基于anylogic的北京火車站建模教學(xué)

1、XXXXXXX北京火車站簡(jiǎn)單模型建模與仿真匯 報(bào) 人：龐XXX指導(dǎo)教員：XXXXX目錄1.關(guān)于此模型的使用32.理論基礎(chǔ)43.北京火車站簡(jiǎn)單模型53.1使用行人庫(kù)模型53.2 創(chuàng)建一個(gè)模型動(dòng)畫(huà)區(qū)域63.3 加入行人流93.4 運(yùn)行模型和觀察行為113.5 加入服務(wù)類模型123.6 交互地改變乘客到達(dá)頻率163.7 收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)194.總結(jié)與展望235.參考文獻(xiàn)251關(guān)于此模型的使用AnyLogic為我們提供了強(qiáng)大的行人庫(kù)（Pedestrian Libirary），我的北京火車站簡(jiǎn)單模型用于仿真“真實(shí)”環(huán)境中的北京站人流情況。我的模型主要是根據(jù)Sample Modles樣例中的Subway En

2、trance創(chuàng)建而成，在樣例中你可以參考模型，創(chuàng)建行人建筑（如排隊(duì)通道、安檢通道等）或大廳（其中具有大量行人）。通過(guò)創(chuàng)建的模型，收集模擬的基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并有效地可視化所模擬的過(guò)程，以驗(yàn)證和展示自己做的的模型。此外我們還可以收集不同區(qū)域的行人密度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以確保服務(wù)點(diǎn)在假定的負(fù)載下是否具有可接受性，估測(cè)行人在指定區(qū)域的停留時(shí)間長(zhǎng)度，觀察其內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)建筑的潛在問(wèn)題即加入某些建筑或其他應(yīng)用之后可能會(huì)帶來(lái)的影響。在創(chuàng)建該的模型中，行人可以在連續(xù)空間中行進(jìn)，并且對(duì)不同類型的建筑（墻壁，安檢區(qū)等）和其他行人作出反應(yīng)。2理論基礎(chǔ)本模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)是基于社會(huì)力模型（Social force model）應(yīng)

3、運(yùn)而生的。由Helbing等人提出的社會(huì)力模型是一種多粒子自驅(qū)動(dòng)模型，也就是在模型中行人是由自驅(qū)動(dòng)的粒子代替的。社會(huì)力的概念并不是指物理上實(shí)際存在的力，而是以一種虛擬的方式代表行人的社會(huì)心理以及行人之間、行人和環(huán)境之間的相互作用。一個(gè)質(zhì)量為的行人 總是希望以一定的期望速度朝期望的方向運(yùn)動(dòng)， 因此，行人在行走過(guò)程中都會(huì)期望能在較短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整他當(dāng)前的實(shí)際速度 到期望速度。行人與墻壁、其他行人的相互作用包括排斥和摩擦。距離越近，之間的相互作用力就越大。社會(huì)力模型中，常常用和分別代表行人之間、行人和墻壁之間的相互作用力。模型的行人運(yùn)動(dòng)主方程為：社會(huì)力模型認(rèn)為，行人之間往往會(huì)保持一

4、定的距離，這一特性在模型當(dāng)中是通過(guò)心理力來(lái)模擬的。但是如果兩個(gè)人之間的距離小于他們的半徑之和（一個(gè)行人用一定半徑的圓代替）的話，就代表他們有身體上的接觸。行人和墻壁之間的處理方式是類似的，唯一的不同是在力的強(qiáng)度上有一點(diǎn)區(qū)別。應(yīng)該說(shuō)，社會(huì)力模型是到目前為止最好的行人微觀仿真模型。模型中的變量不是任意的，因?yàn)槟切┳兞慷加锌梢詼y(cè)得的物理意義。模型仿真的結(jié)果顯示行人交通流具有自組織的特性。所以本模型應(yīng)用社會(huì)力模型作為理論基礎(chǔ)。下面我就我創(chuàng)建的簡(jiǎn)單模型：北京火車站簡(jiǎn)單模型，作為示例進(jìn)行一下講解。 3. 北京火車站簡(jiǎn)單模型我們將創(chuàng)建一個(gè)非常簡(jiǎn)單的模型，用于仿真北京火車站的乘客流。為避免出現(xiàn)在列車快要離開(kāi)時(shí)

