軌道交通閘機通過能力差異性影響因素研究

才 溢, 周 然, 杜恬恬, 侯 宇

(北京市地鐵運營有限公司 運營四分公司, 北京 100102)

收稿日期: 2023-07-25.

作者簡介: 才 溢(1982—), 男, 碩士, 高級工程師, 研究方向為城市軌道交通運營管理. E-mail: caiyigra10@163.com.

0 引言

軌道交通車站閘機是分割付費區與非付費區的物理屏障,乘客采用刷卡、刷碼、投卡等方式通過寬型或窄型閘機. 通過現場實際調研,乘客采用不同付費姿勢時,通過閘機的能力存在差異. 在國際研究領域,渡邊健太郎等[1]研究了影響乘客使用智能手機刷閘過機的因素,包括個人因素及其他人之間的互相影響因素. Fang Yong等[2]從地鐵站閘機設施類型、行人流量、換道行為三要素研究了乘客刷閘過機擁堵的原因. Kim, Dong Young等[3]通過優化地鐵車站閘機用戶界面來提高乘客的通過速率和準確性,取得了一定成果. 在國內研究領域,馬超群等[4]根據不同支付方式的乘客比例計算檢票閘機通過能力,結果表明移動支付下檢票閘機通過能力比刷卡支付下小. 吳嬌蓉等[5]通過對上海市地鐵車站乘客通過三桿式閘機的過程進行研究,表明影響因素主要為攜帶包裹大小、刷卡方式、乘客群體,結果表明乘客使用磁卡和非接觸式一卡通出閘時存在顯著性差異. 劉雙慶等[6]采用視頻逐幀回放的方式,統計乘客屬性、閘機屬性、統計乘客連續檢票刷卡的間隔時間和乘客通過閘機的時間,計算乘客通過閘機速度和閘機通過能力. 此外,根據已有文獻顯示,乘客在選擇閘機通過時,有隊列的選擇偏好[7]. 雖然國內外均有文獻對乘客通過閘機這一行為進行研究,但主要集中在閘機通過能力方面,鮮有對乘客過機能力差異進行研究的內容,本文以乘客通過閘機能力的差異性作為研究對象,探討影響乘客刷閘過機的影響因素并制定相應措施以提高通過效率.

1 車站現場條件

軌道交通閘機分為進站閘機、出站閘機,從運營方向分可分為單向閘機、雙向閘機,無論閘機按何種類型進行劃分,其性質相同,只是使用上存在差別,當前區分乘客進站方式主要依靠乘客支付方式的不同或按照刷閘動作進行區分. 本文按照乘客通過閘機時刷卡、刷碼、投卡的動作不同進行分析.

1.1 乘客過機流程

當乘客到達位置①時準備好票卡準備刷卡或刷碼,付費完成后閘機門打開,經過區域②,穿過區域③跨過閘機,到達位置④時完成整個過閘動作,如圖1所示.

圖1 乘客過機示意圖

1.2 刷閘動作區分

根據現場調研,乘客過機時主要采取刷卡、刷碼、投卡3種方式完成刷閘動作,這3種動作在閘機上的操作區域不同,動作有區別,如圖2所示.

圖2 刷閘區域圖

區域①為乘客使用IC卡或手機NFC功能刷閘過機的區域,當乘客將RIFD卡貼近該區域時,閘機接收信號打開扇門,此種過機方式的要領是IC卡要與閘機感受器信號區域重合. 區域②為乘客使用手機二維碼刷閘過機的區域,乘客在二維碼接收器前一定距離出示二維碼,閘機接收信號打開扇門,該過機方式的要領是出示二維碼時需要乘客手部保持穩定,二維碼保持與接收器存在適當距離. 區域③為乘客使用單程票投卡出站的位置,此方法要求乘客準確將卡片插入讀卡器,實踐中存在插卡不準的情況.

2 乘客刷閘動作樣本量統計

2.1 數據來源及數據篩選

本次研究的過閘數據取自北京軌道交通昌平站2022年4月某工作日車站晚高峰1 h出站客流,驗證數據取自該站2022年9月某工作日車站晚高峰1 h出站客流. 采用視頻回放的方式逐幀對乘客刷卡動作、性別、閘機選擇等條件進行分類,統計每個人的過機時間,同時在數據篩選過程中,將部分由于乘客個人原因造成的諸如票卡掉落、票卡使用錯誤等樣本予以清除,保證樣本統計量均符合票卡使用要求,如表1所示.

