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現(xiàn)和諧交通的重要內(nèi)容。然而，目前國內(nèi)外在這類樞紐的設(shè)計和評價上依然主要依靠靜態(tài)的經(jīng)驗估計辦法，無論在工程實踐上還是相關(guān)理論上都存在著一些不足：樞紐設(shè)計標準缺乏科學依據(jù)、樞紐的集散效率和服務(wù)水平無法準確衡量、對乘客和交通環(huán)境的關(guān)系認識不清楚等。解決這些問題將為準確預(yù)測新建和既有樞紐的客流負載能力提供技術(shù)指導(dǎo)和評價手段，為實現(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、崇文門規(guī)劃樞紐布局評價”和國家自然科學基金課題“鐵路客運專線換乘樞紐交通設(shè)計理論與方法”，對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行研究。 本文首先對國內(nèi)外城市軌道交通樞紐乘客集散方面的研究做了詳細的綜述。在此基礎(chǔ)上，針對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、評估問題，建立了摳紐乘客集散理論棲系框架。該理論體系以“點—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)核心問題—基于乘客集散行為的微觀仿真，展開了深入研究。 通過組織大量的實地行人交通特性調(diào)查，開發(fā)了半自動行人交通數(shù)據(jù)視頻分析系統(tǒng)；對調(diào)查的交通參量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，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分析、延誤分類界定及計算、瓶頸判別的理論與方法。 基于對乘客復(fù)雜的集散行為的認識，本文對其中的關(guān)鍵行為—路徑選擇行為、移動行為和碰撞規(guī)避行為建立了乘客集散模型，提出了一種逆向改進型A*路徑選擇模型，并運用動態(tài)博弈和交換機制的方法解決了同步?jīng)Q策和交織死鎖問題，該模型集多智能體(multi-agent)、元胞自動機(cellular autom

5、ata)、社會力(social force)、駕駛行為(steetringbehavior)的優(yōu)勢于一體，具有更加廣泛的適應(yīng)性和更強的處理能力。 論文還首次提出了四元模型校驗法，即運用基本圖檢驗、自組織再現(xiàn)、實際數(shù)據(jù)擬合、疏散經(jīng)驗一致性校驗四種方法綜合校驗?zāi)Ｐ?，其?yōu)點是能夠保證模型同時符合交通、自組織、實際數(shù)據(jù)和疏散等方面的要求，提高模型的準確性。校驗結(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四元校驗法的模

6、型，證明了模型的可靠性。 為了使已經(jīng)建立的模型應(yīng)用于實際，論文系統(tǒng)研究了乘客集散仿真的兩種實現(xiàn)途徑：離散仿真和連續(xù)仿真，提出了運用摳紐狀態(tài)矩陣變化實現(xiàn)乘客集散連續(xù)仿真模型離散化的研究思路，探討了運用所提模型建立仿真模型時的一些關(guān)鍵技術(shù)，并提出了城市軌道交通樞紐集散評價標冷。這些標準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?？紤]到模型的實用性，利用所提出的數(shù)學模型建立

7、了基于多智能體的乘客集散微觀仿真模型，開發(fā)了城市軌道交通乘客集散仿真軟件MTR-PedSIM。通過運用該仿真軟件進行大量的行人微觀仿真試驗，進一步研究了行人自組織行為產(chǎn)生的機理和本質(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)瓶頸傳播的過程，獲得了災(zāi)難情況下人員疏散的時空轉(zhuǎn)移特性。仿真成