芍药居车站地铁行人仿真.docx

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芍药居车站地铁行人仿真

河北农业大学

本科毕业设计（设计）

题目：

芍药居车站地铁行人仿真

摘要

行人仿真技术是交通仿真技术之一，而交通仿真技术是交通科技发展和计算机仿真技术发展的重要方向之一。

交通仿真作为一种实用的工具，已经在交通运营分析、交通设施设计、交通新技术评价、交通安全评价、交通流模型研究等领域进行了广泛的运用，其目的就是运用计算机技术再现复杂的交通现象，并对这些现象进行解释、分析，找出问题的症结，最终对所研究的交通系统进行优化。

行人交通微观仿真是交通仿真的重要方面，把行人交通微观仿真技术应用于站前广场，具有重要的现实意义和理论意义。

行人微观仿真不是把广场实际进行简单的再现，仿真具有实际观察无法比拟的优势：

①大量减少了实际观察的人员需求和时间需求，节约了调查费用；②可控制性，研究者可以很容易地按照设想随时改变各种服务设施和管理方案，从而验证和比选各种可能的方案；③可扩展性，仿真可以实现多视角观察，实现现场观察不到的或不可重复的实验，如事故处理，紧急疏散等；④可重复性：

⑤快速真实性。

地铁作为现代城市交通的方便、快捷的交通工具，现有的设计包括进口、出口、楼梯、附体、通道、安检机、闸机、平台等设备设施，以北京地铁芍药居车站为背景，采用仿真软件AnyLogic模拟行人在地铁站内的行走过程，AnyLogic软件以社会力模型为核心算法，是基于Eclipse平台建立起来的方针系统和基于java语言的开发系统。

整个过程由空间物理建模、数据库录入、流程建模、界面开发以及调试完成，建模过程中使用java代码控制行人在车站内行走的路径、登上列车、各个空间的密度展示等操作，从而根据车站内行人的各种行为完成对芍药居车站早高峰空间利用情况、设备设施利用率、人员滞留、行人路径等的仿真评估。

关键字：

java；芍药居；行人仿真；建模

Abstract

Pedestriansimulationtechnologyisoneofthetrafficsimulationtechnology,andtrafficsimulationtechnologyisthedevelopmentofscienceandtechnologyandoneoftheimportantdirectionofcomputersimulationtechnology.Trafficsimulation,asapracticaltool,hasbeeninthetrafficoperationanalysis,trafficfacilitiesdesign,newtechnologyevaluation,evaluationoftrafficsafety,trafficflowmodelresearchinareassuchaswidelyused,itspurposeistousecomputertechnologyrepresentthecomplexphenomenaoftraffic,andtoexplainthesephenomena,analysis,findoutthecruxoftheproblem,bystudyofthetransportationsystemisoptimizedfinally.Pedestriantrafficmicrosimulationisanimportantaspectoftrafficsimulation,thepedestriantrafficmicroscopicsimulationtechnologyappliedinthestationsquare,haveimportantpracticalsignificanceandtheoreticalsignificance.Microscopicsimulationisnotpracticalforthesquarepedestriansimplereproduction,simulationandpracticalobservationincomparableadvantages:

（1）asubstantialreductionintheactualobservationpersonnelneedsandtimerequirements,savingthecostoftheinvestigation;

（2）thecontrollability,theresearcherscaneasilyaccordingtotheideachangeallkindsofservicefacilitiesandmanagementscheme,soastoverifyandthanchooseavarietyofpossiblesolutions;（3）scalability,thesimulationcanrealizetheAngleofviewmore,realizethefieldobservationislessthanornotrepeatableexperiments,suchasaccidenttreatment,emergencyevacuation,etc.;（4）repeatability:

（5）rapidauthenticity.

Thesubwayasamoderncitytrafficconvenienceandfasttransportation,theexistingdesignincludingimport,export,stair,appendage,channelandplatformofAnJianJi,brakemachine,equipmentandfacilities,itsbackgroundofshaoyaojustationofBeijingmetro,thesimulationsoftwareAnyLogicsimulationprocessofpedestrianswalkinginmetrostations,AnyLogicsoftwareinsocialforcemodelforthecorealgorithm,isbasedontheEclipseplatformestablishedpolicysystemanddevelopmentsystembasedonJavalanguage.Thewholeprocessbyspacephysicalmodeling,database,input,processmodeling,interfacedevelopment,anddebuggingiscompleted,themodelingprocessusingJavacodetocontrolthepathofthepedestrianswalkinginthestationandboardedthetrain,thedensityofeachspacedisplay,suchasoperation,thusaccordingtothebehaviorofthestationprofessionalcompletemorningrushofshaoyaojustationspaceutilization,utilizationrateofequipmentandfacilities,staffretention,simulationassessmentofthepedestrianpath,etc.