5、才開(kāi)始排隊(duì)買票的窘境，一些乘客可能事先在早些時(shí)候已經(jīng)買好票了。這樣這些乘客就可以直接進(jìn)入安檢等候大廳等安檢后進(jìn)候車大廳等候上車。沒(méi)有車票的乘客必須在售票大廳，通過(guò)取票或購(gòu)買車票之后才可以進(jìn)入安檢等候大廳，通過(guò)安檢進(jìn)入候車大廳等候檢票上車。這一模型將演示如何使用AnyLogic行人庫(kù)仿真簡(jiǎn)單的行人流和服務(wù)。3.1使用行人庫(kù)模型行人模型包括兩個(gè)主要部分環(huán)境和行為。環(huán)境包括墻壁，不同的區(qū)域（如：候車大廳、購(gòu)票區(qū)）、服務(wù)（如：檢票、驗(yàn)票），隊(duì)列（如：取票隊(duì)列、購(gòu)票隊(duì)列）等。通常，為了創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境對(duì)象，我們還需要自己定義其圖形，加入對(duì)應(yīng)的庫(kù)對(duì)象，并為此對(duì)象設(shè)置屬性。與企業(yè)庫(kù)（我們前幾次課做裝甲團(tuán)坦克訓(xùn)練

6、保障仿真時(shí)的模型庫(kù)）一樣，行人的行為可以使用流程圖的方式定義。你可以從庫(kù)模板中按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)對(duì)象，并為此對(duì)象設(shè)置自定義屬性，然后將多個(gè)對(duì)象連接在一起。 如何使用行人庫(kù) 打開(kāi)行人庫(kù)模板 加入一個(gè)對(duì)象，用鼠標(biāo)按住左鍵將其從模板中拖出來(lái)。 將對(duì)象放置于所需位置。 改變對(duì)象屬性。 打開(kāi)庫(kù)頁(yè)面 點(diǎn)擊行人庫(kù)選項(xiàng)卡 行人庫(kù)模板顯示了庫(kù)中的所有對(duì)象。你可以點(diǎn)擊模板中的任一對(duì)象，然后將其拖動(dòng)到結(jié)構(gòu)圖中。為了解關(guān)于此對(duì)象的簡(jiǎn)要信息，只需將鼠標(biāo)置于其上方，便會(huì)出現(xiàn)工具提示。 在你將一對(duì)象拖動(dòng)到結(jié)構(gòu)圖之后，此對(duì)象即被選定，并且其屬性將顯示于Properties（屬性）窗口中，在此窗口里面你可以根據(jù)你的模型要求調(diào)整對(duì)

7、象屬性。若需在稍后調(diào)整屬性，首先點(diǎn)擊此對(duì)象以將其選定，然后在Properties（屬性）窗口中修改對(duì)象屬性。3.2 創(chuàng)建一個(gè)模型動(dòng)畫(huà)區(qū)域現(xiàn)在我們將繪制此模型的動(dòng)畫(huà)區(qū)域。為簡(jiǎn)化繪制，我們將通過(guò)描述庫(kù)（Presentation）里的工具繪制自己的動(dòng)畫(huà)區(qū)域，繪制布局圖，或?qū)肴我粓D片作為布局圖。當(dāng)你希望對(duì)草稿布局繪圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，繪圖步驟很容易根據(jù)范例進(jìn)行。繪圖操作可以很好地對(duì)已有布局圖進(jìn)行操作。 繪制北京火車站布局圖 創(chuàng)建布局圖邊框 加入各個(gè)布局內(nèi)部圖形 標(biāo)注各圖形 繪制模型動(dòng)畫(huà) 繪制建筑物墻壁 繪制一個(gè)入口 繪制一個(gè)出口1、為簡(jiǎn)化繪圖，你可能需要使用對(duì)應(yīng)的工具條按鈕關(guān)閉網(wǎng)格，并對(duì)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行縮放。關(guān)閉

8、網(wǎng)格 縮小動(dòng)畫(huà)（或Ctrl+滾輪）繪制環(huán)境區(qū)域邊界。繪制如下圖所示的折線。 點(diǎn)擊Polyline（折線）工具條按鈕，然后點(diǎn)擊第一個(gè)點(diǎn)。 點(diǎn)擊若干個(gè)中間點(diǎn)，完成路徑 雙擊最后一個(gè)點(diǎn)。為所繪制的折線設(shè)置如下： 選中圖形單擊右鍵，彈出對(duì)話框，選擇creat a group 創(chuàng)建一個(gè)群，命名為售票大廳墻壁 改變折線的顏色和寬度，以使其更醒目。 使此折線閉合 在Properties（屬性）窗口的Polyline（折線）選項(xiàng)卡中，選中Closed polyline（閉合折線）選框。這樣就把折線的第一個(gè)點(diǎn)和最后一個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)，使此折線閉合。2、為行人流定義入口和出口點(diǎn)首先繪制一個(gè)入口。入口是行人出現(xiàn)在仿真環(huán)

