篩選

本次研究的過(guò)閘數(shù)據(jù)取自北京軌道交通昌平站2022年4月某工作日車站晚高峰1 h出站客流,驗(yàn)證數(shù)據(jù)取自該站2022年9月某工作日車站晚高峰1 h出站客流. 采用視頻回放的方式逐幀對(duì)乘客刷卡動(dòng)作、性別、閘機(jī)選擇等條件進(jìn)行分類,統(tǒng)計(jì)每個(gè)人的過(guò)機(jī)時(shí)間,同時(shí)在數(shù)據(jù)篩選過(guò)程中,將部分由于乘客個(gè)人原因造成的諸如票卡掉落、票卡使用錯(cuò)誤等樣本予以清除,保證樣本統(tǒng)計(jì)量均符合票卡使用要求,如表1所示.

由于投卡方式所占比例過(guò)小,因此本次研究不包括該項(xiàng)及所附內(nèi)容. 為體現(xiàn)差異性,在統(tǒng)計(jì)樣本量時(shí)按照性別、刷閘方式、閘機(jī)寬窄等條件進(jìn)行了區(qū)分,性別以男、女代替,寬窄閘機(jī)以寬、窄代替,刷卡或刷碼以IC-NFC、刷碼代替,如表2所示.

表1 刷閘樣本量表

表2 過(guò)閘樣本類型比例 %

2.2 過(guò)閘方式正態(tài)性驗(yàn)證

為體現(xiàn)不同過(guò)閘方式、性別及閘機(jī)物理狀態(tài)對(duì)乘客通過(guò)閘機(jī)能力的影響,首先使用SPSS軟件對(duì)不同類型樣本進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),如表3所示.

表3 過(guò)閘時(shí)間正態(tài)性檢驗(yàn)

經(jīng)檢驗(yàn),各刷閘分類的KS檢驗(yàn)顯著性值均小于0.05,不符合正態(tài)分布.

3 樣本過(guò)閘能力差異性比較

3.1 過(guò)閘均值

根據(jù)樣本量,可計(jì)算4月各類型過(guò)閘時(shí)間均值,如表4所示.

表4 各類型過(guò)閘能力描述

由于乘客過(guò)閘方式主要分為刷卡和刷碼,由加權(quán)平均可知以刷卡方式通過(guò)閘機(jī)的時(shí)間均值為2.709 3 s,以刷碼方式通過(guò)閘機(jī)的時(shí)間均值為2.915 4 s.

由于數(shù)據(jù)體現(xiàn)非正態(tài)性,為進(jìn)一步體現(xiàn)各不同類型過(guò)閘能力在不同維度的差異性體現(xiàn),選擇曼-惠特尼U檢驗(yàn)檢驗(yàn)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

假設(shè):

H0:μ=μ0(相比較的兩總體的分布無(wú)顯著差異)

H1:μ≠μ0(相比較的兩總體的分布有顯著差異)

3.2 基于使用者特征的差異性表現(xiàn)

基于性別的差異性比較,以閘機(jī)寬、窄和刷閘方式作為維度體現(xiàn)男、女乘客基于性別的過(guò)閘能力差異如表5所示.

從表5中可看出,在通過(guò)窄閘機(jī)時(shí),無(wú)論使用刷卡還是刷碼方式,男性和女性均體現(xiàn)顯著性.

3.3 基于閘機(jī)特性的差異性比較

3.3.1 基于不同刷閘方式的差異性比較

基于不同刷閘方式,檢驗(yàn)同性乘客通過(guò)寬窄閘機(jī)的差異性如表6所示.

從表6可看出,男性在通過(guò)窄閘機(jī)時(shí),在使用刷卡或刷碼方式上存在顯著性差異,而女性在通過(guò)寬、窄閘機(jī)時(shí),無(wú)論使用刷卡或刷碼方式均存在顯著性差異.

3.3.2 基于閘機(jī)寬度的差異性比較

基于閘機(jī)寬度,體現(xiàn)以性別和刷閘方式為維度的差異性如表7所示.

表5 基于性別的差異化比較

表6 基于不同刷閘方式的差異化比較

表7 基于閘機(jī)寬度的差異化比較

從表7可看出,女性無(wú)論使用刷卡或刷碼方式通過(guò)寬、窄閘機(jī)時(shí),均體現(xiàn)顯著性差異.

由此可看出,基于性別(男/女)、閘機(jī)(寬/窄)、方式(刷卡/刷碼)三要素之間的過(guò)閘時(shí)間存在顯著性差異,為進(jìn)一步描述這三要素之間圍繞過(guò)閘時(shí)間是否存在相互影響、干擾,擬進(jìn)行調(diào)節(jié)中介效應(yīng)分析.