由于投卡方式所占比例過小,因此本次研究不包括該項及所附內容. 為體現差異性,在統計樣本量時按照性別、刷閘方式、閘機寬窄等條件進行了區分,性別以男、女代替,寬窄閘機以寬、窄代替,刷卡或刷碼以IC-NFC、刷碼代替,如表2所示.

表1 刷閘樣本量表

表2 過閘樣本類型比例 %

2.2 過閘方式正態性驗證

為體現不同過閘方式、性別及閘機物理狀態對乘客通過閘機能力的影響,首先使用SPSS軟件對不同類型樣本進行正態性檢驗,如表3所示.

表3 過閘時間正態性檢驗

經檢驗,各刷閘分類的KS檢驗顯著性值均小于0.05,不符合正態分布.

3 樣本過閘能力差異性比較

3.1 過閘均值

根據樣本量,可計算4月各類型過閘時間均值,如表4所示.

表4 各類型過閘能力描述

由于乘客過閘方式主要分為刷卡和刷碼,由加權平均可知以刷卡方式通過閘機的時間均值為2.709 3 s,以刷碼方式通過閘機的時間均值為2.915 4 s.

由于數據體現非正態性,為進一步體現各不同類型過閘能力在不同維度的差異性體現,選擇曼-惠特尼U檢驗檢驗方法對數據進行分析.

假設:

H0:μ=μ0(相比較的兩總體的分布無顯著差異)

H1:μ≠μ0(相比較的兩總體的分布有顯著差異)

3.2 基于使用者特征的差異性表現

基于性別的差異性比較,以閘機寬、窄和刷閘方式作為維度體現男、女乘客基于性別的過閘能力差異如表5所示.

從表5中可看出,在通過窄閘機時,無論使用刷卡還是刷碼方式,男性和女性均體現顯著性.

3.3 基于閘機特性的差異性比較

3.3.1 基于不同刷閘方式的差異性比較

基于不同刷閘方式,檢驗同性乘客通過寬窄閘機的差異性如表6所示.

從表6可看出,男性在通過窄閘機時,在使用刷卡或刷碼方式上存在顯著性差異,而女性在通過寬、窄閘機時,無論使用刷卡或刷碼方式均存在顯著性差異.

3.3.2 基于閘機寬度的差異性比較

基于閘機寬度,體現以性別和刷閘方式為維度的差異性如表7所示.

表5 基于性別的差異化比較

表6 基于不同刷閘方式的差異化比較

表7 基于閘機寬度的差異化比較

從表7可看出,女性無論使用刷卡或刷碼方式通過寬、窄閘機時,均體現顯著性差異.

由此可看出,基于性別(男/女)、閘機(寬/窄)、方式(刷卡/刷碼)三要素之間的過閘時間存在顯著性差異,為進一步描述這三要素之間圍繞過閘時間是否存在相互影響、干擾,擬進行調節中介效應分析.

3.4 調節中介效應分析

調節中介作用同時考慮中介變量和調節作用,其核心是中介作用,基于中介作用基礎上再進一步討論調節作用. 調節中介分析時,中介作用的檢驗使用bootstrap法,即檢驗bootstrap 95%置信區間是否包括數字0,如果包括數字0,那么說明沒有中介作用,反之如果說bootstrap 95%置信區間不包括數字0,則說明具有中介作用. 除此之外,X對于Y的影響關系即調節作用(直接效應)也會進行分析,但其重要性較低,因為核心關注點在于中介和調節中介. 本次調節中介作用分析按照Process程序編制的模型4進行,因變量(Y)為基于不同自變量(X)的過閘時間,自變量(X)、中介變量(M)、調節變量(Z)為①性別(男/女)②閘機(寬/窄)③方式(刷卡/刷碼)三者的組合,結果如表8所示.