9、境中的點(diǎn)。入口可以定義為一條線段，折線，或一個(gè)包含有線段和/或折線的樞紐。設(shè)置所繪制線段的屬性： 點(diǎn)擊Line（線段），然后在動(dòng)畫(huà)中繪制一條直線。同理繪制出口線段，如下圖所示： 將此線段命名為售票大廳入口 改變線段的顏色和寬度 繪制出口線段 將此線段命名為售票大廳出口請(qǐng)注意入口和出口線段都應(yīng)位于環(huán)境區(qū)域形體內(nèi)部，即位于折線“售票大廳墻壁”內(nèi)部。3.3 加入行人流現(xiàn)在我們將完成創(chuàng)建仿真行人流的簡(jiǎn)單模型。我們需要加入庫(kù)對(duì)象，以向被仿真環(huán)境中加入或從其中移出行人。 創(chuàng)建模型流程圖 PedSource PedSinkpedConfiguration 加入一個(gè)PedSource對(duì)象。PedSource對(duì)

10、象用于生成行人。設(shè)置此對(duì)象的屬性如下： 定義行人流入口點(diǎn)。選擇行人流入口的動(dòng)畫(huà)形體。設(shè)置售票大廳入口為行人流的入口點(diǎn)定義其名稱為“由售票大廳進(jìn)站” 加入一個(gè)PedSink對(duì)象，并將它與PedSource對(duì)象連接起來(lái)。PedSink對(duì)象用于將進(jìn)入系統(tǒng)的行人移出系統(tǒng)。這一對(duì)象通常用作行人流的終點(diǎn)。設(shè)置此對(duì)象的如下屬性： 定義其名稱為“乘客出售票大廳” 加入一個(gè)pedConfiguration對(duì)象，pedConfiguration對(duì)象用于定義系統(tǒng)的行人的結(jié)構(gòu)，這一對(duì)象代表了一系列行人庫(kù)的全局參數(shù)，并允許針對(duì)特定任務(wù)調(diào)整模型，以獲得最佳模型性能。設(shè)置此對(duì)象的如下屬性： 定義其名稱為“人流配置（結(jié)構(gòu)）”

11、3.4 運(yùn)行模型和觀察行為我們已經(jīng)完成了使用AnyLogic行人庫(kù)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的模型。現(xiàn)在你可以點(diǎn)擊Run（運(yùn)行）按鈕以開(kāi)始運(yùn)行此模型。你可以看到模型行為正確：乘客進(jìn)入地鐵入口，并且穿過(guò)通向地鐵列車的走廊。 運(yùn)行模型并查看動(dòng)畫(huà)由和可知，=848，所以此模型運(yùn)行順暢3.5 加入服務(wù)類模型現(xiàn)在將通過(guò)加入服務(wù)類模型來(lái)擴(kuò)展我的模型。向你展示在行人庫(kù)中服務(wù)是如何定義的。首先，我們修改動(dòng)畫(huà)，然后修改模型流程圖。 修改模型動(dòng)畫(huà) 繪制服務(wù)門（線段） 創(chuàng)建一個(gè)樞紐組 繪制通往服務(wù)門的隊(duì)列 創(chuàng)建一個(gè)樞紐組舉例：如排隊(duì)區(qū)服務(wù)類模型。 定義兩條代表驗(yàn)票門的線段，如下圖所示。 繪制線段注意：起點(diǎn)即你在繪制線段時(shí)點(diǎn)擊的第