3.4 調(diào)節(jié)中介效應(yīng)分析

調(diào)節(jié)中介作用同時(shí)考慮中介變量和調(diào)節(jié)作用,其核心是中介作用,基于中介作用基礎(chǔ)上再進(jìn)一步討論調(diào)節(jié)作用. 調(diào)節(jié)中介分析時(shí),中介作用的檢驗(yàn)使用bootstrap法,即檢驗(yàn)bootstrap 95%置信區(qū)間是否包括數(shù)字0,如果包括數(shù)字0,那么說(shuō)明沒(méi)有中介作用,反之如果說(shuō)bootstrap 95%置信區(qū)間不包括數(shù)字0,則說(shuō)明具有中介作用. 除此之外,X對(duì)于Y的影響關(guān)系即調(diào)節(jié)作用(直接效應(yīng))也會(huì)進(jìn)行分析,但其重要性較低,因?yàn)楹诵年P(guān)注點(diǎn)在于中介和調(diào)節(jié)中介. 本次調(diào)節(jié)中介作用分析按照Process程序編制的模型4進(jìn)行,因變量(Y)為基于不同自變量(X)的過(guò)閘時(shí)間,自變量(X)、中介變量(M)、調(diào)節(jié)變量(Z)為①性別(男/女)②閘機(jī)(寬/窄)③方式(刷卡/刷碼)三者的組合,結(jié)果如表8所示.

考察中介作用時(shí),如果間接效應(yīng)值的95%區(qū)間(BootCI,其中BootLICI為下限值,BootULCI為上限值)值不包括數(shù)字0,則說(shuō)明具有中介效應(yīng). 考察調(diào)節(jié)作用時(shí),如果某項(xiàng)的p值小于0.05,則說(shuō)明呈現(xiàn)出顯著性即調(diào)節(jié)作用存在. 由表8可知,在考慮中介效用時(shí),只有在閘機(jī)(寬/窄)作為性別(X)對(duì)過(guò)閘時(shí)間(Y)的中介變量時(shí),不具有中介效應(yīng),其他情況下的中介變量(M)均在自變量(X)和因變量(Y)的條件下產(chǎn)生中介效應(yīng). 在考慮調(diào)節(jié)效用時(shí),只有閘機(jī)(寬/窄)和性別(男/女)在低水平作為性別(X)對(duì)過(guò)閘時(shí)間(Y)的調(diào)節(jié)變量時(shí),不具有調(diào)節(jié)效應(yīng),其他情況下的調(diào)節(jié)變量(Z)均在自變量(X)和因變量(Y)的條件下產(chǎn)生調(diào)節(jié)效應(yīng).

由此可看出,基于閘機(jī)(寬/窄)、性別(男/女)、方式(刷卡/刷碼)三因素互為自變量(X)、因變量(Y)、中介變量(M)、調(diào)節(jié)變量(Z)時(shí),對(duì)過(guò)閘時(shí)間產(chǎn)生了較強(qiáng)的作用,因此認(rèn)為這三因素可作為差異性影響因素.

4 差異性影響因素分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究可發(fā)現(xiàn),正常健康男女各年齡層平衡能力存在差異[8],高校宿舍出入口閘機(jī)寬度對(duì)人的過(guò)閘時(shí)間有影響[9],性別及年齡段的差別,指、手部運(yùn)動(dòng)存在差異[10].

為找到本次研究?jī)?nèi)容的閘機(jī)通過(guò)能力差異性影響因素,結(jié)合已有文獻(xiàn)內(nèi)容,采取專業(yè)人員打分法的方式發(fā)放《乘客過(guò)閘差異化打分表》調(diào)查問(wèn)卷,本次調(diào)查面向軌道交通昌平線87名站務(wù)崗員工. 問(wèn)卷內(nèi)容在涉及重要程度權(quán)重比例的問(wèn)題上,采用李克特五級(jí)量表,設(shè)置非常重要、重要、一般重要、基本不重要、不重要5個(gè)等級(jí). 通過(guò)對(duì)參與調(diào)查的員工結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況所答問(wèn)卷進(jìn)行比例分析,可得到如下結(jié)果,如表9所示.

首先分析α系數(shù),如果此值高于0.8,則說(shuō)明信度高;其次分析KMO值,如果此值高于0.8,則說(shuō)明研究數(shù)據(jù)效度較好,因此問(wèn)卷符合分析要求.

根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷得分,影響各類型過(guò)閘時(shí)間的因素主要如下,如表10所示.

