考虑个体异质性的地铁车站乘客紧急疏散模型及仿真研究

作     者：刘原恺 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：帅斌

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：地铁疏散 路径选择 决策异质性 行人运动模型 客流仿真 

摘      要：随着社会经济发展和城市化进程不断推进,人员密集场所环境日益复杂,给紧急情况下人员疏散带来了空前的压力。地铁车站作为大型封闭式建筑物,常发生乘客拥挤、客流停滞等现象。在紧急情况下,由于过度拥挤和疏散秩序混乱导致的安全事故不胜枚举。如何应对紧急情况下车站的乘客疏散是一个亟需解决的关键问题。既有的疏散仿真模型常忽略个体的决策过程,并且在大客流情况下客流仿真无法同时兼顾准确性和高效性。针对上述不足,本文构建包括上层乘客路径选择模型和下层行人运动模型的双层模型来对地铁车站乘客疏散问题进行研究。上层乘客路径选择模型以后悔理论和期望效用理论为基础,分析了乘客认知和心理特征因素,结合随机后悔最小化和随机效用最大化,构建了混合随机效用模型。后续考虑乘客个体的决策规则在路径属性上的异质性,构建基于从众行为的混合离散效用(HB-MRU)模型,使每类乘客在考虑同一路径属性时可以同时考虑效用和后悔两种决策规则,并且给两种决策规则赋予不同的权重系数。后通过SP调查数据,对乘客进行基于从众行为的分类,构建对应的HB-MRU模型,后进行参数拟合和模型验证,证实该模型对乘客疏散路径选择描述准确性更好。下层行人运动模型采用动态网络流和系统动力学相结合的混合模型,研究换乘站客流的演化规律,为车站客流管理提供一定理论和实践支撑。将换乘站系统分为人、机、环、管四个子系统,并采用动态网络流模型对车站环境要素状态进行描述;依据换乘站系统结构要素关系,绘制客流系统流图,构建系统动力学方程,设计客流数值仿真计算流程。以一典型换乘站高峰期客流数据为基础,建立客流仿真模型进行分析。结果显示:混合模型数值仿真结果与实测数据基本一致,并且仿真效率高于商业仿真软件Any Logic,该混合模型在高峰期大客流的情况下能保持客流仿真的准确性和高效性。最后在此基础上,使用Java搭建实验仿真环境,根据建立的地铁乘客疏散双层模型,以杭州钱江路地铁换乘站为例进行研究。对车站各项数据进行收集,假设紧急情况的发生,仿真模拟大客流情况下车站乘客紧急疏散,得到客流量、客流密度、车站关键设施的能力、乘客疏散时间等数据。该模型能为未来地铁站设施布局、应急疏散方案等提供理论、技术支持。