一种地铁车厢客流动态均衡的方法及系统

本发明涉及地铁客流系统技术领域，尤其是一种地铁车厢客流动态均衡的方法及系统。

背景技术：

城市轨道交通系统以其运量大、速度快、效率高、准时、安全、舒适的特性成为城市居民出行的首选，为城市交通拥挤和运力不足的问题提供了有效的解决途径。随着地铁在我国各个城市的建设广泛铺开，乘客对于乘坐地铁舒适性的需求也日益增加。

由于地铁车厢客流量存在时空分布不均，加之乘客不能得知未进站的地铁车厢内人员分布情况，且站台上排队的乘客具有随机性，造成各车厢乘客人数分布不均，导致乘车的舒适度下降。加之当前疫情防控形势下，人与人之间需要保持社交距离显得尤为重要，为了避免地铁某节车厢乘客数量过多，车厢空间无法充分利用，急需通过有效的方法对车厢内及站台排队的乘客进行实时引导，均衡地铁各车厢的客流、保障乘客乘车舒适度。

目前，人们只能通过地铁站台显示屏获取列车到站时间等信息，而无法获得地铁车厢内客流分布及下车客流数量，且缺乏对车厢内客流的引导和站台客流的引导。乘客在站台排队候车、上车皆具有较大的随机性，缺乏必要的方法和系统对车厢内及站台客流进行实时引导，导致地铁车厢内的客流分布不均衡，严重影响乘客的乘车舒适度。而且现有地铁车厢内缺乏动态实时的客流引导，无法显示相对空闲的车厢号，只能提示当前车厢号以及到站站名等信息。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种地铁车厢客流动态均衡的方法及系统，本发明能够充分利用车站afc数据，在乘客信息系统与通信系统的基础上，提供一种地铁车厢客流动态均衡的方法及系统，对地铁站台排队客流及车厢内客流进行实时引导，解决地铁车厢空间利用不充分，客流分布不均衡的问题。

本发明的技术方案为：一种地铁车厢客流动态均衡系统，包括客流信息采集子系统、动态客流均衡子系统和动态客流引导子系统；

所述的客流信息采集子系统包括

自动售检票系统afc，用以采集地铁乘客乘车起点及终点信息；

车载摄像头，用以采集车厢内乘客人数；

站台摄像头，用以采集各车厢的上、下车人数；

所述的动态客流均衡子系统包括下车客流预测模块和动态客流均衡模块，所述的下车客流预测模块和动态客流均衡模块均与服务器连接；且通过交换机连接至通信主干网，用以接收由afc、车载摄像头、站台摄像头所采集的客流信息，并传送至动态客流均衡模块得出的客流引导方案；

所述的下车客流预测模块用于对自动售检票系统(afc)采集的乘客目的地信息、站台摄像头采集的各车厢上下车客流数据进行统计分析，预测出下一站的下车人数；

所述的动态客流均衡模块用于根据站台摄像头采集的各车厢上下车客流数据、车载摄像头采集的车厢内客流信息，进而对地铁车厢内动态客流及站台的动态客流进行均衡；

所述的动态客流引导子系统包括：

车厢引导显示屏，通过展示由动态客流均衡子系统得到的车厢客流引导方案，引导车厢客流移动；

站台引导显示屏，通过展示由动态客流均衡子系统得出的站台客流引导方案，引导客流排队；

通讯模块，用于连接车厢引导显示屏、站台引导显示屏、乘客信息系统pis及所述动态客流均衡子系统的动态客流均衡模块，以进行车站、列车间的客流信息传输；

乘客信息系统pis，用于接收车厢客流均衡方案及站台客流均衡方案，对车厢客流均衡方案及站台客流均衡方案进行编辑、排版，生成节目表，再进行信息发布，按照节目通过车厢引导显示屏和站台引导显示屏表进行播放。

作为优选的，所述的自动售检票系统afc由进出站闸机、服务器，计算机、数据库组成。

作为优选的，所述的下车客流预测模块包括：

储存单元，用以储存各线路车站由afc采集的乘客目的地信息和站台摄像头采集的各项下车客流数据；

预测单元，连接上述储存单元，用以分析由afc采集的乘客目的地信息站台摄像头采集的车厢下车客流数据，并通过多种预测方法预测个车厢的下车人数；并将预测分析的结果传送到动态客流均和模块。