Keywords:

Java;Shaoyaoju;Pedestriansimulation;modeling

目录

1引言1

1.1选题背景1

1.2选题意义1

1.3国内外研究现状1

2开发工具介绍3

2.1AnyLogic仿真软件介绍3

2.2Anlogic行人库介绍3

2.3数据库4

3仿真系统设计5

3.1行人仿真建模流程5

3.1.1进站流程5

3.1.2出站、换乘流程5

3.2数据库的存储结构5

4仿真系统实现18

4.1车站界面18

4.2设施入口处最大排队值18

4.3站内设施最大密度19

4.4车站信息显示19

4.5密度显示20

4.5.1实时密度20

4.5.2累计密度21

4.6局部放大显示21

4.7负荷度排名22

5总结与展望23

5.1总结23

5.2展望23

5.2.1人工智能23

5.2.2性能效率23

参考文献24

致谢25

1引言

1.1选题背景

从1969年一号线开通至今，北京地铁已经驶过整整40年的征程。

随着改革开放和轨道交通的快速发展，北京地铁开始逐渐在设计、施工、建设、运营等各个方面积极吸收、引进、消化国外的先进技术和理念。

如今北京地铁的发展已经进入黄金建设期，先前北京地铁建设受到很多限制，建设周期长、速度慢、规模小。

但奥运会之后，北京地铁进入了快速发展阶段。

这几年北京地铁进入巨大扩充时期。

北京地铁坚持走自主道路，摆脱国外垄断核心技术的情况，完全国产化，这就是北京地铁的最大特色。

以北京地铁芍药居站为背景，芍药居车站是地铁10号线与地铁13号线的换乘车站，连接北三环、北四环与天通苑、回龙观等京北大型居住区的重要地铁枢纽，早高峰乘客客流量十分的庞大。

地铁行人仿真作为交通规划设计领域的有效实验手段和辅助工具，在虚拟的环境中构建近似真实的交通场景，对未实施或即将实施的交通规划设计方案进行定性或定量分析，并为方案优化提供决策支持。

1.2选题意义

地铁作为现代城市中快速、便捷、清洁和高效的交通工具，已经成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平以及现代化的重要标志。

经过20多年的改革开放，中国的经济实力和综合国力显著增强，城市轨道作为现代化城市交通的骨干，为缓解成熟时交通发挥了积极的作用。

此外车站是乘客实现地铁出行的必经之路，行人在车站中的行走路径以及车站的各种设备设施对车站服务具有重要的作用，在一定的车站设备设施和客流量条件下，以芍药居车站为背景，使用基于java的Anylogic仿真软件对芍药居地铁站进行行人仿真，对仿真结果进行评估后，可以此对芍药居车站在早高峰期间行人的行走情况对地铁站优化、疏散等作出评估。

1.3国内外研究现状

国外学者对行人交通研究出现于20世纪六七十年代。

早期主要是用直接观察、摄像的手段研究和调查人群的群体行为特征，研究的目的是确立道路设施服务水平，设计合适的行人服务设施、制定交通规划方针、预测行人交通量等。

随后在行人微观参数和微观行为方面做了大量的研究，包括速度、空间需求、步幅、启动时间等参数的统计分布及影响因素，路径选择、碰撞规避、追踪和逃逸、到达和离去、徘徊等行为。

研究表明尽管个体交通行为可以用简单的方法来描述，但是由这些简单的行为组成的群体行为具有混沌、非线性动力学特性卜81。

随着对行人微观交通行为研究的深入，行人交通仿真模型出现。

1971年由Fruin[1-2]船叫首先提出宏观行人仿真模型的，主要参数是行人平均速度、行人密度和流量等，模型主要研究行人的一些集聚性特点。

宏观模型对于描述整个全局行人流量是有效的，但宏观模型难以正确表达拥挤状态下行人的实际动态行为，特别是在恐慌的情况下，无法描述由于各科-随机现象造成的系统性能变化，即不能反映单个行人运动的随机特性、不同行人组在障碍避让、速度确定等方面的个人偏好和行人流构成不同时的运动特性。

但宏观仿真模型对计算机资源要求较低。

微观行人仿真模型是计算机行人运动仿真模型，模型中把每个行人当作个体对待。

微观模型有广泛的应用，它考虑行人流细节的设计。

行人微观仿真模型其中具有代表性的有磁力场模型、排队论模型、元胞自动机模型和社会力模型等。

社会力的概念最早是由Lewin提出的，，后来Helbing和他的同事一起建立了社会力模型[3-5]。

该模型是以牛顿力学为基础，假设行人受到社会力的作用，从而驱动行人运动。

社会力学模型作为微观行人仿真模型中比较完善的一种，是目前所有的仿真模型中最能体现人群真实运动情况的模型，近年来得到较大发展。

由于对影响个体的因素考虑得很全面，对个体行为的建模比较合理，该模型可以很逼真地模拟人群的疏散过程。

国内对行人走行的研究在最近几年才多了起来，特别是由于北京奥运会举办的需要，对于体育场馆和城市轨道交通车站内行人行为、疏散等的研究比较多，其他的研究大多关注于国外现有行人微观仿真模型[6]的改进、交叉口和建筑物内的行人行为的分析、大型场馆人员疏散、基于视频的行人微观行为数据采集分析等。

