一种城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统的制作方法

本发明涉及城市轨道交通运营管理技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统。

背景技术：

城市轨道交通车站多为相对密闭的地下空间，遇突发事件时，应在尽可能短的时间内将站内人员转移到安全区域才能避免伤亡事件的发生，车站较强的应急疏散能力是保障人们安全快速疏散的前提。只有保障车站应急疏散设施的均衡使用，使各个设施在单位时间尽量承受最小的疏散压力，才能减少疏散过程的瓶颈堵塞，保证疏散效率。因此，在客流均衡疏散的前提下对车站的疏散能力进行正确地评估，对于指导车站客流疏散管理和引导方案的制定有着重要意义。

目前，人们已主要在基于车站拓扑结构疏散仿真、车站疏散网络瓶颈识别和客流疏散走行特性等方面展开大量研究，为车站应急疏散、客流集散组织管理、车站结构设计优化、既有车站改造和服务水平评价等工作进行了多次尝试，总之，既有研究多为以某一疏散路径或属性较为特殊的疏散设施如楼梯、斜坡等为对象，以实现最短安全疏散时间为目标，就车站应急疏散设施的相关属性和客流的疏散特性对疏散的影响进行的研究。

但是突发事件下客流在车站疏散网络上的疏散特性不仅仅与具体设施的几何属性相关，而且与车站疏散网络具体结构和客流在疏散网络上的分配有关，除了考虑具体设施和路径的疏散能力，也要保障疏散设施能力的充分利用。否则疏散过程中局部最优路径的选取依旧跟现实应急组织存在一定差距，存在有效路径未配流或配流不合理的情况，造成关键路径疏散能力使用过度而降低疏散效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够保证城市轨道交通车站应急疏散能力得到充分利用，为车站的设施瓶颈识别、客流诱导及车站改造等提供数据支撑的城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统，所述评估系统包括：

车站基础设施管理子系统，用于根据车站基础设施数据信息生成车站拓扑结构并对生成的车站拓扑结构进行存储；

疏散网络生成子系统，用于根据车站拓扑结构确定车站基础设施通行能力，生成疏散网络，并将所述疏散网络进行显示；

可行疏散路径生成子系统，用于根据疏散网络内的各设施通行能力及各路径的走行时间计算生成可行疏散路径，并将所述可行疏散路径进行显示；

疏散能力评估子系统，用于对所述可行疏散路径进行模拟仿真，选取得出评估指标并将所述评估指标的结果进行显示。

进一步的，所述基础设施管理子系统包括：

信息管理模块，用于车站基础设施信息库的数据输入、修改和查询；

车站拓扑结构生成模块，连接所述信息管理模块，根据车站基础设施信息库中的数据信息生成车站拓扑结构并对所述车站拓扑结构进行储存。

进一步的，所述疏散网络生成子系统包括：

应急设施启用模块，连接所述车站拓扑结构生成模块，根据应急设施启用方案生成车站疏散网络结构，并依据所述数据信息，初步标定车站基础设施的通行能力；

疏散网络处理模块，连接所述应急设施启用模块，依据所述车站疏散网络结构内的客流走行特征设置行人个体走行参数，确定车站基础设施疏散能力，并根据所述车站基础设施疏散能力找出设施瓶颈；

疏散网络显示模块，连接所述疏散网络处理模块，根据所述应急设施启用方案生成应急设施启用情况表，并将所述应急设施启用情况表传输给疏散网络处理模块，通过图像形式显示所述车站基础设施疏散能力。

进一步的，所述可行疏散路径生成子系统包括：

路径搜索模块，连接所述疏散网络显示模块，根据客流分布模型，建立基础设施起终点od对，采用深度优先和广度优先搜索算法建立每个od对的疏散路径集合，并将所述疏散路径集合进行存储；