表10 主要影響因素表

4.1 男女性別差異

如圖1所示,本次統(tǒng)計(jì)乘客通過(guò)閘機(jī)的時(shí)間參數(shù)是由位置①移動(dòng)到位置④所用時(shí)間,由于乘客在位置①停頓刷卡,因此閘機(jī)扇門打開(kāi)后乘客是由位置①啟動(dòng),考慮主要影響因素為基于性別的步幅、步速. 同時(shí)本文的樣本統(tǒng)計(jì)量來(lái)源為工作日晚高峰通勤時(shí)段,乘客主要為成年男、女. 根據(jù)胡明偉等做的軌道交通車站客運(yùn)組織仿真研究可知[11],男女步速如表11所示.

表11 男女步速步幅表

由表11內(nèi)容可知,基于男女性別通過(guò)閘機(jī)時(shí)間的差異化影響因素主要為步速、步幅等.

4.2 閘機(jī)寬度差異

步行環(huán)境中有許多不同的設(shè)施,如房間、門、障礙物和分隔帶等. 行人的運(yùn)動(dòng)必然受到這些幾何物體的約束,也就是行人要與這些幾何約束交互,并作出反應(yīng),采取不同的交通行為[12]. 經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)昌平站閘機(jī)寬度,寬閘機(jī)為0.95 m,窄閘機(jī)為0.55 m,通勤客流中主要為上班族,普遍攜帶挎包,根據(jù)人機(jī)工程學(xué)中的人體負(fù)重時(shí)運(yùn)動(dòng)通行的尺寸,一手提物或環(huán)抱輕物時(shí)通行寬度為0.7～0.8 m[13]. 在此情況下,寬閘機(jī)滿足一般乘客通行需求,但是乘客通過(guò)窄閘機(jī)時(shí)需要側(cè)身通過(guò),多余動(dòng)作增加了乘客通過(guò)窄閘機(jī)的時(shí)間成本,這也與現(xiàn)場(chǎng)觀察到的情況相一致.

4.3 乘客熟練程度

乘客出站時(shí)在閘機(jī)上操作的刷卡、刷碼區(qū)域不同,使用不熟練的乘客往往找不準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的位置,還存在反復(fù)調(diào)整刷閘姿勢(shì)的情況. 由于乘客刷閘時(shí)需要將一卡通、二維碼與讀卡區(qū)域、讀碼區(qū)域重合方可通過(guò)閘機(jī),這就需要乘客擺放一卡通或二維碼位置正確. 當(dāng)閘機(jī)信號(hào)接收器未讀取到的數(shù)據(jù)時(shí),閘機(jī)扇門不開(kāi),但是處理器已經(jīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)處理時(shí)長(zhǎng),經(jīng)過(guò)乘客調(diào)整刷閘手勢(shì)后,閘機(jī)信號(hào)接收器重新循環(huán) 1個(gè)操作周期,操作正確后乘客通行,閘機(jī)處理車票信息的時(shí)長(zhǎng)即為等待時(shí)間.

4.4 刷卡及刷碼動(dòng)作

經(jīng)動(dòng)素分析并結(jié)合視頻回放,刷卡動(dòng)素與刷碼動(dòng)素有4點(diǎn)不同:①刷碼時(shí)需要二維碼與讀碼器呈平行角度并保持規(guī)定距離(5～10 cm)閘機(jī)方可開(kāi)閘,因此在刷碼時(shí)需要將手機(jī)與二維碼接收器進(jìn)行“預(yù)定位”操作,因此刷碼比刷卡多一步輔助性操作[13];②刷卡動(dòng)素分析中“持住”操作使用了RIDF射頻技術(shù),乘客在將一卡通卡放置在刷卡區(qū)域時(shí),可物理貼近刷卡區(qū),無(wú)最小接觸距離要求,此操作比刷碼動(dòng)素中的“持住”要求低,更易于操作;③在“握取”操作中,刷卡時(shí)卡或手機(jī)和刷卡區(qū)域與地面呈平面,而刷碼時(shí)手機(jī)和刷碼區(qū)域與地面呈垂直角度,在視頻回放時(shí)可看出乘客明顯在使用二維碼時(shí)使用手機(jī)更加謹(jǐn)慎,造成使用時(shí)間延長(zhǎng).

5 差異化研究對(duì)客運(yùn)組織的促進(jìn)

進(jìn)行閘機(jī)通過(guò)能力的差異化研究,主要目的在于有針對(duì)性地提升車站整體通行能力. 當(dāng)乘客進(jìn)入車站后,閘機(jī)作為付費(fèi)區(qū)、非付費(fèi)區(qū)的邊界,乘客需要在閘機(jī)處完成付費(fèi),這是車站環(huán)境中重要的設(shè)施限制. 有針對(duì)性的采取提高通行能力的措施,可幫助車站增加客流瓶頸閾值,提升客運(yùn)組織水平.