考察中介作用時,如果間接效應值的95%區間(BootCI,其中BootLICI為下限值,BootULCI為上限值)值不包括數字0,則說明具有中介效應. 考察調節作用時,如果某項的p值小于0.05,則說明呈現出顯著性即調節作用存在. 由表8可知,在考慮中介效用時,只有在閘機(寬/窄)作為性別(X)對過閘時間(Y)的中介變量時,不具有中介效應,其他情況下的中介變量(M)均在自變量(X)和因變量(Y)的條件下產生中介效應. 在考慮調節效用時,只有閘機(寬/窄)和性別(男/女)在低水平作為性別(X)對過閘時間(Y)的調節變量時,不具有調節效應,其他情況下的調節變量(Z)均在自變量(X)和因變量(Y)的條件下產生調節效應.

由此可看出,基于閘機(寬/窄)、性別(男/女)、方式(刷卡/刷碼)三因素互為自變量(X)、因變量(Y)、中介變量(M)、調節變量(Z)時,對過閘時間產生了較強的作用,因此認為這三因素可作為差異性影響因素.

4 差異性影響因素分析

通過對現有文獻的研究可發現,正常健康男女各年齡層平衡能力存在差異[8],高校宿舍出入口閘機寬度對人的過閘時間有影響[9],性別及年齡段的差別,指、手部運動存在差異[10].

為找到本次研究內容的閘機通過能力差異性影響因素,結合已有文獻內容,采取專業人員打分法的方式發放《乘客過閘差異化打分表》調查問卷,本次調查面向軌道交通昌平線87名站務崗員工. 問卷內容在涉及重要程度權重比例的問題上,采用李克特五級量表,設置非常重要、重要、一般重要、基本不重要、不重要5個等級. 通過對參與調查的員工結合現場情況所答問卷進行比例分析,可得到如下結果,如表9所示.

首先分析α系數,如果此值高于0.8,則說明信度高;其次分析KMO值,如果此值高于0.8,則說明研究數據效度較好,因此問卷符合分析要求.

根據調查問卷得分,影響各類型過閘時間的因素主要如下,如表10所示.

表10 主要影響因素表

4.1 男女性別差異

如圖1所示,本次統計乘客通過閘機的時間參數是由位置①移動到位置④所用時間,由于乘客在位置①停頓刷卡,因此閘機扇門打開后乘客是由位置①啟動,考慮主要影響因素為基于性別的步幅、步速. 同時本文的樣本統計量來源為工作日晚高峰通勤時段,乘客主要為成年男、女. 根據胡明偉等做的軌道交通車站客運組織仿真研究可知[11],男女步速如表11所示.

表11 男女步速步幅表

由表11內容可知,基于男女性別通過閘機時間的差異化影響因素主要為步速、步幅等.

4.2 閘機寬度差異

步行環境中有許多不同的設施,如房間、門、障礙物和分隔帶等. 行人的運動必然受到這些幾何物體的約束,也就是行人要與這些幾何約束交互,并作出反應,采取不同的交通行為[12]. 經過實測昌平站閘機寬度,寬閘機為0.95 m,窄閘機為0.55 m,通勤客流中主要為上班族,普遍攜帶挎包,根據人機工程學中的人體負重時運動通行的尺寸,一手提物或環抱輕物時通行寬度為0.7～0.8 m[13]. 在此情況下,寬閘機滿足一般乘客通行需求,但是乘客通過窄閘機時需要側身通過,多余動作增加了乘客通過窄閘機的時間成本,這也與現場觀察到的情況相一致.

4.3 乘客熟練程度

乘客出站時在閘機上操作的刷卡、刷碼區域不同,使用不熟練的乘客往往找不準相對應的位置,還存在反復調整刷閘姿勢的情況. 由于乘客刷閘時需要將一卡通、二維碼與讀卡區域、讀碼區域重合方可通過閘機,這就需要乘客擺放一卡通或二維碼位置正確. 當閘機信號接收器未讀取到的數據時,閘機扇門不開,但是處理器已經經過一個處理時長,經過乘客調整刷閘手勢后,閘機信號接收器重新循環 1個操作周期,操作正確后乘客通行,閘機處理車票信息的時長即為等待時間.

