無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間的仿真研究

無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間的仿真研究

大型客運(yùn)大廳的檢票員時(shí)間是秩序水平的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)紙票的普及提高了大型客運(yùn)站的客運(yùn)效率，節(jié)省了材料成本。這是鐵路檢票系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)紙質(zhì)檢票進(jìn)入站臺(tái)的過程中仍然有流程不成熟、旅客不適應(yīng)、臨時(shí)身份證不識(shí)別、機(jī)器故障、出站閘機(jī)不能檢身份證、小規(guī)模客站需要使用車票進(jìn)站等問題，對(duì)檢票過程造成一定的不利影響，因而優(yōu)化檢票過程、加強(qiáng)旅客引導(dǎo)、降低機(jī)器故障率十分重要?，F(xiàn)有的鐵路客運(yùn)站檢票系統(tǒng)研究，旅客分布1收集和分析無(wú)紙檢票時(shí)間數(shù)據(jù)1.1客票乘車現(xiàn)狀旅客通過網(wǎng)上購(gòu)票購(gòu)得的車票為“電子票”，在支持電子客票檢票的檢票口即可使用電子客票乘車根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)于二維碼檢票，存在旅客不適應(yīng)，配套設(shè)施不成熟，老年旅客不方便查詢票面信息、依賴工作人員指導(dǎo)使用等問題；對(duì)于身份證檢票，存在部分旅客在身份證、紙質(zhì)車票兩用閘機(jī)使用紙質(zhì)車票、身份證識(shí)別失敗以及無(wú)法識(shí)別臨時(shí)身份證等問題。1.2旅客到達(dá)分析旅客到達(dá)分布函數(shù)是仿真行人流、計(jì)算檢票時(shí)間的必要參數(shù)，通過建立候車區(qū)仿真模型應(yīng)對(duì)旅客在檢票前提前到達(dá)的時(shí)間進(jìn)行分布擬合(1）旅客到達(dá)數(shù)據(jù)。抽樣統(tǒng)計(jì)2019年7月西南某鐵路客運(yùn)站部分車次的旅客到達(dá)情況，對(duì)距檢票開始不同時(shí)間的旅客到達(dá)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算其與最終檢票的總?cè)藬?shù)之間的比例關(guān)系，檢票前的旅客到達(dá)比如表1所示。(2）旅客到達(dá)分布函數(shù)。根據(jù)函數(shù)擬合得出旅客累積到達(dá)分布與負(fù)指數(shù)分布類似。將旅客到達(dá)人數(shù)轉(zhuǎn)換為百分比，使用MATLAB進(jìn)行分布函數(shù)擬合，得出旅客到達(dá)過程服從泊松分布，旅客累積到達(dá)率服從%/min的負(fù)指數(shù)分布，旅客到達(dá)分布圖如圖2所示。1.3無(wú)紙質(zhì)檢票流程列車開始檢票時(shí)間的確定需要綜合發(fā)車時(shí)間、檢票口檢票時(shí)間和旅客從檢票口到站臺(tái)的時(shí)間，其中檢票口檢票時(shí)間難以量化，是確定列車開始檢票時(shí)間的關(guān)鍵。無(wú)紙化檢票閘機(jī)的檢票速度主要取決于電子客票信息讀取和反饋速度、旅客對(duì)檢票閘機(jī)的熟悉程度和閘機(jī)性能(如閘門開啟速度)對(duì)該站具有一般性的車次的單個(gè)檢票口進(jìn)行計(jì)時(shí)和通過旅客數(shù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)僅對(duì)通過閘機(jī)的旅客進(jìn)行計(jì)數(shù)。調(diào)查的車次中，非城際列車檢票開始的時(shí)間為發(fā)車前15～20min；城際列車檢票開始時(shí)間為發(fā)車前10min。所有檢票口開放時(shí)均有工作人員在檢票口附近解決檢票問題。高速鐵路列車在發(fā)車前2min停止檢票，其他列車在發(fā)車前3min停止檢票。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，檢票工作應(yīng)在發(fā)車前5min基本完成，部分車次無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示，其中無(wú)紙質(zhì)檢票平均識(shí)別失敗率8.51%，識(shí)別失敗平均延誤閘機(jī)使用時(shí)間12.18s。對(duì)單個(gè)旅客的檢票服務(wù)進(jìn)行計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)從旅客到達(dá)閘機(jī)且閘機(jī)可使用閘機(jī)時(shí)起，至閘機(jī)可被下一位乘客使用時(shí)止。由于2種無(wú)紙質(zhì)檢票方式通常進(jìn)行混合使用，且檢票操作相似，故不進(jìn)行區(qū)分統(tǒng)計(jì)。