轨道交通枢纽仿真软件的研发.pdfVIP

第二届工程建设计算机应用创新论坛 轨道交通枢纽仿真软件的研发 蔡鹏赵伟金新阳陈岱林唐意 (中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所) 【摘要】随着社会交通的发展，轨道交通枢纽的设计越来越重要，为了提高设计水平和效率，轨道交 通枢纽仿真软件的研发变得尤为迫切。本文介绍了行人仿真理论并对几种行人仿真模型做了对比研究，然 后对仿真系统的核心流程和功能算法做了简要介绍。 【关键字】轨道交通枢纽；行人仿真；软件开发 ●—JLo——J— 1． 刖舌 随着社会的发展，城市的规模在不断的扩大。城市轨道交通因其安全、准时、运量 大、快捷、节能、舒适、低污染等优点，己成为国际大都市公共交通的主要方式。轨道交通 枢纽是轨道交通功能实现的关键，如果轨道交通枢纽不能从乘客集散的角度出发进行统一的 合理规划设计，将导致交通设施通行能力差以及大量的乘客在枢纽内部长时间地滞留，引起 轨道交通枢纽内部严重的混乱和拥堵，从而严重影响整个区域的交通。而且任何一项轨道交 通枢纽的建设都需要花费巨大的人力物力，枢纽建成后如需改建会耗费巨大的人力物力。然 而目前轨道交通枢纽设计中，不仅缺乏良好的辅助设计软件，而且对设计方案也缺乏统一的 评价标准。如果使用计算机对交通枢纽进行仿真，将在交通枢纽设计阶段即能直观的看到枢 纽设计完成后的运行状况，完成对枢纽内部行人拥堵状况的预测，从而从一定程度上实现对 交通枢纽设计方案的评估，辅助设计人员对设计方案的优化改进。 基于这样的需要，本文作者分析研究了行人仿真理论模型，并在中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所完全自主知识产权的三维CAD图形平台PKPM3D上，研究开发了轨道交通 枢纽仿真系统(以下称本仿真系统)。 2．行人仿真理论 仿真模型的发展，是一个从宏观到微观的过程。早期的仿真模型都是宏观模型，这 是因为计算机运算速度比较慢，只能通过宏观研究行人流整体特性，如流量、密度与速度关 系，来对行人运动进行模拟，仿真准确度很低。微观模型是国内外近些年研究的重点，这种 模型增加了对细节的模拟，使得仿真效果比宏观模型及中观模型有了明显的提高。 2．1仿真模型比较 目前行人微观仿真模型有很多，比较典型的有社会力模型、多智能体模型、排队网 312 工程三维模型与虚拟现实表现 格模型和元胞自动机模型。表1是这几种模型的优缺点对比。 表1仿真模型优缺点对比 行人仿真 优点 缺点 微观模型 元胞自动机 模型离散化，便于计算机实现，计算量小。 行人速度受网格限制， 模型 已被广泛应用在行人仿真系统 仿真精度受到一定影响 社会力 考虑因素更多更符合行人的运动过程， 模型参数的标定需做大量观测，计算复杂度 模型 比较接近真实情况 高、计算时间长、而且需要耗费大量的资源 多智能体 它可以自主的感知周围环境并做出相应的行动， 难点在于行人智能体决策分析模式、 模型 在描述行人运动方面具有“天然”的优势 多智能体交互模式的研究 排队网络 模型精简，能对行人排队、 行人的移动过程的描述很模糊， 模型 接受服务等进行很好的模拟 对碰撞等问题无法体现 通过对比，我们认为针对轨道交通枢纽中大量行人的实时仿真计算，元胞自动机模型 更具优势。所以本仿真系统选用此模型，并做了一些相应的修改、补充和完善。 2．2元胞自动机模型 元胞自动机最早是由VonNeumann和Ulam为了模拟生物学中的自复制现象提出的，是 定义在一个由具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，并按照一定局部规则，在 离散的时间维上演化的动力学系统。目前各国学者研究出的元胞自动机模型有很多，比如 德国学者C．Burstedde等人对元胞自动机行人运动模型进行了修改，在他们建立模型中， 将空间划分为一个个单元格，每个单元格可以被行人、建筑物占据，也可以为空，行人 具有固定