一种车站客流压力测试方法与流程

本发明属于车站监控技术领域，尤其涉及一种车站客流压力测试方法。

背景技术：

客流压力是现在车站面临的一个重大问题，客流压力和车站的设施设备不匹配，会造成车站的乘客拥堵，对于车站的管理是一个严峻的问题。

现有技术主要依据整个车站的客流量、换乘站点以及交路或折返站点等进行车站客流压力测试，但是测试的结果不能准确地反应车站的设施设备的承受能力，导致部分车站设施设备承载力与实际客流不匹配，造成部分车站客流压力过大。同时，随着车站网络复杂化和客流的不断增长，车站客流的时空分布及地域分布不均衡等矛盾较突出，会造成车站的人力资源、物力资源安排不合理造成事倍功半的结果。

为解决上述问题，本发明提出一种车站客流压力测试方法。

技术实现要素：

本发明的技术目的是提供一种车站客流压力测试方法，具有客流压力测试客观准确、整个车站测试全面、通用性强的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种车站客流压力测试方法，包括：

获取所述车站的闸机服务时间，计算得到所述闸机的闸机压力指标，所述闸机服务时间为乘客通过所述闸机所需时间；

获取所述车站的安检仪的进站客流量、出站客流量，计算得到所述安检仪的安检仪压力指标；

获取所述车站的换乘通道的换乘客流量，计算得到所述换乘通道的换乘通道压力指标；

获取所述车站的楼扶梯的服务总人数，计算得所述楼扶梯的楼扶梯压力指标，所述楼扶梯包括楼梯和自动扶梯；

根据所述闸机压力指标、所述安检仪压力指标、所述换乘通道压力指标和所述楼扶梯压力指标，计算得到车站综合压力指标。

根据本发明一实施例，所述获取所述车站的闸机的闸机服务时间，计算得到所述闸机的闸机压力指标具体如下：

获取所述闸机服务时间ts，计算得到所述闸机压力指标a，即：

式中：

sm为所述闸机在堵塞状态下的排队乘客的人均面积；

n为闸机配置的数量；

tm为乘客最大等待时间；

ts为闸机的服务时间；

smax，smin分别为所述闸机的排队乘客的人均面积的最大值、最小值。

根据本发明一实施例，所述人均面积为所述闸机的排队占地面积或排队区域的面积s除以平均队长ls，即为：

ss＝s/ls

式中：

平均队长ls是所述闸机的排队乘客的人数按所述闸机数量均分的均值。

根据本发明一实施例，所述获取所述车站的安检仪的进站客流量、出站客流量，计算得到所述安检仪的安检仪压力指标具体如下：

获取所述安检仪的进站客流量n进站和出站客流量n出站，计算得到所述安检仪压力指标p，即：

式中：

s进站为所述安检仪的入口处可供排队区域的面积；

s出站为所述安检仪的出口与出站闸机之间可供排队区域的面积。

根据本发明一实施例，所述获取所述车站的换乘通道的换乘客流量，计算得到所述换乘通道的换乘通道压力指标具体如下：

获取所述换乘客流量v，计算所述换乘通道的行走时间t(v)：

t(v)＝t0+b[v]ⁿ

式中：

t0——自由流下的行走时间；

v——所述换乘通道的所述换乘客流量；

b、n——延滞系数；

根据所述行走时间t(v)，对所述换乘通道的行人平均步行速度vi进行计算，并将所述平均步行速度vi作为所述换乘通道压力指标：

vi＝si/t(v)

式中：

si——换乘通道长度。

根据本发明一实施例，所述延滞系数b、n由标定计算获得，所述标定计算具体如下：

对所述行走时间的函数变换将两边取对数作如下变形：

t(v)-t0＝b[v]ⁿ

ln[t(v)-t0]＝lnb+nln[v]