4.4 刷卡及刷碼動作

經動素分析并結合視頻回放,刷卡動素與刷碼動素有4點不同:①刷碼時需要二維碼與讀碼器呈平行角度并保持規定距離(5～10 cm)閘機方可開閘,因此在刷碼時需要將手機與二維碼接收器進行“預定位”操作,因此刷碼比刷卡多一步輔助性操作[13];②刷卡動素分析中“持住”操作使用了RIDF射頻技術,乘客在將一卡通卡放置在刷卡區域時,可物理貼近刷卡區,無最小接觸距離要求,此操作比刷碼動素中的“持住”要求低,更易于操作;③在“握取”操作中,刷卡時卡或手機和刷卡區域與地面呈平面,而刷碼時手機和刷碼區域與地面呈垂直角度,在視頻回放時可看出乘客明顯在使用二維碼時使用手機更加謹慎,造成使用時間延長.

5 差異化研究對客運組織的促進

進行閘機通過能力的差異化研究,主要目的在于有針對性地提升車站整體通行能力. 當乘客進入車站后,閘機作為付費區、非付費區的邊界,乘客需要在閘機處完成付費,這是車站環境中重要的設施限制. 有針對性的采取提高通行能力的措施,可幫助車站增加客流瓶頸閾值,提升客運組織水平.

5.1 車站環境設施改進

軌道交通車站在裝修過程中,為整體效果美觀,多用光面大理石材料地板,根據人機工程學參數中步速、步頻的相關內容,人體在不同摩擦系數的地面行走速度不一樣,適當提高摩擦系數可提高乘客通過閘機的速度,這一點可在閘機通道鋪設防滑條來實現.

5.2 優化閘機間隔距離

針對閘機寬度的問題,之所以限制閘機通道寬度,主要還是因為軌道交通車站受建筑面積限制,尤其是早期的北京地鐵1號線、2號線,在建設時實難想到現在要擔負起城市大動脈的作用,但是隨著2007年北京地鐵5號線建設以來,軌道交通設計目的明確,可在有條件的車站將部分窄閘機置換為寬閘機,擴大閘機通道寬度,方便乘客通行.

5.3 提高乘客操作方便性

乘客刷閘操作效率低主要原因為刷閘功能區集中,不易區分刷閘區域,乘客存在誤操作及定位偏差. 針對此問題,可對閘機刷閘區域進行人機交互界面設計,以不同色標區分刷卡或刷碼位置,提高乘客區分度.

6 效果驗證

經過前期環境整改,對目標車站進行了閘機通道防滑條鋪設、閘機操作區域顏色標識的改進,在對9月某日同一時段過閘數據進行統計如表12所示.

表12 改進后各類型過閘能力描述

由加權平均可知9月采取改進措施后,刷卡方式通過閘機的時間均值為2.413 2 s,刷碼方式通過閘機的時間均值為2.664 3 s,經與4月未采取措施時的數據相比通過能力分別提高了10.93%和8.62%.

7 展望

隨著軌道交通設備智能化的提高,新技術、新設備的使用,人臉識別技術已應用在乘客通過閘機的現場并取得了可行性驗證. 以軌道交通昌平線昌平站為例,現已安裝了閘機人臉識別設備用于乘客通行的驗證試驗,根據現場安裝的人臉識別產品技術規格書顯示設備完成1次人臉識別用時小于0.3 s,根據現場安裝的閘機規格書顯示閘機扇門完成1次打開動作用時0.4 s. 人臉識別設備對人臉的識別距離為0.5～2 m,閘機全長1.9 m,閘機扇門位于閘機的中部位置,男性、女性一般情況下步速為1.37、1.24 m/s,假設當乘客已經進入閘機物理邊界時乘客距離閘機扇門為0.95 m,男性、女性邁過閘機扇門的時間分別為0.693 4、0.766 2 s,而在此情況下人臉識別設備完成1次數據處理及扇門打開動作用時小于0.7 s,在試驗條件下滿足乘客不停頓通過閘機的通行能力要求,節省了刷卡或刷碼時需要在閘機前停頓并進行操作的時間,并通過設備調試進行了驗證性試驗,大大提高了閘機的通行能力,為車站客運組織疏導瓶頸客流發揮巨大作用.