作为优选的，所述的动态客流均衡模块包括：

判断单元，用于通过车载摄像头识别所采集的车厢内客流信息判断车厢内客流是否达到车厢客流期望值；

计算单元，用于根据判断单元判断的车厢客流期望值进行处理，若车厢内客流达到车厢客流期望值，则通过客流预测方法对车载摄像头、站台摄像头所采集的客流数据进行计算处理；

决策单元，用于根据计算单元得出的结果决策出合适的车厢客流引导方案，以及根据预测单元得出的结果决策出合适的站台客流引导方案。

作为优选的，所述的车厢引导显示屏连接车载ap，用以接收由动态客流均衡子系统传递的车厢客流引导方案。

作为优选的，所述的站台引导显示屏通过车站局域网络接收由动态客流均衡子系统传递的站台客流引导方案。

本发明还提供一种地铁车厢客流动态均衡方法，包括以下步骤：

s1)、利用自动售检票系统afc采集地铁乘客起点及终点信息，通过车载摄像头、站台摄像头地铁车厢内乘客人数、站台上下车乘客人数；

s2)、对采集的地铁乘客起点及终点信息进行统计分析，预测出下一站的下车人数，并通过客流动态均衡方法对地铁车厢内动态客流及站台的动态客流进行均衡；

s3)、将动态客流信息及均衡客流的方案通过电子显示屏展示给乘客，用以引导车厢内的动态客流及站台的动态客流。

作为优选的，步骤s2)中具体包括以下步骤：

s201)、利用判断单元先判断车厢内乘客人数是否达到车厢客流期望值e；若达到，再根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数，得到车厢内乘客的平均人数，及各车厢需引导的乘客人数；

s202)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数，以及相邻车厢需移动人数最小的引导乘客方式min()；

s203)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数及客流均衡函数，并重复以上步骤可得到其他车厢需引导的乘客人数，定义客流均衡函数f(sn)为：

式中，n为地铁的编组数，n∈n+)sn表示为第n节车厢的调整人数；u(sn)表示第n节车厢的一种人数调整方案；d(sn)表示当第n节车厢的人数调整方案集合，且u(sn)∈d(sn)；u(sn+1)表示第n+1节车厢的调整人数为sn+1时的一种人数调整方案；d(sn，u(sn+1))表示第n+1节车厢的调整人数为sn+1时，第n节车厢的人数调整方案；f(u(sn+1))表示第n+1节车厢的调整人数为sn+1；且当n为最后一节车厢时，f(u(sn+1))＝0。

作为优选的，步骤s201)中，判断车厢内乘客人数是否达到车厢客流期望值e具体包括以下步骤：

s2011)、当x≤ε时，直接连接到决策模块，得出合适的站台客流引导方案，即不对车厢内客流进行引导；

当x＞e时，将车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上下车人数传送到计算单元，准备通过数学方法处理车载摄像头、站台摄像头所采集的各个站点的各节车厢上、下客流数据；

式中，x为一个上下车周期内车厢内乘客人数，e为车厢客流预期值；

s2012)、计算根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数，所得到车厢内客流的平均人数；

[(a1-b1)+(a2-b2)+...+(an-bn)]÷n＝x；

式中，an为第n节车厢的上车人数，bn为第n节车厢的下车人数，x为车厢内乘客的平均人数；

s2013)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数得到第n节车厢需引导的乘客人数；

|an-bn-x|＝|x'n|；

式中，|x'n|为第n节车厢需引导的乘客人数；

s2014)、判断第n节车厢需引导乘客人数的增减情况；

当x'n＞0时，则第n节车厢减少x'n人；

当x'n＜0，则第n节车厢增加x'n人；

当x'n＝0，则根据相邻车厢的情况对第n节车厢进行客流引导；

s2015)、确定客流引导方向为双向引导；对第n节车厢的客流进行双向引导。

作为优选的，步骤s202)包括以下步骤：

s2021)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数，第n-1节车厢需引导的乘客人数；

|an-1-bn-1-x|＝|x'n-1|；

式中，an-1为第n-1节车厢的上车人数，bn-1为第n-1节车厢的下车人数，|x'n-1|为第n-1节车厢需引导的乘客人数；

s2022)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数，并利用min函数来确定第n-1节车厢需引导的乘客人数；