令ln[t(v)-t0]＝y，ln[v]＝x，lnb＝a则将上式转化为：

y＝a+nx

结合实测得到多组的t(v)和v的数据，转化为单位断面流量以及相应的行走时间，可以得至各设施对应的xi和yi值，令

y＝[y1,y2,y3...yn]^t

运用最小二乘法原理，拟合得到所述延滞参数b、n。

根据本发明一实施例，所述获取所述车站的楼扶梯的服务总人数，计算得所述楼扶梯的楼扶梯压力指标具体如下：

获取所述服务总人数w，计算所述楼扶梯的输入率λ为：

式中：

v为乘客步行速度；

l为所述车站的乘客到所述楼扶梯的有效长度；

计算所述楼扶梯的输入时间为：

式中：

n为所述楼扶梯的组数；

计算获取所述自动扶梯的通过能力c自动扶梯和所述楼梯的通过能力c楼梯，所述通过能力为单位时间内通过所述楼梯或所述自动扶梯的某一断面的最大人数，计算所述楼扶梯的输出率：

μ＝c自动扶梯×d自动扶梯+c楼梯×d楼梯

式中：

d自动扶梯为所述自动扶梯的宽度；

d楼梯为所述楼梯的宽度；

计算输出时间t1：

则排队中最大延误时间ts：

ts＝t1-t0

平均排队乘客数

根据所述排队中最大延误时间和所述平均排队乘客数，计算所述楼扶梯的排队乘客的总延误时间d，所述总延误时间d作为所述楼扶梯压力指标：

根据本发明一实施例，所述计算获取所述自动扶梯的通过能力c自动扶梯和所述楼梯的通过能力c楼梯具体如下：

根据所述楼梯或者所述自动扶梯的行人移动速度vp、行人移动时纵向间距sp和行人占用的横向宽度bp，计算得到所述楼梯或者所述自动扶梯的通行能力cbw，计算式为：

根据本发明一实施例，所述根据所述闸机压力指标、所述安检仪压力指标、所述换乘通道压力指标和所述楼扶梯压力指标，计算得到车站综合压力指标具体如下：

根据所述闸机压力指标、所述安检仪压力指标、所述换乘通道压力指标和所述楼扶梯压力指标，按线性插值原理分别计算获得闸机压力分数k闸机、安检仪压力分数k安检仪、换乘通道压力分数k换乘通道和楼扶梯压力分数k楼扶梯；

根据所述闸机压力分数k闸机、所述安检仪压力分数k安检仪、所述换乘通道压力分数k换乘通道和所述楼扶梯压力分数k楼扶梯，根据所述车站的各设施权重进行加权计算，得到车站综合压力指标,即：

k＝k闸机*α闸机+k换乘通道*α换乘通道+k楼扶梯*α楼扶梯+k安检仪*α安检仪

式中：

α闸机、α换乘通道、α楼扶梯、α安检仪为所述车站的设备设施对应的加权系数。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过对车站的闸机、安检仪、换乘通道、楼扶梯进行客流压力测试，对每个设施设备进行精准的客流压力计算，得到各自设施设备的压力指标，具有测试客观准确的技术效果，并根据各设施设备的压力指标综合得到车站压力指标，全面覆盖了车站的基本设施设备，具有测试全面的技术效果，同时由于是从设施设备的角度进行压力测试，对于不同的车站规模，不同类型的车站都适用，具有通用性强的技术效果。

附图说明

图1为本发明的一种车站客流压力测试方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种车站客流压力测试方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1，本实施例提供一种车站客流压力测试方法，包括：