国内的研究很多是追随国外，研究者基本为高校交通院系的老师和研究生。

国内在行人微观交通特性的分析方面，如速度、空间需求、路径选择等，研究成果较多。

2开发工具介绍

2.1AnyLogic仿真软件介绍

AnyLogic是由俄罗斯XJTechnologieS公司推出的仿真软件，支持几乎所有现有的离散事件和连续建模方法，例如系统动力学、基于智能体的建模、过程流图、状态图、方程系统等。

应用领域广泛，从“微观”——考虑精确的尺寸、距离、速度和时间事件的操作层次的模型，到“宏观"——考虑全局回馈动态系统，累计值，更长期趋势，和战略决策的战略层。

AnyLogic具有开放式的体系结构，因而可以与任何办公或企业软件及用JavaTM语言或其他语言（通过ⅢI）编写的自定义模块协同工作。

模型可以动态地对电子表格，数据库，ERP或CRM系统进行数据读写，或嵌入到实时运行环境中。

可以在模型中任何地方调用外部程序，反之亦然；可以借助AnyLogicTM仿真引擎的开放API从任何外部程序中调用仿真模型。

AnyLogic具有图形化仿真操作界面，能够制作可交互的二维动画。

AnyLogic在企业库的基础上专门开发了行人仿真库，使得固定设施建模和行人行为建模变得非常容易，行人交通仿真领域的用户得到了很大的方便。

本论文的仿真案例就是运用行人库来实现的。

2.2Anlogic行人库介绍

AnyLogic提供的行人库（PedestrianLibirary），是一个用于仿真“真实”环境中的行人流的高级库。

行人库允许你创建行人建筑（如地铁站，安检通道等）或街道（其中具有大量行人）。

行人库允许创建弹性模型，收集基本和高级统计数据，并有效地可视化你所模拟的过程，以验证和展示你的模型。

你可以收集不同区域的行人密度统计数据，以确保服务点在假定的负载下具有可接受的性能表现，估测行人在特定区域的停留时间长度，检测内部几何结构的潜在问题——即加入障碍物或其他应用之后可能会带来的影响。

在使用行人库创建的模型中，行人在连续空间中行进，并对不同类型的障碍物（墙壁，不同的区域等）和其他行人作出反应。

行人模型包括两个主要部分——环境（environment）和行为（behavior）。

环境包括墙壁，不同的区域，服务，队列等。

通常，为创建一个环境对象，需要定义其图形，加入对应的库对象，并为此对象设置动画属性。

与企业库（EnterpriseLibrary）一样，行人的行为可以使用流程图（flowchart）的方式定义。

可以从库模板（stencil）中拖动对象，为此对象设置自定义属性，然后将多个对象连接在一起。

2.3数据库

数据库（database）的设计是指对一个给定的应用环境，构造数据库模式，建立数据库及其应用系统，满足各种用户需求。

作为信息资源开发、管理和服务的一种有效地手段，数据库技术的应用已经越来越广泛，从小型的单项事务处理系统到大型的信息系统大都用先进的数据库技术来保存系统数据的安全性、完整性和共享性、对一个实际的系统来说，数据库表的设计在遵循数据库理论的同时，必须能用开发工具来实现用户在各方面提出的功能要求。

在实际应用中，需要保存的数据很多，而且这些数据之间往往还有关联，利用数据库来管理这些数据，可以很方便的查询和更新。

数据库的设计是指对一个给定的应用环境，构造数据库模式，建立数据库及其应用系统，满足各种用户需求。

作为信息资源开发、管理和服务的一种有效地手段，数据库技术的应用已经越来越广泛，从小型的单项事务处理系统到大型的信息系统大都用先进的数据库技术来保存系统数据的安全性、完整性和共享性、对一个实际的系统来说，数据库表的设计在遵循数据库理论的同时，必须能用开发工具来实现用户在各方面提出的功能要求。

在实际应用中，需要保存的数据很多，而且这些数据之间往往还有关联，利用数据库来管理这些数据，可以很方便的查询和更新。

MySQL是一个精巧的SQL数据库管理系统[7]。

由于它的强大功能、灵活性、丰富的应用编程接口（API）以及精巧的系统结构，受到了广大自由软件爱好者甚至是商业软件用户的青睐，特别是与Apache和PHP/PERL结合，为建立基于数据库的动态网站提供了强大动力。