式中，为确定第n-1节车厢需引导人数最少的函数；为第n-1节车厢当x'n＞0时的调整方案；为第n-1节车厢当x'n＜0时的调整方案；表示当x'n＞0时，第n节车厢减少x'n人；表示当x'n＜0时，第n节车厢增加x'n人；sn-1为第n-1节车厢的调整人数；为当x'n＞0时，第n节车厢的调整人数；为当x'n＜0时，第n节车厢的调整人数；

s2023)、当x'n＞0时，计算出第n-1节车厢需引导乘客人数；

式中，|x'n-1-x'n|为当x'n＞0时，第n-1节车厢需引导乘客人数；

s2024)、在一个采样周期内，当x'n＞0时，判断出第n-1节车厢需引导乘客人数；

当x'n-1-x'n＞0时，则第n-1节车厢减少x'n-1-x'n人；

当x'n-1-x'n＜0时，则第n-1节车厢增加x'n-1-x'n人；

s2025)、计算出当x'n＜0时，第n-1节车厢需引导乘客人数；

式中，|x'n-1+x'n|为当x'n＜0时，第n-1节车厢需引导乘客人数；

s2026)、当x'n＜0时，判断出第n-1节车厢需引导乘客人数；

当x'n-1+x'n＞0时，则第n-1节车厢减少x'n-1+x'n人；

当x'n-1+x'n＜0时，则第n-1节车厢增加x'n-1+x'n人；

s2027)、重复以上所述的步骤，在一个采样周期内，根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数，可得到第n节车厢乘客后，第n+1节车厢需引导的乘客人数；

式中，为确定第n+1节车厢需引导人数最少的函数；为第n+1节车厢当x'n＞0时的调整方案；为第n+1节车厢当x'n＜0时的调整方案；sn+1为第n+1节车厢的调整人数。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用客流信息采集子系统实时获取地铁乘客乘车起点及终点信息；以及车厢内乘客人数和各车厢的上、下车人数；

2、本发明通过动态客流均衡子系统接收由afc、车载摄像头、站台摄像头所采集的客流信息，并传送至动态客流均衡模块得出的客流引导方案，实现地铁车厢内动态客流及站台的动态客流进行均衡；

3、本发明通过车厢引导显示屏和站台引导显示屏向车厢和站台显示客流均衡方案引导客流移动、以及显示站台客流均衡方案引导客流排队；

4、本发明通过车载摄像头识别所采集的车厢内客流信息，判断车厢内客流是否达到车厢客流期望值，如果一个上下车周期内车厢内乘客人数小于车厢客流期望值，则无需对车厢内客流进行引导，如果一个上下车周期内车厢内乘客人数大于车厢客流期望值，则对车厢内客流进行引导；

5、本发明能够避免地铁某节车厢人数过多或过少，导致车厢利用不均衡及乘客乘车舒适度差的问题，本发明通过对车厢内乘客和站台排队的乘客进行客流引导，来均衡地铁各车厢的客流、保障乘客乘车舒适度。

附图说明

图1为本发明系统的结构框架图；

图2为本发明动态客流均衡子系统的框架结构示意图；

图3为本发明客流引导方向示意图；

图4为本发明客流动态均衡方法流程图；

图5为本发明方法步骤s2)的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供一种地铁车厢客流动态均衡系统，所述的系统采用双向引导方式，其包括客流信息采集子系统、动态客流均衡子系统和动态客流引导子系统；

所述的客流信息采集子系统包括

自动售检票系统afc，用以采集地铁乘客乘车起点及终点信息；

车载摄像头，用以采集车厢内乘客人数；

站台摄像头，用以采集各车厢的上、下车人数；

如图3所示，所述的动态客流均衡子系统包括下车客流预测模块和动态客流均衡模块，所述的下车客流预测模块和动态客流均衡模块均与服务器连接；且通过交换机连接至通信主干网，所述的下车客流预测模块用于接收由afc、车载摄像头、站台摄像头所采集的客流信息，并对采集的地铁乘客起点及终点信息进行统计分析，预测出下一站的下车人数，然后传送至动态客流均衡模块得出的客流引导方案；