获取车站的闸机服务时间，计算得到闸机的闸机压力指标，闸机服务时间为乘客通过闸机所需时间；

获取车站的安检仪的进站客流量、出站客流量，计算得到安检仪的安检仪压力指标；

获取车站的换乘通道的换乘客流量，计算得到换乘通道的换乘通道压力指标；

获取车站的楼扶梯的服务总人数，计算得楼扶梯的楼扶梯压力指标，楼扶梯包括楼梯和自动扶梯；

根据闸机压力指标、安检仪压力指标、换乘通道压力指标和楼扶梯压力指标，计算得到车站综合压力指标。

现对本实施例的各个车站设施设备进行具体说明：

(1)闸机：

获取闸机服务时间ts，计算得到闸机压力指标a，即：

式中：

sm为闸机在堵塞状态下的排队乘客的人均面积；

n为闸机配置的数量；

tm为乘客最大等待时间；

ts为闸机的服务时间；

smax，smin分别为闸机的排队乘客的人均面积的最大值、最小值。

具体地计算过程如下：

闸机前的乘客在客流高峰时段不能够立即通行，乘客从无序至有序的过程使得在经过闸机时形成自动渠化队列，排队现象由此产生。乘客在闸机前产生排队现象，可利用排队论理论对其进行描述，根据排队论一般模型x/y/z/a/b/c的形式，闸机排队系统需要进行确定的因素有：

x为乘客到达闸机时间间隔分布，y为乘客接受闸机服务时间分布，z为服务台数量，这里即为闸机数量，a为系统容量，这里为闸机系统可以容纳的最大乘客数量，b为闸机乘客源的数目，c为服务规则，在闸机排队系统中确定为“先到先服务”规则。

对于闸机排队系统而言，其指标可以总结为以下几点：

平均队长ls：平均队长即闸机排队系统平稳工作状态下系统的平均队长(包括正在接受检票服务的乘客)，是闸机排队系统内乘客人数的均值；

平均排队长lq：平均排队长为闸机系统中排队等待接受检票服务的乘客的均值；

平均逗留时间ws：乘客在闸机排队系统内逗留时间的均值；

平均等待时间wa：乘客在闸机排队系统内排队等候服务时间的均值；

系统饱和度ps：系统饱和度为乘客在闸机排队系统中实际人数占系统容量的比值。

乘客在闸机排队系统中对于闸机压力的最直接的感觉为排队长度，排队长度越长，表示闸机的通行能力无法满足客流的正常进站，反映出闸机压力较大。在体现闸机排队系统的指标之中，系统平均排队长度ls可以作为刻画闸机压力的指标。

对于闸机压力的刻画，直接采用系统平均队长ls这个指标难度较大，人均面积(记为ss)为闸机排队系统中闸机压力最直接的体现，显然ss越小，闸机压力越大。

在上述要求下，定义闸机排队系统发生堵塞时的人均面积(记为sm)来进行闸机压力的刻画，美国tcrp100中对于人均面积确定服务水平的界定标准，将处在f等级的人均面积界限确定为系统发生堵塞时的人均面积，故将sm的取值定为0.2m²/人。另外对于人均面积ss，为闸机排队系统占地面积或排队区域的面积s除以系统平均队长ls，即为：

ss＝s/ls

闸机压力指标与人均面积ss呈现正相关特性，因此采用下列公式对其进行归一化处理。记闸机压力指标为a，则对于闸机排队系统负荷的舒适性指标进行归一化处理，可以表述为：

进一步计算可得到基于设施设备的闸机的压力模型为：

其中，

a为城市轨道交通车站闸机排队系统的闸机压力指标；

ls为系统平均队长；

ss为闸机排队系统中乘客人均面积；

sm为闸机在堵塞状态下的排队乘客的人均面积；

s为闸机排队系统占地面积或排队区域的面积；

n为城市轨道交通闸机配置数量；

tm为乘客最大等待时间，这里确定为60s；

ts为闸机的服务时间；

smax，smin分别为所述闸机的排队乘客的人均面积集合{ss}的最大值、最小值，经过归一化处理，闸机闸机压力指标的取值范围为[0，1]。

根据所述闸机压力指标，按线性插值原理计算获得闸机压力分数k闸机，具体如表1：

表1闸机压力分数

(2)安检仪：

获取安检仪的进站客流量n进站和出站客流量n出站，计算得到安检仪压力指标p，即：

式中：

s进站为安检仪的入口处可供排队区域的面积；

s出站为安检仪的出口与出站闸机之间可供排队区域的面积。

具体地计算过程如下：

直接选取10分钟内，安检仪平均排队人数和平均排队持续时间作为评价安检仪压力的指标，等梯度划分各级别区间，即平均排队人数越多或平均排队持续时间越长，安检仪压力越大。