路径优化模块，连接所述路径搜索模块，在所述疏散路径集合内，确定所述疏散路径的疏散阻抗，建立疏散路径阻抗集合；

路径显示模块，连接所述路径优化模块，用于显示疏散阻抗最小的可行疏散路径。

进一步的，所述疏散能力评估子系统包括：

客流状态生成模块，连接所述路径显示模块，基于可行疏散路径内的设施通行能力，划分不同的客流状态空间；

指标管理模块，连接所述客流状态生成模块，对车站基础设施的通行能力指标进行定义、增加、删减、存储；

指标计算模块，连接所述指标管理模块，设置不同客流状态参数，按照划分的客流状态空间，将不同密度级别的客流状态加载到各个可行疏散路径上并进行仿真计算，得出评估疏散能力的指标值；

指标显示模块，连接所述指标计算模块，用于显示所述指标值。

进一步的，所述路径优化模块包括：

客流诱导控制单元，用于调整客流在所述设施瓶颈处的分配，实现疏散过程的最小延误；

路径选择单元，用于对客流进行分组并分配，确定最优疏散路径。

进一步的，所述数据信息为所述车站基础设施的位置信息、连接关系信息、运行状态信息及属性信息。

进一步的，所述属性信息为所述车站基础设施的数量、宽度、长度、高差。

进一步的，所述的指标值包括客流疏散时间、设施通行能力、客流密度。

进一步的，所述车站基础设施为站台、扶梯、电梯、斜坡、通道。

本发明有益效果：本发明通过以均衡疏散为原则进行客流分配，实现对车站应急疏散能力的准确评估，提高了车站基础设施利用率，为车站内的客流疏散诱导提供了数据指导，实现了基础设施资源的均衡利用，提高了疏散效率，避免了不必要的资源损失和浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统的结构原理图。

图2为本发明实施例所述的城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统得到的城市轨道交通车站疏散网络示意图。

图3为本发明实施例所述的城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统的路径优化模块工作原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。应该理解，当我们称模块被“连接”或“耦接”到另一模块时，它可以直接连接或耦接到其他模块，或者也可以存在中间模块。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本发明实施例所述的一种城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统，该评估系统包括：

车站基础设施管理子系统，根据车站基础设施数据信息生成车站拓扑结构并对生成的车站拓扑结构进行存储；

疏散网络生成子系统，根据车站拓扑结构确定车站基础设施通行能力，生成疏散网络，并将所述疏散网络进行显示；

可行疏散路径生成子系统，根据疏散网络内的各设施通行能力及各路径的走行时间计算生成可行疏散路径，并将所述可行疏散路径进行显示；

疏散能力评估子系统，对所述疏散路径进行模拟仿真，选取得出评估指标并将所述评估指标的结果进行显示。

在本发明的一个具体实施例中，所述基础设施管理子系统包括：

信息管理模块，用于车站基础设施信息库的数据输入、修改和查询；

车站拓扑结构生成模块，连接所述信息管理模块，根据车站基础设施信息库中的数据信息生成车站拓扑结构并对所述车站拓扑结构进行储存。

在本发明的一个具体实施例中，所述疏散网络生成子系统包括：

应急设施启用模块，连接所述车站拓扑结构生成模块，根据应急设施启用方案生成车站疏散网络结构，并依据所述数据信息，初步标定车站基础设施的通行能力；

疏散网络处理模块，连接所述应急设施启用模块，依据所述车站疏散网络结构内的客流走行特征设置行人个体走行参数，确定车站基础设施疏散能力，并根据所述车站基础设施疏散能力找出设施瓶颈；

疏散网络显示模块，连接所述疏散网络处理模块，根据所述应急设施启用方案生成应急设施启用情况表，并将所述应急设施启用情况表传输给疏散网络处理模块，通过图像形式显示所述车站基础设施疏散能力。

在本发明的一个具体实施例中，所述可行疏散路径生成子系统包括：

路径搜索模块，连接所述疏散网络显示模块，根据客流分布模型，建立基础设施起终点od对，采用深度优先和广度优先搜索算法建立每个od对的疏散路径集合，并将所述疏散路径集合进行存储；