共記錄單次無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間有效數(shù)據(jù)650個(gè)，分布在[0.5,4.0]區(qū)間的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為606個(gè)，分布集中在1.9s/人，單次無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間分布如圖3所示；分布在[4.0，+∞)區(qū)間的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為44個(gè)，為閘機(jī)無(wú)法識(shí)別等服務(wù)機(jī)構(gòu)故障，已有對(duì)閘機(jī)檢票服務(wù)時(shí)間的研究式中：μ為檢票時(shí)間的均值；σ為檢票時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差。使用t檢驗(yàn)對(duì)擬合曲線進(jìn)行可信度檢驗(yàn)，單次無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間分布的t檢驗(yàn)如圖4所示，得單次檢票時(shí)間的0.95的置信區(qū)間為[1.80,2.01]s/次，p-value為0.73>0.5，接受假設(shè)，即無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間服從的正態(tài)分布。2基于any邏輯的無(wú)紙檢票時(shí)間模擬實(shí)驗(yàn)2.1基于anyolic仿真平臺(tái)的檢票時(shí)間模擬AnyLogic是一款常應(yīng)用于行人交通仿真的建模和仿真軟件，其行人庫(kù)是一個(gè)行人仿真及人群分析工具，可模擬“真實(shí)”環(huán)境中的人流，適用于鐵路和鐵路樞紐規(guī)劃。使用AnyLogic行人仿真模型有助于評(píng)估設(shè)施對(duì)實(shí)際計(jì)劃的負(fù)荷能力。通過采用AnyLogic軟件建立仿真模型，用于計(jì)算檢票時(shí)間，模型中旅客按照社會(huì)力模型進(jìn)行移動(dòng)使用AnyLogic行人庫(kù)建立候車大廳及檢票閘機(jī)仿真模型的步驟如下。(1）繪制仿真環(huán)境。根據(jù)候車大廳的構(gòu)造情況繪制墻體、檢票口和候車區(qū)。(2）構(gòu)建旅客行為邏輯圖。根據(jù)候車大廳中旅客的行為流程（包括旅客產(chǎn)生、等待、排隊(duì)行為和時(shí)間先后關(guān)系）連接行程邏輯圖。(3）設(shè)置參數(shù)。根據(jù)無(wú)紙質(zhì)檢票數(shù)據(jù)的分析結(jié)果設(shè)置旅客產(chǎn)生速率、運(yùn)動(dòng)速度、發(fā)車時(shí)間、排隊(duì)方式和檢票時(shí)間參數(shù)。(4）輸入變量旅客人數(shù)，求解模型，得到排隊(duì)過程仿真動(dòng)畫和排隊(duì)時(shí)間數(shù)據(jù)。2.2檢票模型平面布置(1）使用Anylogic繪制候車大廳物理模型，候車大廳為旅客可以進(jìn)入并進(jìn)行等待的區(qū)域，圍欄為不可穿過的墻面。候車大廳布置與人員排隊(duì)情況參考該站實(shí)際情況設(shè)置，在檢票口前設(shè)置轉(zhuǎn)彎圍欄，檢票模型平面布置如圖5所示，其中紅色實(shí)線為不可穿越的墻體，綠色虛線為可穿越的候車區(qū)域，檢票口處的綠色短線為無(wú)紙質(zhì)檢票閘機(jī)或檢票人員。(2）使用AnyLogic排隊(duì)模型模擬檢票口排隊(duì)情況，待檢票旅客選擇最短隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)，參照常規(guī)客運(yùn)站檢票口對(duì)檢票設(shè)施進(jìn)行布置，采用3或4臺(tái)檢票閘機(jī)和0或1名檢票工作人員，根據(jù)不同車次檢票時(shí)的具體使用情況進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真模型中旅客到達(dá)和閘機(jī)服務(wù)時(shí)間的參數(shù)設(shè)置如表3所示。2.3無(wú)紙質(zhì)檢票實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果無(wú)紙質(zhì)檢票排隊(duì)仿真運(yùn)行過程如圖6所示，由于模型中的旅客自動(dòng)選擇最短路徑，因此旅客大多滯留在圍欄轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)彎處外側(cè)則無(wú)旅客滯留。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M無(wú)紙質(zhì)檢票情況驗(yàn)證模型的正確性挑選具有一般性的車次進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)⑴模擬車次C6127的檢票情況，模型設(shè)置旅客242人，無(wú)紙質(zhì)檢票閘機(jī)4臺(tái)。實(shí)驗(yàn)⑵模擬車次C6129的檢票情況，模型設(shè)置旅客142人，無(wú)紙質(zhì)檢票閘機(jī)4臺(tái)。實(shí)驗(yàn)⑶模擬車次C6167的檢票情況，模型設(shè)置旅客118人，無(wú)紙質(zhì)檢票閘機(jī)4臺(tái)，試驗(yàn)方案仿真結(jié)果如表4所示。