大型客运仿真模型的研究

大型客运仿真模型的研究

高峰客运组织体系的特点是客流大、变化大、发送多、设备能力强、客运组织复杂。同时，我们需要协调和全球协调不同的工作和流程，使用不同的设备和设施，以及全球的协调和优化。对于高峰期客运组织方案的分析和优化问题,通过仿真方法可以进行准确的定量分析,有利于提高运输组织方案的针对性和可操作性。1在客运高峰时期组织客运，优化模拟系统的网络模型并建立1.1旅客停留时间点安排(1)功能不同的旅客停留点应单独划出,不宜合并;(2)功能相同或相近而位置分布又十分相近的旅客停留点可合并为一个旅客停留点;(3)功能虽然相同或相近,但位置分布却相距较远的旅客停留点应单独划出;(4)对于旅客选择的停留点或辅助停留点可以不予以考虑;(5)客流集中,对客运站组织影响较大的旅客停留点单独划出;(6)有利于减少计算工作量,但不影响整个模型的精度。1.2站内停留时间点网络将旅客停留点视作网络的顶点(点),将客流从一个停留点直接到另一个停留点所经过的路径视作边,各种客流在大型客运站中运动所经过的停留点和相应路径构成一个网络。旅客在各个停留点上的停留时间就是各种客流在该点的相应消耗,旅客从一个停留点到另一个停留点的运动时间就是各种客流在相应边上的消耗。虚设网络的起点和终点这两个停留点,所有客流经过虚设停留起点产生,所有客流经过虚设终到点而消失,从而使构成的网络成为一个有起点和终点的网络。一般进站客流,如图1所示。1.3客流在列车客站内选择的流动径路客流在客运站内的流动不可避免地存在着交叉干扰,某种客流在客运站内有多条流动的径路可供选择。某两种客流在某一个区域是否存在交叉干扰,与这两种客流在客运站内选择的流动径路有关。在确定交叉干扰点时,既要客观地反映客流间交叉干扰的情况,又要有利于减少计算工作量,对于一些必然存在的交叉干扰点(称为必然发生交叉点)和交叉干扰不甚严重的交叉干扰点(称为轻微交叉点)可以在构建模型时省去,对于保留的交叉干扰点,将由于交叉干扰而增加的作业(或旅客通行)时间确定后,一并加到该点的消耗中去,从而达到提高优化效率、减少计算工作量的目的。1.4耗、没有点消耗对网络进行点弧变换,即将一个停留点的消耗转变为一个边的消耗,使所构成的网络只有边消耗,没有点消耗,如图2所示。对网络进行弧变换,即将相邻两个顶点的两个双向边转换成单向边(单向弧),如图3所示。通过以上的处理和变换,可以将客流在客运站的客运组织方案用有起点和终点的有向网络流模型表示。一般出发客流的网络图经变换后,如图4所示。2高峰期客运组织方案的模拟结果的评估2.1该客运组织的基本目标高峰期客运组织方案的基本目标是:“安全正点(列车始发正点)、平稳有序、优质服务、效益良好”。2.2客组织的组织目标客运高峰期,在确保顺利发送旅客的前提下均衡而有序地发送旅客,保证客运设施的良好运用是客运组织工作的主要目标。本系统以客流分布均衡性、设施综合利用率作为对系统仿真结果分析评价的两个标准,这与大型客运站保证畅通,同时确保旅客在站内有序流动、减少各种客流之间的相互干扰,实现客流组织优化目的是一致的。2.3客流组织方案某一个旅客停留点,发送客流均衡性fi可用下式计算,其值越小表示该停留点发送旅客的均衡性越好fi=Nimax−NiminNi−fi=Νimax-ΝiminΝi-式中,Nimax为第i个停留点的日最大客流/人;Nimin为第i个停留点的日最小客流/人;Ni−Νi-为第i个停留点的日平均客流/人。全客运站的均衡性f可用下式表示f=∑fi×∂if=∑fi×∂i式中,∂i为第i个停留点的权重。客运站某一停留点设施的利用率ki可用下式度量,其值越小该设施的利用率越低ki=Ni−Ciki=Νi-Ci式中,Ci为第i个停留点的设施的容量/人。全客运站的设施利用率k可用下式表示k=∑ki×∂ik=∑ki×∂i某一客运站客流组织方案的评价分S可用下式计算S=k×∂利用率+f×∂均衡性S=k×∂利用率+f×∂均衡性式中,∂利用率为客运站的设施利用率所占权重;∂均衡性为客运站的均衡性所占权重。