路径优化模块，连接所述路径搜索模块，在所述疏散路径集合内，确定所述疏散路径的疏散阻抗，建立疏散路径阻抗集合；

路径显示模块，连接所述路径优化模块，用于显示疏散阻抗最小的可行疏散路径。

在本发明的一个具体实施例中，所述疏散能力评估子系统包括：

客流状态生成模块，连接所述路径显示模块，基于可行疏散路径内的设施通行能力，划分不同的客流状态空间；

指标管理模块，连接所述客流状态生成模块，对车站基础设施的通行能力指标进行定义、增加、删减、存储；

指标计算模块，连接所述指标管理模块，设置不同客流状态参数，按照划分的客流状态空间，将不同密度级别的客流状态加载到各个可行疏散路径上并进行仿真计算，得出评估疏散能力的指标值；

指标显示模块，连接所述指标计算模块，用于显示所述指标值。

在本发明的一个具体实施例中，所述路径优化模块包括：

客流诱导控制单元，用于调整客流在所述设施瓶颈处的分配，实现疏散过程的最小延误；

路径选择单元，用于对客流进行分组并分配，确定最优疏散路径。

在本发明的一个具体实施例中，所述数据信息为所述车站基础设施的位置信息、连接关系信息、运行状态信息及属性信息。

在本发明的一个具体实施例中，所述属性信息为所述车站基础设施的数量、宽度、长度、高差。

在本发明的一个具体实施例中，所述的指标值包括客流疏散时间、设施通行能力、客流密度。

在本发明的一个具体实施例中，所述车站基础设施为站台、扶梯、电梯、斜坡、通道。

本发明所述的评估系统在具体使用中，如图1所示，车站应急疏散能力评估系统分为基础设施管理子系统、疏散网络生成子系统、疏散方案生成子系统和疏散能力评估子系统四个子系统。

基础设施管理子系统包括信息管理模块和车站拓扑结构生成模块，信息管理模块对车站设施信息库与应急资源信息库进行相关数据的输入、修改和查询；车站拓扑结构生成模块根据整个车站的走行设施(包括楼扶梯、电梯、斜坡、双向通道及不同设施连接结构形式等)的属性对其进行处理进而生成车站拓扑结构并存储。

疏散网络生成子系统包括应急设施启用模块、疏散网络处理模块和疏散网络显示模块，应急设施启用模块建立不同场景下个体选择的群体行为模型，并根据疏散过程统计分析和不确定因素研究等，提供突发事件下有利于疏散的网络结构的改变方案(包括防火门、安全通道等的启用情况)，根据应急设施启用方案生成车站疏散网络结构，并依据设施的相关属性和连接关系，初步标定单个设施的疏散能力和设施结合部的疏散能力；疏散网络处理模块通过对不同客流密度条件下的走行仿真，根据水平走行设施(通道、站台)、垂直走行设施(楼梯、扶梯和斜坡)及其结合部的集散记录，确定应急条件下车站网络的动态疏散能力并根据不同设施连接处可能发生的效应及发生条件确定设施结合部通行能力，从而生成疏散网络，依据客流走行特征的基础关系曲线进行疏散走行参数标定，设置不同客流密度下的行人个体走行参数，计算不同密度下设施和结合部指定客流通过时间、通过客流量、通过间隔时间等参数，确定车站基础设施疏散能力，并根据所述车站基础设施疏散能力找出设施瓶颈；疏散网络显示模块生成应急设备启用情况表，以图像形式给出疏散网络处理模块，根据输入的不同模拟仿真场景，给出动态模拟录像及车站基础设施通行能力和服务水平(包括最大值和经验值)，并以图像形式显示仿真结果。