5.1 車站環(huán)境設(shè)施改進(jìn)

軌道交通車站在裝修過(guò)程中,為整體效果美觀,多用光面大理石材料地板,根據(jù)人機(jī)工程學(xué)參數(shù)中步速、步頻的相關(guān)內(nèi)容,人體在不同摩擦系數(shù)的地面行走速度不一樣,適當(dāng)提高摩擦系數(shù)可提高乘客通過(guò)閘機(jī)的速度,這一點(diǎn)可在閘機(jī)通道鋪設(shè)防滑條來(lái)實(shí)現(xiàn).

5.2 優(yōu)化閘機(jī)間隔距離

針對(duì)閘機(jī)寬度的問(wèn)題,之所以限制閘機(jī)通道寬度,主要還是因?yàn)檐壍澜煌ㄜ囌臼芙ㄖ娣e限制,尤其是早期的北京地鐵1號(hào)線、2號(hào)線,在建設(shè)時(shí)實(shí)難想到現(xiàn)在要擔(dān)負(fù)起城市大動(dòng)脈的作用,但是隨著2007年北京地鐵5號(hào)線建設(shè)以來(lái),軌道交通設(shè)計(jì)目的明確,可在有條件的車站將部分窄閘機(jī)置換為寬閘機(jī),擴(kuò)大閘機(jī)通道寬度,方便乘客通行.

5.3 提高乘客操作方便性

乘客刷閘操作效率低主要原因?yàn)樗㈤l功能區(qū)集中,不易區(qū)分刷閘區(qū)域,乘客存在誤操作及定位偏差. 針對(duì)此問(wèn)題,可對(duì)閘機(jī)刷閘區(qū)域進(jìn)行人機(jī)交互界面設(shè)計(jì),以不同色標(biāo)區(qū)分刷卡或刷碼位置,提高乘客區(qū)分度.

6 效果驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)前期環(huán)境整改,對(duì)目標(biāo)車站進(jìn)行了閘機(jī)通道防滑條鋪設(shè)、閘機(jī)操作區(qū)域顏色標(biāo)識(shí)的改進(jìn),在對(duì)9月某日同一時(shí)段過(guò)閘數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表12所示.

表12 改進(jìn)后各類型過(guò)閘能力描述

由加權(quán)平均可知9月采取改進(jìn)措施后,刷卡方式通過(guò)閘機(jī)的時(shí)間均值為2.413 2 s,刷碼方式通過(guò)閘機(jī)的時(shí)間均值為2.664 3 s,經(jīng)與4月未采取措施時(shí)的數(shù)據(jù)相比通過(guò)能力分別提高了10.93%和8.62%.

7 展望

隨著軌道交通設(shè)備智能化的提高,新技術(shù)、新設(shè)備的使用,人臉識(shí)別技術(shù)已應(yīng)用在乘客通過(guò)閘機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)并取得了可行性驗(yàn)證. 以軌道交通昌平線昌平站為例,現(xiàn)已安裝了閘機(jī)人臉識(shí)別設(shè)備用于乘客通行的驗(yàn)證試驗(yàn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的人臉識(shí)別產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書(shū)顯示設(shè)備完成1次人臉識(shí)別用時(shí)小于0.3 s,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的閘機(jī)規(guī)格書(shū)顯示閘機(jī)扇門完成1次打開(kāi)動(dòng)作用時(shí)0.4 s. 人臉識(shí)別設(shè)備對(duì)人臉的識(shí)別距離為0.5～2 m,閘機(jī)全長(zhǎng)1.9 m,閘機(jī)扇門位于閘機(jī)的中部位置,男性、女性一般情況下步速為1.37、1.24 m/s,假設(shè)當(dāng)乘客已經(jīng)進(jìn)入閘機(jī)物理邊界時(shí)乘客距離閘機(jī)扇門為0.95 m,男性、女性邁過(guò)閘機(jī)扇門的時(shí)間分別為0.693 4、0.766 2 s,而在此情況下人臉識(shí)別設(shè)備完成1次數(shù)據(jù)處理及扇門打開(kāi)動(dòng)作用時(shí)小于0.7 s,在試驗(yàn)條件下滿足乘客不停頓通過(guò)閘機(jī)的通行能力要求,節(jié)省了刷卡或刷碼時(shí)需要在閘機(jī)前停頓并進(jìn)行操作的時(shí)間,并通過(guò)設(shè)備調(diào)試進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn),大大提高了閘機(jī)的通行能力,為車站客運(yùn)組織疏導(dǎo)瓶頸客流發(fā)揮巨大作用.