MySQL是一个真正的多用户、多线程SQL数据库服务器。

SQL（结构化查询语言）是世界上最流行的和标准化的数据库语言。

MySQL是以一个客户机/服务器结构的实现，它由一个服务器守护程序MySQL和很多不同的客户程序和库组成。

3仿真系统设计

3.1行人仿真建模流程

3.1.1进站流程

行人进站后如需购票则需选择购票方式，然后进行安检；如果不需要购票则直接进行安检即可，接着要通过闸机后方可进入站厅，后进入站台，选择要上车的车厢号后排队等候上车。

图3-1进站流程图

3.1.2出站、换乘流程

列车到站后有行人下车，进入站台，下车的行人包括出站行人和换乘行人，其中出站行人通过路径选择进入到要到达的站厅，选择出入口出站；换乘行人选择换乘通道，到达要换乘的站台，选择车厢号排队等候上车。

图3-2出站、换乘流程图

3.2数据库的存储结构

本系统采用SQLSERVER数据库，数据库名为simulation，数据库simulation中包括n个数据表。

（1）行车数据表（SMS_TRAININFO_MODIFY_PRO）表3-1。

行车数据表用来记录指定方案指定方向上的列车在某个日期的行车数据，包括到站时间、到站满载率、离站时间、离站满载率以及下车人数，其中方案代码设为联合主键，是车站代码、场景类型代码、日期代码、时间代码、事件代码、是否为换乘站（01代表换乘站，02代表非换乘站）组成的17位字符的编号。

表3-1行车数据表

字段名

字段说明

数据类型

允许空

描述

SceneId

方案代码

VARCHAR（17）

否

联合主键

StationID

车站代码

VARCHAR24）

否

联合主键

比如：

0521

TrainDate

行车日期

Date

否

TrainNO

车次编号

VARCHAR（6）

否

联合主键

DIRECID

行车方向

VARCHAR

（2）

01下行

02上行

ArrTime

到站时间

Date

否

ArrCapRate

到站满载率

DOUBLE（5,2）

否

GetOffNum

下车人数

INT（4）

否

DepTime

离站时间

Date

否

DepCapRate

离站满载率

DOUBLE（5,2）

是

GetOnNum

下车人数

INT（4）

是

TimeIndex

时间编号

INT（4）

是

（2）方案分时段记录表（SMS_SCENE_SECTION）表3-2。

方案分时段记录表记录该方案仿真开始时间和结束时间，其中方案片段记录号为主键。

表3-2方案分时段记录表

字段名

字段说明

数据类型

允许空

描述

SceneId

方案代码

VARCHAR（17）

否

SceneIdSection

方案片段记录号

VARCHAR（20）

否

主键SceneId_01

StartTime

开始时间

Date

否

方案片段开始时间

EndTime

结束时间

Date

否

方案片段结束时间

PsPareType

乘客参数类型

VARCHAR

（2）

否

PsOrgType

客运组织类型

VARCHAR

（2）

否

（3）乘客组成基础表（SMS_PSCOMP）表3-3。

乘客组成基础表记录乘客男女比例、老少比例，是否携包以及携包的大小比例。

表3-3乘客组成基础表

字段名

字段说明

数据类型

允许空

描述

IsTransfer

是否换乘站

VARCHAR

（2）

否

联合主键

Tra_StationId

换乘站/车站编号

CHAR（4）

否

联合主键

PsPareType

乘客参数类型编号

VARCHAR

（2）

否

联合主键

01

MaleRate

男性比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

FemaleRate

女性比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

PersonalRate

个体出行比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

TeamRate

团体出行比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

OlderRate

老人比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

AdultRate

成年人比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

ChildRate

儿童比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

NoBagRate

无包比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

SmallBagRate

小包比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

BigBagRate

大包比例

DOUBLE（5,2）

是

比如：

6.20

（4）乘客速度基础表（SMS_SPEED）表3-4。

乘客速度基础表记录各种类型行人的肩宽和速度，其中包括男性老年人、男性成年人、男性未成年人、女性老人、女性成年人、女性未成年人的肩宽和期望速度。

所谓的期望速度是一个理想值，是在没有任何障碍下的最大速度。

表3-4乘客速度基础表

字段名

字段说明

数据类型

允许空

描述

IsTransfer

是否换乘站

VARCHAR

（2）

否

联合主键

Tra_StationId

换乘站/车站编号

CHAR（4）

否

联合主键

PsPareType

乘客参数类型编号

VARCHAR

（2）

否

联合主键

01

MOSpeed

男性老年人期望速度

DOUBLE（3,2）

是

比如：

2.10

MOSpace

男性老年人肩宽

DOUBLE（4,3）

是

比如：

0.125

MASpeed

男性成年人期望速度

DOUBLE（3,2）

是

比如：

2.10

MASpace

男性成年人肩宽

dou