城市軌道交通樞紐乘客集散模型及微觀仿真理論.pdf

1、城市軌道交通是解決大城市交通問(wèn)題的主要手段，建設(shè)交通便捷、功能豐富、資源節(jié)約、環(huán)境友好的城市軌道交通樞紐是實(shí)現(xiàn)和諧交通的重要內(nèi)容。然而，目前國(guó)內(nèi)外在這類樞紐的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)上依然主要依靠靜態(tài)的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)辦法，無(wú)論在工程實(shí)踐上還是相關(guān)理論上都存在著一些不足：樞紐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)缺乏科學(xué)依據(jù)、樞紐的集散效率和服務(wù)水平無(wú)法準(zhǔn)確衡量、對(duì)乘客和交通環(huán)境的關(guān)系認(rèn)識(shí)不清楚等。解決這些問(wèn)題將為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新建和既有樞紐的客流負(fù)載能力提供技術(shù)指導(dǎo)和評(píng)價(jià)手段，為實(shí)現(xiàn)乘客與交

2、通的和諧發(fā)展提供理論和技術(shù)保障。本論文基于以上這些問(wèn)題，結(jié)合北京市城市軌道交通建設(shè)管理有限公司課題“北京市城市軌道交通宣武門(mén)、崇文門(mén)規(guī)劃樞紐布局評(píng)價(jià)”和國(guó)家自然科學(xué)基金課題“鐵路客運(yùn)專線換乘樞紐交通設(shè)計(jì)理論與方法”，對(duì)乘客在城市軌道交通樞紐內(nèi)部的集散理論和微觀仿真進(jìn)行研究。 本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外城市軌道交通樞紐乘客集散方面的研究做了詳細(xì)的綜述。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)已有研究的薄弱方面，圍繞城市軌道交通樞紐內(nèi)部設(shè)施的使用效率和乘客集散安全的

3、評(píng)估問(wèn)題，建立了摳紐乘客集散理論棲系框架。該理論體系以“點(diǎn)—線—網(wǎng)”和“乘客—乘客群—乘客流”為兩條主線，較全面地提出了乘客集散理論研究的基本內(nèi)容和方法論。本論文主要就該理論體系的基礎(chǔ)核心問(wèn)題—基于乘客集散行為的微觀仿真，展開(kāi)了深入研究。 通過(guò)組織大量的實(shí)地行人交通特性調(diào)查，開(kāi)發(fā)了半自動(dòng)行人交通數(shù)據(jù)視頻分析系統(tǒng)；對(duì)調(diào)查的交通參量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)分析了乘客的宏觀特性，從設(shè)施行為、流向行為、目的行為、擁擠行為、時(shí)段行為、安全疏散行

4、為等六方面研究了乘客在樞紐內(nèi)的微觀行為。研究了乘客集散的靜態(tài)分析方示，提出了樞紐中的沖突點(diǎn)分析、延誤分類界定及計(jì)算、瓶頸判別的理論與方法。 基于對(duì)乘客復(fù)雜的集散行為的認(rèn)識(shí)，本文對(duì)其中的關(guān)鍵行為—路徑選擇行為、移動(dòng)行為和碰撞規(guī)避行為建立了乘客集散模型，提出了一種逆向改進(jìn)型A*路徑選擇模型，并運(yùn)用動(dòng)態(tài)博弈和交換機(jī)制的方法解決了同步?jīng)Q策和交織死鎖問(wèn)題，該模型集多智能體(multi-agent)、元胞自動(dòng)機(jī)(cellular autom

5、ata)、社會(huì)力(social force)、駕駛行為(steetringbehavior)的優(yōu)勢(shì)于一體，具有更加廣泛的適應(yīng)性和更強(qiáng)的處理能力。 論文還首次提出了四元模型校驗(yàn)法，即運(yùn)用基本圖檢驗(yàn)、自組織再現(xiàn)、實(shí)際數(shù)據(jù)擬合、疏散經(jīng)驗(yàn)一致性校驗(yàn)四種方法綜合校驗(yàn)?zāi)Ｐ停鋬?yōu)點(diǎn)是能夠保證模型同時(shí)符合交通、自組織、實(shí)際數(shù)據(jù)和疏散等方面的要求，提高模型的準(zhǔn)確性。校驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的乘客集散模型是現(xiàn)有類似模型中唯一能夠完全通過(guò)四元校驗(yàn)法的模

6、型，證明了模型的可靠性。 為了使已經(jīng)建立的模型應(yīng)用于實(shí)際，論文系統(tǒng)研究了乘客集散仿真的兩種實(shí)現(xiàn)途徑：離散仿真和連續(xù)仿真，提出了運(yùn)用摳紐狀態(tài)矩陣變化實(shí)現(xiàn)乘客集散連續(xù)仿真模型離散化的研究思路，探討了運(yùn)用所提模型建立仿真模型時(shí)的一些關(guān)鍵技術(shù)，并提出了城市軌道交通樞紐集散評(píng)價(jià)標(biāo)冷。這些標(biāo)準(zhǔn)以仿真所能獲得的數(shù)據(jù)為自變量，從乘客集散的安全、效率和舒適三方面綜合反映了城市軌道交通樞紐的乘客集散能力。考慮到模型的實(shí)用性，利用所提出的數(shù)學(xué)模型建立

7、了基于多智能體的乘客集散微觀仿真模型，開(kāi)發(fā)了城市軌道交通乘客集散仿真軟件MTR-PedSIM。通過(guò)運(yùn)用該仿真軟件進(jìn)行大量的行人微觀仿真試驗(yàn)，進(jìn)一步研究了行人自組織行為產(chǎn)生的機(jī)理和本質(zhì)，提出了行人自組織現(xiàn)象產(chǎn)生的基本條件，建立了自組織參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，完善了行人流自組織理論。 最后，結(jié)合課題情況，論文分別就既有樞紐和新建樞紐兩個(gè)案例，模擬了乘客集散情況，并提出了樞紐內(nèi)瓶頸傳播的過(guò)程，獲得了災(zāi)難情況下人員疏散的時(shí)空轉(zhuǎn)移特性。仿真成