选取某车站，获取该车站高峰1小时内，每10min的进站客流量，记为：n进站10min；获取高峰1小时内，每10min的出站客流量，记为：n出站10min；现场测量并计算该车站所有出入口安检仪前的可供排队区域的面积，记为：s进站；现场测量并计算该车站所有出站闸机前可供排队区域的面积，记为：s出站；

用该时段内，进站客流量除以安检仪可供排队的面积加上出站客流量除以出站闸机可供排队的面积，并求两者平均，可得该车站在10min内的安检仪压力值p，即：

根据安检仪压力指标，按线性插值原理计算得到安检仪压力分数k安检仪。

(3)换乘通道：

获取换乘客流量v，计算换乘通道的行走时间t(v)：

t(v)＝t0+b[v]ⁿ

式中：

t0——自由流下的行走时间；

v——换乘通道的换乘客流量；

b、n——延滞系数；

根据行走时间t(v)，对换乘通道的行人平均步行速度vi进行计算，并将平均步行速度vi作为换乘通道压力指标：

vi＝si/t(v)

式中：

si——换乘通道长度。

具体地计算过程如下：

轨道交通换乘通道压力的衡量指标可以用乘客在通道内的步行速度。在单位时间内想要准确得知换乘通道内客流的步行速度，该数据难以测量。从而先进行换乘通道走行时间的计算，换乘通道的走行时间是乘客在换乘过程中通过换乘设施的服务时间，能直接体现换乘客流是否连续顺畅。走行时间的长短反映了设施能力与客流需求间是否匹配。走行时间短，设施能力能满足行人换乘需要。走行时间长，说明客流量超过设施承受能力，不能满足换乘客流的需要，会造成拥堵排队，使换乘时间变长，换乘效率降低。

在交通规划四阶段的交通分配阶段，要对交通流量进行分配，就要考虑到某一路段的时间阻抗。对于路段行驶时间的修正，可以根据行驶时间和路段交通量之间的关系，即路阻函数确定。最为常见的路阻函数是美国联邦公路局bpr(bureauofpublicroads)函数，在计算换乘通道的走行时间中对bpr模型做了简化，由于换乘方式多样，变量复杂，因此把换乘通道的通过能力设为定值，纳入标定参数的一部分，整理后公式如下，进行b以及n的标定的工作，再通过实际的换乘流量数据得到高峰期间的换乘通道平均走行时间。

t(v)＝t0+b[v]ⁿ

式中：

t(v)——实际的通行能力下的走行时间，

t0——自由流下的走行时间，

v——在测量时段换乘通道内通过断面上间隔(3min)的实际流量的平均值；

b、n——延滞系数。

延滞系数b、n的标定过程，需要检测大量对应；

对该函数变换将两边取对数作如下变形：

t(v)-t0＝b[v]ⁿ

ln[t(v)-t0]＝lnb+nln[v]

令ln[t(v)-t0]＝y，ln[v]＝x，lnb＝a则将上式转化为：

y＝a+nx

结合现场实测得到的数据转化为单位断面流量以及相应的走行时间，可以得至各设施对应的xi和yi值，令

y＝[y1,y2,y3...yn]^t

运用最小二乘法原理，拟合得到相应设施的延滞参数，并最终确定乘客的走行时间函数。

换乘通道行人平均步行速度计算：

vi＝si/t(vmax)