可行疏散路径生成子系统包括：

路径搜索模块，按照客流不同分布，将设施设置为不同的疏散od，形成面向车站疏散网络的od对集合，连接所述疏散网络显示模块，根据所述应急设施启用方案采用深度优先和广度优先搜索算法建立每个od点对的疏散路径集合，并存储所述疏散路径集合；

路径优化模块，连接所述路径搜索模块，在所述可行路径集合内，确定不同应急情境下各个疏散路径在指定客流状态下的路径疏散阻抗，生成疏散阻抗集合；

路径显示模块，连接所述路径优化模块，用于显示车站实时客流的分布变化、车站基础设施各节点处的疏散阻抗最小路径及客流输出率。

疏散能力评估子系统用于构建客流状态、疏散设施能力设定、设施结合部疏散属性设定、客流疏散参数设定和客流疏散过程展示，包括：

客流状态生成模块，基于od点对对应的疏散设施能力，划分不同的客流状态空间，以疏散阻抗最小为目标，构建客流疏散优化模型，生成客流疏散优化方案；

指标管理模块，对相关评估指标进行定义、增减与存储；

指标计算模块，连接所述指标管理模块，设置不同客流状态参数，以疏散阻抗最小为优化目标，生成疏散网络中各个od对的最优疏散路径，按照划分的客流状态空间，将不同密度级别的客流状态加载到各个疏散路径上，并对进行仿真计算，连接显示车站实时客流的分布变化、车站基础设施各节点处的疏散阻抗最小路径及客流输出率，用于评估疏散能力；

指标显示模块，连接所述指标计算模块，用于显示所述指标值，对于各个指标值进行图形输出和文本说明。

图2是由本发明所述的城市轨道交通车站应急疏散能力评估系统得到的城市轨道交通车站疏散网络示意图。图2中，根据车站走行设施构建疏散网络g＝(v,e)；其中，t、l、z分别代表通道、楼扶梯和站台，对应边集合e，箭头指示方向为走行方向，τ表示动态走行时间，c表示设施通行能力。节点集合v＝{v1，v2，…，vn}(图中对应节点1,2，…，17，a，b，d)综合考虑拉链效应和拱形效应等两种在瓶颈处可能发生的效应，并通过对应效应发生时的概率和通行能力对其进行约束，其瓶颈计算得出的最大通行能力即为cmax。

图3是路径优化模块的原理框图。图3中，路径选择单元在既有通行条件下保证客流总疏散时间最短，其将疏散过程分为k等份，通过对每个时段处于疏散源点的客流进行分配以取最优。其考虑因素包括(1)待疏散客流分布，即疏散人数等于各源点待疏散人数之和；(2)节点流量守恒，即同一节点的流入量等于流出量；(3)路段状态守恒，即各设施段上的流量为上一时段其上流量与该路段在此时段流量变化量之和；(4)流量传播约束，即利用bpr函数和线性插值法推算出每个节点各时段的流入流出量。客流诱导控制单元则保证疏散过程中总延误最小，即乘客在瓶颈处滞留时间之和最小。其考虑因素包括瓶颈流量守恒和通过时间守恒，前者具体表现为各方向在瓶颈滞留的人数为上一阶段的滞留人数加上该时段进入瓶颈人数减去通过瓶颈人数；后者则表现为各方向的通行时间之和与放行周期相等。

路径优化模块的作用机理是：客流诱导控制单元给出应急状态下的疏散网络条件，约束各路径在瓶颈处的通行能力从而约束路径选择单元；而路径选择单元又将瓶颈处各方向的等待通过瓶颈人数反馈给客流诱导控制单元做调整。即相互约束，不断优化以达到最终平衡。

综上所述，本发明实施例实现了以均衡疏散为原则进行客流的合理分配，实现对车站应急疏散能力的准确评估，提高了车站基础设施利用率，为车站内的客流疏散诱导提供了数据指导，实现了基础设施资源的均衡利用，提高了疏散效率，避免了不必要的资源损失和浪费。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所描述的模块及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。