所述的下车客流预测模块用于对自动售检票系统(afc)采集的乘客目的地信息、站台摄像头采集的各车厢上下车客流数据进行统计分析，预测出下一站的下车人数；

所述的动态客流均衡模块用于根据站台摄像头采集的各车厢上下车客流数据、车载摄像头采集的车厢内客流信息，进而对地铁车厢内动态客流及站台的动态客流进行均衡；

所述的动态客流引导子系统包括：

车厢引导显示屏，通过展示由动态客流均衡子系统得到的车厢客流引导方案，引导车厢客流移动；

站台引导显示屏，通过展示由动态客流均衡子系统得出的站台客流引导方案，引导客流排队；

通讯模块，用于连接车厢引导显示屏、站台引导显示屏、乘客信息系统pis及所述动态客流均衡子系统的动态客流均衡模块，以进行车站、列车间的客流信息传输；

乘客信息系统pis，用于接收车厢客流均衡方案及站台客流均衡方案，对车厢客流均衡方案及站台客流均衡方案进行编辑、排版，生成节目表，再进行信息发布，按照节目通过车厢引导显示屏和站台引导显示屏表进行播放。

作为优选的，所述的自动售检票系统afc由进出站闸机、服务器，计算机、数据库组成。

作为优选的，所述的下车客流预测模块包括：

储存单元，用以储存各线路车站由afc采集的乘客目的地信息和站台摄像头采集的各项下车客流数据；

预测单元，连接上述储存单元，用以分析由afc采集的乘客目的地信息站台摄像头采集的车厢下车客流数据，并通过多种预测方法预测个车厢的下车人数；并将预测分析的结果传送到动态客流均和模块。

作为优选的，所述的动态客流均衡模块包括：

判断单元，用于通过车载摄像头识别所采集的车厢内客流信息判断车厢内客流是否达到车厢客流期望值；

计算单元，用于根据判断单元判断的车厢客流期望值进行处理，若车厢内客流达到车厢客流期望值，则通过客流预测方法对车载摄像头、站台摄像头所采集的客流数据进行计算处理；

决策单元，用于根据计算单元得出的结果决策出合适的车厢客流引导方案，以及根据预测单元得出的结果决策出合适的站台客流引导方案。

作为优选的，所述的车厢引导显示屏连接车载ap，用以接收由动态客流均衡子系统传递的车厢客流引导方案。

作为优选的，所述的站台引导显示屏通过车站局域网络接收由动态客流均衡子系统传递的站台客流引导方案。

实施例2

如图4和5所示，本实施例提供一种地铁车厢客流动态均衡方法，包括以下步骤：

s1)、利用自动售检票系统afc采集地铁乘客起点及终点信息，通过车载摄像头、站台摄像头地铁车厢内乘客人数、站台上下车乘客人数；

s2)、对采集的地铁乘客起点及终点信息进行统计分析，预测出下一站的下车人数，并通过客流动态均衡方法对地铁车厢内动态客流及站台的动态客流进行均衡；

s3)、将动态客流信息及均衡客流的方案通过电子显示屏展示给乘客，用以引导车厢内的动态客流及站台的动态客流。

作为实施例优选的，步骤s2)中具体包括以下步骤：

s201)、利用判断单元先判断车厢内乘客人数是否达到车厢客流期望值e；若达到，再根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数，得到车厢内乘客的平均人数，及各车厢需引导的乘客人数；

s202)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数，以及相邻车厢需移动人数最小的引导乘客方式min()；

s203)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数及客流均衡函数，并重复以上步骤可得到其他车厢需引导的乘客人数，定义客流均衡函数f(sn)为：