由仿真結(jié)果和采集數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場(chǎng)檢票時(shí)間處于仿真結(jié)果的95%置信區(qū)間內(nèi)，該仿真模型能正確求解檢票時(shí)間。2.4旅客數(shù)和檢票時(shí)間的擬合仿真求解設(shè)置不同閘機(jī)數(shù)量的無(wú)紙質(zhì)檢票口的檢票時(shí)間，分析在檢票閘機(jī)數(shù)量確定時(shí)，檢票時(shí)間與旅客數(shù)的關(guān)系。對(duì)旅客數(shù)和檢票時(shí)間平均值進(jìn)行函數(shù)擬合，得到檢票時(shí)間與旅客數(shù)的線性擬合結(jié)果如圖7所示。檢票時(shí)間與旅客數(shù)的線性擬合殘差如圖8所示，在旅客數(shù)少于100時(shí)殘差值較大，旅客數(shù)超過100時(shí)殘差值在[-20,20]區(qū)間內(nèi)，且分布無(wú)序，擬合程度良好，可反應(yīng)檢票時(shí)間與旅客數(shù)之間的關(guān)系。3比較檢票時(shí)間和檢票設(shè)施的配置3.1紙質(zhì)檢票時(shí)間仿真結(jié)果使用MATLAB對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)時(shí)間分布函數(shù)擬合得出單次人工檢票時(shí)間服從[0.8,2.2]的均勻分布；單次車票閘機(jī)檢票時(shí)間服從的正態(tài)分布；單次無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間服從的正態(tài)分布。使用上述參數(shù)，進(jìn)行AnyLogic仿真求解得到常規(guī)檢票口閘機(jī)布置狀況下的檢票時(shí)間，仿真求解得出的檢票口檢票時(shí)間如表5所示，表5中的旅客數(shù)為單個(gè)檢票口的旅客數(shù)。仿真結(jié)果顯示，旅客數(shù)相同時(shí)，無(wú)紙質(zhì)檢票較有紙質(zhì)檢票所需檢票時(shí)間減少13.76%～28.69%，紙質(zhì)車票檢票所需時(shí)間為無(wú)紙質(zhì)檢票所需時(shí)間的1.2倍以上，隨著檢票人數(shù)的增加，紙質(zhì)車票檢票時(shí)間穩(wěn)定在無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間的1.3倍。紙質(zhì)檢票口在旅客數(shù)超過500時(shí)需要安排人工檢票員，在旅客數(shù)超過800時(shí)需要安排2名人工檢票員；無(wú)紙質(zhì)檢票口在旅客數(shù)超過600時(shí)需要安排人工檢票員，在旅客數(shù)超過1000時(shí)需要安排2名人工檢票員。無(wú)紙質(zhì)檢票對(duì)人工檢票員的需求較低。在候車大廳旅客分布上，紙質(zhì)車票和無(wú)紙質(zhì)車票旅客的總體分布較為接近，紙質(zhì)車票旅客在排隊(duì)區(qū)域分布較無(wú)紙質(zhì)旅客更分散，旅客密度更大。3.2檢票過程:線上線下相結(jié)合，多檢票(1）根據(jù)仿真結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，單個(gè)檢票口待檢票旅客超過400人時(shí)，應(yīng)盡量安排在僅可進(jìn)行無(wú)紙質(zhì)檢票的檢票口進(jìn)行檢票，在旅客數(shù)超過600人的檢票口安排人工檢票，確保檢票按時(shí)完成。(2）無(wú)紙質(zhì)檢票操作較紙質(zhì)車票檢票更簡(jiǎn)單易行，對(duì)人工檢票員的需求較低，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可于多個(gè)檢票口間移動(dòng)解決檢票問題，以緩解工作人員調(diào)配緊張。(3）可使用無(wú)紙質(zhì)檢票的部分乘客進(jìn)站前仍選擇取票，一是規(guī)模較小的車站無(wú)人臉識(shí)別系統(tǒng)，二是車票有輔助記憶車次信息、用于報(bào)銷等用途。在身份證、車票兩用檢票閘機(jī)前，仍有旅客先嘗試使用車票檢票，目前二維碼、身份證兩用檢票閘機(jī)必須有工作人員指導(dǎo)使用。應(yīng)盡快普及無(wú)紙質(zhì)檢票相關(guān)設(shè)施，加大對(duì)無(wú)紙質(zhì)檢票的宣傳力度，引導(dǎo)旅客進(jìn)行無(wú)紙質(zhì)檢票。4無(wú)紙質(zhì)檢票仿真模型求解(1）檢票時(shí)間的量化對(duì)旅客疏導(dǎo)、檢票口和工作人員安排起關(guān)鍵作用，通過對(duì)無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間數(shù)據(jù)的采集、擬合和K-S檢驗(yàn)，得出單次無(wú)紙質(zhì)檢票時(shí)間的分布服從的正態(tài)分布?；跈z票時(shí)間分布，構(gòu)建基于AnyLogic仿真平臺(tái)的旅客檢票仿真模型，求解并驗(yàn)證模型，擬合無(wú)紙質(zhì)檢票所需總時(shí)間與旅客人數(shù)的線性關(guān)系。(2）根據(jù)車站的常規(guī)閘機(jī)布置模式，建立紙質(zhì)車票檢票和無(wú)紙質(zhì)檢票的仿真模型，求解得出與紙質(zhì)檢票相比，