12、一個(gè)點(diǎn)很重要。乘客將從你最先繪制的點(diǎn)移動(dòng)到你最后繪制的點(diǎn)。 創(chuàng)建一個(gè)樞紐組。樞紐用于將多個(gè)動(dòng)畫(huà)形體合成一組。由于我們希望對(duì)多個(gè)形體定義一個(gè)服務(wù)，因此我們需要使用樞紐。 建立樞紐（按住Ctrl鍵選中兩個(gè)線段，右鍵，group），命名為驗(yàn)票 繪制折線以代表通往檢票門的隊(duì)列，如下圖所示。 繪制折線注意：折線的起點(diǎn)很重要。它代表此隊(duì)列的頭。因此我們將每個(gè)折線的第一個(gè)點(diǎn)放置于對(duì)應(yīng)的檢票門附近。創(chuàng)建一個(gè)樞紐組，并將其命名為“出廳”。將剛剛創(chuàng)建的所有折線都加入到此樞紐組中，方法與前述對(duì)代表“驗(yàn)票”的線段進(jìn)行的操作相同。同理，我們可以創(chuàng)建其他幾個(gè)服務(wù)類的模型。現(xiàn)在我們將修改模型流程圖。創(chuàng)建和連接對(duì)象，如下所示

13、。 修改模型流程圖 PedService pedServices 加入一個(gè)PedServic對(duì)象。這一對(duì)象允許定義一個(gè)或多個(gè)服務(wù)。設(shè)置此對(duì)象的如下屬性： 選擇“護(hù)欄”為服務(wù)形體 命名為“去候車廳” 加入一個(gè) pedServices對(duì)象。這一對(duì)象允許定義一個(gè)或多個(gè)服務(wù)點(diǎn)位置以及通向這些服務(wù)點(diǎn)的隊(duì)列。設(shè)置此對(duì)象的如下屬性：注意：此時(shí)為出售票大廳，所以延遲但依然在行進(jìn)，當(dāng)買票時(shí)有延遲但不行進(jìn)。 選擇“驗(yàn)票”為服務(wù)形體 指定服務(wù)延時(shí)時(shí)間（以秒計(jì)） 命名為“護(hù)欄” 設(shè)置“出廳”為隊(duì)列形體 定義了服務(wù)點(diǎn)的形體。可以為線段，折線，或一個(gè)包含多個(gè)線段/折線的樞紐。由于我們希望定義多個(gè)服務(wù)，因此我們使用一個(gè)樞紐

14、。選擇定義了通向此服務(wù)的隊(duì)列的動(dòng)畫(huà)形體。隊(duì)列可以屬于不同類型。根據(jù)其對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)形體，隊(duì)列類型將自動(dòng)被檢測(cè)出。 將各對(duì)象連接即可得到我們簡(jiǎn)單的模型。現(xiàn)在你可以點(diǎn)擊Run以運(yùn)行模型，并觀察其行為。你可以看到乘客現(xiàn)在穿過(guò)檢票門，并且有時(shí)候會(huì)形成隊(duì)列。你可以通過(guò)點(diǎn)擊其對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)形體來(lái)查看某個(gè)乘客的狀態(tài)。這將向你顯示此行人的速度和局部行人密度。這一選項(xiàng)只有在你向模型中加入了pedConfiguration模塊，并且設(shè)定了較低的模型速度，如1x，之后才可用。3.6 交互地改變乘客到達(dá)頻率現(xiàn)在我們將設(shè)置乘客到達(dá)頻率為可更改。我們希望交互地改變乘客到達(dá)率，以確保在假定的負(fù)載下服務(wù)點(diǎn)仍然能保持可接受的性能表現(xiàn)。

15、我們將在動(dòng)畫(huà)中引入對(duì)應(yīng)的控制元素以交互改變此頻率。 設(shè)定乘客到達(dá)頻率 用所創(chuàng)建的參數(shù)定義乘客到達(dá)頻率 加入一滑塊以改變乘客到達(dá)頻率 加入一個(gè)滑塊以改變到達(dá)頻率 加入一個(gè)滑塊標(biāo)簽 加入一個(gè)滑塊范圍標(biāo)簽 點(diǎn)擊Slider工具條按鈕，然后點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà)圖以在其中放置一個(gè)滑塊。對(duì)此滑塊控件，設(shè)置其如下屬性： 選取此值為“由售票大廳進(jìn)站.rate” 設(shè)置最大值為2000 添加標(biāo)注 點(diǎn)擊Text（文本）按鈕，然后點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà)以向其中加入頻率的標(biāo)簽。 在創(chuàng)建此文本標(biāo)簽時(shí)輸入“乘客到達(dá)頻率”作為設(shè)計(jì)時(shí)間值。 修飾改變字體顏色改變文本標(biāo)簽的對(duì)齊方式更改文本字體、字號(hào)及標(biāo)注輸入標(biāo)簽名稱點(diǎn)擊Run（運(yùn)行）按鈕以運(yùn)行模型?，F(xiàn)在