式中：

t(vmax)——实际高峰小时换乘量计算换乘通道走行时间，

si——某个换乘车站换乘通道长度，

vi——某个换乘车站行人在高峰小时期间的行人平均步行速度

根据换乘通道压力指标，按线性插值原理计算获得换乘通道压力分数k换乘通道，具体如表2：

表2换乘通道压力分数

(4)楼扶梯：

获取服务总人数w，计算楼扶梯的输入率λ为：

式中：

v为乘客步行速度；

l为车站的乘客到楼扶梯的有效长度；

计算楼扶梯的输入时间为：

式中：

n为楼扶梯的组数；

计算获取自动扶梯的通过能力c自动扶梯和楼梯的通过能力c楼梯，通过能力为单位时间内通过楼梯或自动扶梯的某一断面的最大人数，计算楼扶梯的输出率：

μ＝c自动扶梯×d自动扶梯+c楼梯×d楼梯

式中：

d自动扶梯为自动扶梯的宽度；

d楼梯为楼梯的宽度；

计算输出时间t1：

则排队中最大延误时间ts：

ts＝t1-t0

平均排队乘客数

根据排队中最大延误时间和平均排队乘客数，计算楼扶梯的排队乘客的总延误时间d，总延误时间d作为楼扶梯压力指标：

具体地计算过程如下：

影响楼梯通行能力的因素主要有以下四个方面：

楼梯宽度：楼梯宽度是影响楼梯通行能力的主要因素。不同于走在水平面上，行人在楼梯上行走更倾向于排成队列，楼梯的宽度决定了能同时穿行楼梯的行人列数和每列之间的距离。该距离影响了行人超越其前方缓慢行走的人群的能力，以及相邻列间行人的干扰程度。结合《地铁设计规范》，楼梯宽度单向通行应不小于1.8m，双向通行不小于2.4m，当宽度大于3.6m时，应设置中间扶手。

反向人流：与通道不同的是，楼梯上一小股反向人流将折减本向通行能力，且由于一小股反向人流占据一条人流通道，即0.75m的楼梯宽度，因此折减值与反向行人流量不成正比。如一个1.5m宽的楼梯，一股反向人流将折减楼梯通行能力的一半。

上下行方向：由于行人在上楼时较下楼时需要消耗更多的能量，因此上楼方向常常流率较低。基于此种考虑，当楼梯需服务两个方向时，较低的上楼流率应作为设计和分析的参数。

倾斜角度与垂直距离：楼梯的倾斜角度影响行人的舒适度、安全性和行走速度。平缓的楼梯在垂直方向降低了行走速度，但是却提升了水平和倾斜方向上的速度，同时改善了行人的舒适度和安全性。结合《地铁设计规范》，乘客使用的人行楼梯倾角宜采用26°34′，每个梯段不超过18步，休息平台长度宜为1.2-1.8m。

楼扶梯的基本通行能力计算：

基本通行能力是指行人以某一速度均匀移动时，单位时间可能通过某一点或某一断面的最大行人数量，一般以1h通过1m楼扶梯宽度的行人数或1min通过1m楼扶梯宽度的行人数量表示。

式中：

vp——楼梯行人移动速度(m/s)

sp——行人移动时纵向间距(m)

bp——行人占用的横向宽度(m)

把每组楼梯和自动扶梯及其吸引的客流看作为站台上的一个排队系统，则在这个排队系统中：

输入过程：乘客以一定的速度从站台行走到距离自己最近的楼梯和自动扶梯处寻求服务，以又表示乘客单位时间到达楼梯和自动扶梯的人数，即排队系统的输入率λ(单位：人/s)。