3系统仿真过程高峰期客运组织方案仿真系统是离散仿真系统。离散系统仿真的基本方法是事件法和时间步长法,经研究,决定采用时间步长法仿真。考虑到每个出发车次的旅客在车站所经过的进路在客运组织方案中都已基本确定,对于每一车次的旅客均按照确定的进路进行仿真。在系统开始运行时,首先对各状态变量赋初值,随着时间的推进,我们将其中对应的时间设为当前时间,按车次及相应进路仿真,相应地记录系统的状态及变化,在本次列车仿真结束后,对下一车次继续仿真,当所有车次仿真结束,进行初步统计,本轮仿真完成,时钟推进,继续进行下一轮仿真,直至所有的车次均进行仿真,整个仿真过程结束。其基本步骤为:(1)对各状态变量赋初值;(2)模拟时钟推进;(3)将第一车次设置为当前车次编号;(4)将当前径路号置为当前车次第一个径路号;(5)判断径路号是边还是点,如果是边,则边的状态Bstatus(Mb,j,k)的值赋给B数组,再调用边处理过程Bian(),把得到的B数组结果赋回给Bstatus(Mb,j,k)保存;如果是点,则把点的状态Dstatus(Mb,j,k)的值赋给D数组,再调用点处理过程Dian(),把得到的D数组结果赋回给Dstatus(Mb,j,k)保存;(6)如果径路结束,则退出本次循环并且进行统计,执行步骤(7),否则当前径路推进到下一个径路号,返回步骤(5);(7)如果车次结束,则退出本次循环并进行统计,执行步骤(8),否则将下一车次置为当前车次编号,返回步骤(4);(8)根据模拟时钟判断全天模拟是否结束,如不是,返回步骤(2),如是,整个模拟过程结束。4广州站春雨季节交通组织体系的模拟和优化4.1仿真结果分析根据上述仿真模型和仿真基本思路,我们编制了大型客运站高峰期旅客运输组织方案仿真系统软件。并将广州站制订的2002年春运客运组织方案录入仿真系统(最高日发送人数18.6万),进行了仿真(软席候车室因为客流量小,因而在仿真过程中将其忽略),其结果如表1、图5所示,仿真系统软件得出此基本方案的最终评分为77.05分。通过仿真可以看出,广州站2002年春运客运组织方案通过模型的检验,是可行的。而广州站2002年春运客运组织安全高效、平稳有序的事实也反过来证明本仿真系统能较好地与实际相吻合。同时,通过仿真也可以发现,广州站2002年春运客运组织方案还可以进一步调整和优化,主要表现在候车室的使用有时忙闲不均,可以通过调整使设备的运用更为合理、整个客流在站内流动更加有序。主要可以从调整候车室、临时候车室的使用,调整各项作业时间标准,提高作业效率等三方面对方案进行调整、优化。4.2第二候车室/列车客流配比通过广州站客运组织基本方案的仿真结果分析,发现第一候车室面积较小,但平均客流和最大客流均比较大,而第二候车室的平均客流和最大客流均比较小。因此,在基本方案的基础上,将安排进第一候车室的部分列车客流进第二候车室,同时对其他候车室、临时候车室的使用也作了部分调整,得出了调整后的优化方案。运用开发的大型客运站高峰期旅客运输组织方案仿真系统对调整方案进行仿真,其结果如表2、图6所示,仿真系统软件得出此调整方案的最终评分为79.79分。从仿真结果可以看出,经过局部调整后,各候车室的利用率比较均衡,在相同评价标准的条件下,优化方案的评价分比基本方案的评价分提高了2.7分。5客流组织方案的优化问题(1)旅客在客运站进行的活动分为必须进行、选择进行和辅助性的活动三类。在客流高峰期,大型客运站应限制客流在站内的自由流动,以减少不必要的辅助性活动;(2)客流高峰期,在确保顺利发送旅客的前提下,为均衡而有序地发送旅客,保证客运设备设施的良好运用是客运组织工作的主要目标。因此,可以选用客流分布的均衡性、设施的综合利用率,作为对系统仿真结果分析评价的标准;(3)大型客运站高峰期客运组织方案的优化问题,不易建立数学模型,通过仿真的方法是解决大型客运站高峰期客运组织方案分析与优化的有效途径。运用仿真,可以进行较准确的定量分析,并具有适应性强、针对性