16、你可以使用此滑塊交互地改變乘客到達(dá)頻率。這樣你就可以找出可以服務(wù)的最大乘客到達(dá)頻率。3.7 收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)現(xiàn)在有一些值得收集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。我們希望了解在建筑物中的乘客總數(shù)，以及每個(gè)乘客在地鐵入口處停留的時(shí)間。行人庫(kù)中的對(duì)象已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了收集基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的功能。 你也可以在任何你需要的時(shí)候在一些區(qū)域中收集高級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 定義收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的區(qū)域 加入一個(gè)pedArea對(duì)象 加入一個(gè)pedArea對(duì)象。pedArea對(duì)象代表一個(gè)或多個(gè)用于收集基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的區(qū)域，基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括行人數(shù)目.為此對(duì)象設(shè)定如下屬性： 選擇“售票大廳墻壁” 允許收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 指定收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的區(qū)域。我們希望對(duì)整個(gè)“售票大廳墻壁”收集

17、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此我們選擇定義了此“售票大廳墻壁”的折線。我們希望查看收集到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此我們?cè)趫D中繪制一個(gè)圖表，以在動(dòng)畫(huà)中直接顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用來(lái)監(jiān)視模型的可接受性。 在動(dòng)畫(huà)中加入指示 加入一個(gè)圖表對(duì)象，用于顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為此對(duì)象設(shè)定如下屬性：點(diǎn)擊Run（運(yùn)行）按鈕以運(yùn)行此模型。你將看到旅客停留在模型中各個(gè)區(qū)域當(dāng)前旅客數(shù)量數(shù)據(jù)。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以幫助你找到提高效率和服務(wù)質(zhì)量的方法。以上是建立售票大廳的簡(jiǎn)單模型的步驟，據(jù)此我們可以根據(jù)自己的發(fā)揮，創(chuàng)建多個(gè)區(qū)域與模型進(jìn)行仿真，然后通過(guò)組合將其各種關(guān)系連接在一起，形成一個(gè)復(fù)雜的行人庫(kù)模型。4. 總結(jié)與展望通過(guò)本模型的研究分析，可以初步判斷出北京站容易出現(xiàn)人

18、流擁擠，空間浪費(fèi)的地方，為我們解決實(shí)際問(wèn)題提供借鑒以及方法指導(dǎo)。雖然現(xiàn)在這方面的技術(shù)已經(jīng)初步成熟，在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用越來(lái)越廣。但我認(rèn)為這項(xiàng)研究還有很長(zhǎng)的路要走，在這里我有幾點(diǎn)自己發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提出來(lái)以供大家共同探討。主要存在兩方面的問(wèn)題：（1）模型并不能完全保證行人之間不出現(xiàn)碰撞（交疊），其表現(xiàn)就是從仿真過(guò)程來(lái)看會(huì)出現(xiàn)有些行人跑到別人的“身體”里面去了，而這是不現(xiàn)實(shí)的，所以社會(huì)力模型還需要一個(gè)像磁力模型中的那種避碰力來(lái)防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。（2）社會(huì)力模型的研究人員似乎更多的是從物理作用的角度來(lái)解釋行人的物理行為而不是從交通流的角度來(lái)解釋。如何來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題值得商榷。此外還有幾點(diǎn)困惑：（1）在現(xiàn)在信息化綜合的環(huán)境下，行人庫(kù)仿真將會(huì)是一個(gè)涉及多領(lǐng)域的綜合交叉仿真，其仿真建模的工作量必將相當(dāng)龐大，我們未來(lái)將怎么辦；（2）因?yàn)樾腥藥?kù)仿真應(yīng)用領(lǐng)域廣，其涉及的場(chǎng)景多且復(fù)雜，造成行人庫(kù)仿真模型的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的判定比較困難，仿真時(shí)怎么確保正確性，實(shí)際性；（3）行人庫(kù)仿真的微觀參數(shù)比較難采集，只能粗略的進(jìn)行描述，對(duì)于具體的實(shí)際因素，如：心理、關(guān)系等難以進(jìn)行分析。個(gè)人認(rèn)為針對(duì)以上的問(wèn)題和困惑我們應(yīng)該從以下三個(gè)方面進(jìn)行研究。（1） 加強(qiáng)行人庫(kù)仿真模型的應(yīng)用，多與各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)相互溝通，穿插仿真，研制高速的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為仿真復(fù)雜問(wèn)題提供技術(shù)平臺(tái)（比如：研制高精度的自動(dòng)化視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來(lái)采集大量的行