每组楼梯和扶梯服务的乘客数为：

输入时间为：

其输入率λ的具体表达式为：

λ——排队系统的输入率；

w——列车到站后下车或换乘的人数，即服务总人数w；

v——下车乘客在站台上的行走速度；

l——站台的有效长度；

n——站台上楼梯和自动扶梯的组数；

输出过程:由于楼梯和自动扶梯的通过能力是一定的，以μ表示楼梯和自动扶梯的输出率(单位：人/s)。则排队系统的输出率μ与楼梯和自动扶梯的宽度相关，当楼梯和自动扶梯的宽度确定后，每一组楼梯和自动扶梯的输出过程是一个定长输出过程，其输出率群的具体表达式为：

μ＝c自动扶梯×d自动扶梯+c楼梯×d楼梯

输出时间t1的表达式为：

在这个排队系统中采用近似的计算得出一些重要的指标表达式为：

最大排队乘客数：

q＝q1-q0＝λ×t0-μ×t0

排队中最大延误时间：

ts＝t1-t0(若ts≤0，则表示没有排队产生)

平均排队乘客数：

综上所述，楼扶梯的设施设备压力可用排队乘客总的延误时间d进行表示：

其中，排队密度为本实施例中另一楼扶梯压力指标，可作为衡量楼扶梯客流压力的一个参考因素：

记录每p个人通过该断面的时间δt，假设地铁内乘客的移动速度为v，倾斜角度为a，则水平方向的速度为：

vx＝v·cosa

则δt时间内水平方向上的行走距离l为：

l＝vx·δt

δt时间内的移动区域面积s为：

s＝l·d

其中：d为断面宽度，本实施例以自动扶梯为对象，梯级宽度为1m，扶手间公称宽度为1.1m，考虑行人生理尺寸特点，取d＝1.1m。

排队密度k为：

流量q为：

q＝p/1.1δt

根据楼扶梯压力指标，按线性插值原理计算获得楼扶梯压力分数k楼扶梯，具体如表3，：

表3楼扶梯压力分数

(5)车站综合客流压力测试：

根据闸机压力分数k闸机、安检仪压力分数k安检仪、换乘通道压力分数k换乘通道和楼扶梯压力分数k楼扶梯，根据车站的各设施权重进行加权计算，得到车站综合压力指标,即：

k＝k闸机*α闸机+k换乘通道*α换乘通道+k楼扶梯*α楼扶梯+k安检仪*α安检仪

式中：

α闸机、α换乘通道、α楼扶梯、α安检仪为车站的设备设施对应的加权系数。

具体地计算过程如下：

车站在工作日、周末、节日等不同时期面临的设施设备处的压力不同，所以计算车站整体设施设备压力时，应先计算车站在各个不同时期内的设施设备压力，再按照加权平均的原则计算车站的整体设施设备压力。

车站设施设备压力计算

分别计算车站各设备设施的在高峰时间段内的压力值及其对应的压力等级；

根据线性插值原理计算各设备设施的分数：a及a以上为100分，a-b为100-80分，b-c为80-60分，c-d为60-40分，d以下为40分；

得到各设备设施的压力分值后，按照专家所给出的权重进行加权计算，得到车站的设施设备压力分数：

p＝p闸机*α闸机+p换乘通道*α换乘通道

+p楼扶梯*α楼扶梯+p自动扶梯*α自动扶梯+p安检仪*α安检仪

其中：

α闸机为0.15；α换乘通道为0.2；α楼扶梯为0.55；α安检仪为0.1。

根据各个设施设备处的分值和比重加权得到车站基于设施设备压力的分值，按照表4车站分级。

表4车站分级

本实施例提供的一种车站客流压力测试方法，相比现有技术，具有以下技术效果：

通过对车站的闸机、安检仪、换乘通道、楼扶梯进行客流压力测试，对每个设施设备进行精准的客流压力计算，得到各自设施设备的压力指标，具有测试客观准确的技术效果：

根据各设施设备的压力指标综合得到车站压力指标，全面覆盖了车站的基本设施设备，具有测试全面的技术效果；

同时由于是从设施设备的角度进行压力测试，对于不同的车站规模，不同类型的车站都适用，具有通用性强的技术效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。