轨道交通车辆内客流拥挤度识别算法研究_时代人物智库_http://www.ems86.com/index.php
 
时代智库
 
轨道交通车辆内客流拥挤度识别算法研究
投稿信箱:87610500@163.com   编辑部:电话:010-86109586广告部:电话:010-86109586发行部:电话:010-86109586
随着轨道交通的飞速发展,其经济、环保、便捷等优点,使之成为越来越多居民的主要出行方式,且车厢乘客空间分布不均问题常发生。于是,本文建立乘客立席密度标准,诱导乘客乘坐较为空闲的车厢,减少上下车时间,提高列车平衡度,提升乘客出行满意度及对轨道交通服务水平的评价,降低车厢内事故发生率。

轨道交通车辆内客流拥挤度识别算法研究
庞樨 张忠政 高亦祥 李明华 孙家超

1.引言
如今,交通压力日益凸显。轨道交通是居民的主要出行方式。就苏州而言,2017年轨道交通线网客流总量24842.6万人次。以堪称全球最大的美国纽约地铁为例,其地铁系统颠覆了外界对美国的“先进”印象,地下轨道交通环境脏乱,车内拥挤现象也常出现。在国内,北京地铁app正式上线“车站拥挤度”查询功能,方便乘客合理规划线路,主动避挤。
针对以上问题与现状,本文建立模型,基于视频识别技术统计的各车厢内乘客数,制定乘客立席密度标准,拟通过实时反馈信息对乘客进行引导分流,从而减少乘客上、下车时间,一定程度缓解各车厢的拥挤,提高列车内部空间的资源利用与平衡度,降低安全隐患。
2.建立模型
由于乘客对于车厢拥挤度的感知受心理、生理影响,将其量化较为困难,因此本文借助社会力模型来构建适用于轨道交通车厢的拥挤度模型,用以量化评价车厢拥挤度。
2.1模型假设
本文建立的模型满足以下假设:(1)乘客空间投影为圆形;(2)忽略乘客的个体差异,均换算成标准个体;(3)乘客间的作用采用线弹性模型。
2.2模型公式
在研究轨道车辆内车厢拥挤程度问题中,设定主客观拥挤度两个概念。客观拥挤度与乘客数、车厢地面面积相关;主观拥挤度需结合每个个体的心理因素,对车厢内的拥挤程度进一步判断。基于此建立双层模型。
(1)客观拥挤度:设已知某型号的列车每节车辆车厢地面面积为,视频分析获得乘客数为,则客观拥挤度的公式为:
                                      (1)
(2)主观拥挤度:乘客间作用力包括心理力和挤压力两部分,为同时满足乘客挤压力线性模型和社会力模型中心理力计算的要求,参考挤压力计算方式,引入心理刚度的概念:
(2)
式中,——两乘客身体舒适度空间半径之和;——两乘客圆形空间圆心距。
随着乘客密度变化,乘客间距离相应改变,产生四种临界接触:乘客的心理舒适度空间刚发生接触;乘客在身体发生微小动作时,恰好接触;乘客站立时,身体刚发生接触;至少一个乘客身体被挤压到压缩空间。
以社会力模型为基础,根据主观拥挤度定义和线性刚度模型公式,结合上述分析,给出车厢主观拥挤度公式:
                   (3)
存在障碍物时,乘客与障碍物之间的主观拥挤度公式与式(3)类似,其中,空间重叠距离即为圆心至障碍的距离。
列车平衡度受各车厢拥挤度影响,是评价乘客分布均衡情况的指标。设某列车有节车厢,每节车厢拥挤度为,列车平均拥挤度为,列车平衡度为:
                        (4)
                                     (5)

3.基于空间拥挤度的立席密度评价标准
3.1乘客空间理论
本文引入“人体气泡”概念,“人体气泡”的概念是设定一般的乘客空间仅为个体安全空间,在安全空间之外存在着一个圆环形的舒适空间,从内而外依次分为压缩空间、基本空间、身体舒适度空间和心理舒适度空间,如图1所示:

图1乘客空间示意图
3.2评价标准
研究中立席密度值的变化对应着乘客空间的变化,各车厢拥挤度等级也随之变化。根据统计计算,将车厢拥挤度等级分为6级,如表1所示:
表1 立席密度评价标准及力与拥挤度的分级对应关系
拥挤度等级 立席密度标准(人/) 情况描述 力的模拟临界值()
空闲 0 无乘客,不存在拥挤问题 0
非常舒适 3 满足心理舒适度空间需求 0
舒适 5 满足身体舒适度空间需求 (0,9750)
一般舒适 6 满足乘客的基本站立需求 (9750,14840]
拥挤 7 乘客间出现挤压,但几乎无安全隐患 (14840,41400]
非常拥挤 7.5 乘客间相互挤压,可能出现安全问题 (41400,48000)
4.模拟计算与结果分析地铁车厢内乘客空间舒适度模拟
以苏州地铁1号线为研究对象,应用PFC2D软件构建模拟环境,采用实际调查取得的运营数据进行参数标定与模型校核,对地铁车厢拥挤度进行量化模拟仿真,并建立力与拥挤度的分级对应关系,如表1所示。颗粒间法向接触力和颗粒与墙单元间法向接触力的计算公式均为:
                                   (6)
式中,——法向刚度。
4.1参数确定及分析
4.1.1 乘客空间模型大小
在考虑不同立席密度取值时,以单个乘客的空间为参数对象,乘客间的基本单元分为两个乘客一体或三个乘客一体。由于乘客之间的空隙及乘客的形态无法忽略,所以对乘客模型半径的取值进行部分折减。折减后可得表1中6种临界密度所对应的空间半径分别为27、27、21、19、18和17。
4.1.2 物理刚度与心理刚度
基于社会力模型,乘客的物理刚度沿用其参数1.2×105。而心理刚度,根据乘客空间模型大小及心理力计算公式,得到当乘客密度为5、6、7、7.5人/时的分别为7.5×104、9.2×104、1.1×105、1.2×105。当密度不超过3人/时,每位乘客的舒适空间均不重叠,不存在心理力和心理刚度。对于车门、座椅等设施,其物理刚度设为2.4×107,以保证其与乘客的物理刚度相比足够大。由于扶手等设施的投影面积在整个二维车厢模型中占比几乎为0,且在高立席密度条件下,对车厢拥挤度影响也可忽略,因此忽略扶手等设施。
4.1.3 拥挤度等级标定
利用乘客空间模型大小和公式,可得乘客处于6种空间状态时的临界拥挤度,由此得到拥挤度等级量化标准;同时,在PFC2D软件上设置力的模拟临界值,对应各自的拥挤等级状态,如表1所示。考虑到座椅的存在,拥挤高峰时,紧邻座椅站立区域的乘客立席密度为3-4人/,舒适性相对较高,据此对这部分乘客的拥挤度等级进行修正。
4.2模拟结果
本文对苏州市地铁1号线车厢一种密度分布情况进行模拟,假设四个车门划分所对应的几个区域密度分布基本是相同的,模拟过程中车门区密度为7人/,车门壁区为6.5人/,座席区为6人/。当拥挤度等级在“舒适”及以上,认为乘客对乘车环境满意。将模拟得到的数据与乘客空间舒适性满意度调查结果进行对比,可见,模拟结果与现实调研结果基本吻合。参照满意度调查,对不同密度进行乘客空间舒适度模拟、修正,结果如表2所示:
表2 “一般舒适”以上和“舒适”以上乘客数量占车厢内乘客总量百分比及满意度调查结果
立席密度(人/) 满意度调查结果(%) 修正后的车厢拥挤度模拟结果(%)
舒适以上乘客百分比 一般舒适以上乘客百分比
3 98 100 100
4 80 75.4 100
5 55 53.6 85.5
5.5 33 28.6 84.5
6 18.9 12.8 43.2
7 11.5 0 13.4
7.5 0 0 7.2
4.3模拟分析
将模拟结果与乘客空间满意度调查结果对比,修改立席密度评价标准:按满足80%乘客车厢拥挤度在“一般舒适”以上,不考虑行李、温湿度等因素,合理密度为5.5-6人/;按考虑满足80%乘客空间舒适度在舒适以上,则合理密度为4-5人/。
本文从轨道交通存在的车厢内乘客分布不均、空间浪费入手,就如何提高各列车平衡度进行深入研究。建立拥挤度、平衡度模型,基于视频识别分析技术,统计计算乘客数,算得到车厢拥挤程度与列车平衡度。拟诱导乘客乘车,实现列车各车厢的客流平衡,减少车厢内的拥挤情况,提高人们对轨道交通的满意度,并降低安全隐患。
参考文献
[1]王兵兵. 基于视频的轨道交通客流监控系统的设计与实现[D]. 北京:北京建筑工程大学, 2012.
[2]谢璐. 基于视频稳像和视角变换的公交客流计数方法[J]. 计算机应用,2013,33(10):2926-2930.
[3]吴奇兵, 陈峰, 刘欧阳,方纪平,李小红. 地铁车厢立席乘客的空间舒适度建模与模拟[J].交通运输系统工程与信息, 2014, 14(5).
[4]刘剑锋, 孙福亮. 城市轨道交通乘客路径选择模型及算法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2009, 9(2): 81-86.
[5]PratoCarloGiacomo,BekhorShlomo,PronelloCritina. Latent variables and route choice behavior [J]. Transportation, 2012, 39(2):299-319.

[6]沈景炎. 关于车辆定员与拥挤度的探析[J]. 都市快轨交通, 2007, 20(5):14-17.
[7]
(作者单位:苏州科技大学土木工程学院;指导教师:马健,张丽岩)

2018-08-22 16:11:00 - www.ems86.com
新型农业经营体系构建相关问题  9/14
中国分布式能源发展现状及展望 4/2
轨道交通车辆内客流拥挤度识别算法研究 8/22
第四方物流参与下的海外仓运营模式探究 11/15
日本调整当前防卫产业政策摆脱国内生产制约 6/29
 

组织机构

收录证书

关于我们 在线投稿 汇款方式 全站搜索 友情链接

        说明:部分文章源于网络转载,原作者无法查证,如有侵犯版权或不同意网络资源共享,请联系指出,我们会立即进行改正或删除有关内容。
        咨询电话:029-86191817  投稿信箱:87610500@163.com