式中，n为地铁的编组数，n∈n+)sn表示为第n节车厢的调整人数；u(sn)表示第n节车厢的一种人数调整方案；d(sn)表示当第n节车厢的人数调整方案集合，且u(sn)∈d(sn)；u(sn+1)表示第n+1节车厢的调整人数为sn+1时的一种人数调整方案；d(sn，u(sn+1))表示第n+1节车厢的调整人数为sn+1时，第n节车厢的人数调整方案；f(u(sn+1))表示第n+1节车厢的调整人数为sn+1；且当n为最后一节车厢时，f(u(sn+1))＝0。

作为优选的，步骤s201)中，判断车厢内乘客人数是否达到车厢客流期望值e具体包括以下步骤：

s2011)、当x≤ε时，直接连接到决策模块，得出合适的站台客流引导方案，即不对车厢内客流进行引导；

当x＞e时，将车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上下车人数传送到计算单元，准备通过数学方法处理车载摄像头、站台摄像头所采集的各个站点的各节车厢上、下客流数据；

式中，x为一个上下车周期内车厢内乘客人数，e为车厢客流预期值；

s2012)、计算根据车载摄像头、站台摄像头采集的车厢上下车乘客人数，所得到车厢内客流的平均人数；

[(a1-b1)+(a2-b2)+...+(an-bn)]÷n＝x；

式中，an为第n节车厢的上车人数，bn为第n节车厢的下车人数，x为车厢内乘客的平均人数；

s2013)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数得到第n节车厢需引导的乘客人数；

|an-bn-x|＝|x'n|；

式中，|x'n|为第n节车厢需引导的乘客人数；

s2014)、判断第n节车厢需引导乘客人数的增减情况；

当x'n＞0时，则第n节车厢减少x'n人；

当x'n＜0，则第n节车厢增加x'n人；

当x'n＝0，则根据相邻车厢的情况对第n节车厢进行客流引导；

s2015)、确定客流引导方向为双向引导；对第n节车厢的客流进行双向引导。

作为优选的，步骤s202)包括以下步骤：

s2021)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数，第n-1节车厢需引导的乘客人数；

|an-1-bn-1-x|＝|x'n-1|；

式中，an-1为第n-1节车厢的上车人数，bn-1为第n-1节车厢的下车人数，|x'n-1|为第n-1节车厢需引导的乘客人数；

s2022)、根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数，并利用min函数来确定第n-1节车厢需引导的乘客人数；

式中，为确定第n-1节车厢需引导人数最少的函数；为第n-1节车厢当x'n＞0时的调整方案；为第n-1节车厢当x'n＜0时的调整方案；表示当x'n＞0时，第n节车厢减少x'n人；表示当x'n＜0时，第n节车厢增加x'n人；sn-1为第n-1节车厢的调整人数；为当x'n＞0时，第n节车厢的调整人数；为当x'n＜0时，第n节车厢的调整人数；

s2023)、当x'n＞0时，计算出第n-1节车厢需引导乘客人数；

式中，|x'n-1-x'n|为当x'n＞0时，第n-1节车厢需引导乘客人数；

s2024)、在一个采样周期内，当x'n＞0时，判断出第n-1节车厢需引导乘客人数；

当x'n-1-x'n＞0时，则第n-1节车厢减少x'n-1-x'n人；

当x'n-1-x'n＜0时，则第n-1节车厢增加x'n-1-x'n人；

s2025)、计算出当x'n＜0时，第n-1节车厢需引导乘客人数；

式中，|x'n-1+x'n|为当x'n＜0时，第n-1节车厢需引导乘客人数；

s2026)、当x'n＜0时，判断出第n-1节车厢需引导乘客人数；

当x'n-1+x'n＞0时，则第n-1节车厢减少x'n-1+x'n人；

当x'n-1+x'n＜0时，则第n-1节车厢增加x'n-1+x'n人；

s2027)、重复以上所述的步骤，在一个采样周期内，根据车载摄像头、站台摄像头采集的各车厢上、下车乘客人数，可得到第n节车厢乘客后，第n+1节车厢需引导的乘客人数；

式中，为确定第n+1节车厢需引导人数最少的函数；为第n+1节车厢当x'n＞0时的调整方案；为第n+1节车厢当x'n＜0时的调整方案；sn+1为第n+1节车厢的调整人数。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。