基于Anylogic的機場旅客安檢流程仿真與優(yōu)化

趙振武，李新源

（中國民航大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，天津 300300）

近幾年中國民航業(yè)發(fā)展迅速，航空旅客運輸量逐年增加，機場為旅客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的壓力不斷增大。其中，在不改變機場物理布局的情況下提高機場運作效率是研究課題之一，國內(nèi)有不少文獻通過建模仿真的方法論證了提高安檢環(huán)節(jié)效率可提高整個機場的運作效率[1-4]。關(guān)于機場旅客安檢流程的仿真建模多為建立宏觀模型，通過動態(tài)改變安檢通道的開放數(shù)量提高機場運行效率[5-6]；而對于安檢流程中各個環(huán)節(jié)的分析則多采用數(shù)學(xué)建模而不是仿真的方法[4，7-9]，缺少了對旅客在安檢通道中的行進、排隊等細節(jié)的研究，社會力模型可以通過對行人的微觀研究解決該問題[10]。國外關(guān)于機場安檢系統(tǒng)仿真的研究相對較多，F(xiàn)ayea等[11]運用AirSim工具對機場的各個功能區(qū)建立了宏觀模型，通過動態(tài)改變安檢通道開放數(shù)量來提高機場服務(wù)水平。Wilson等[12]運用SOC離散仿真工具對旅客在安檢通道中的行為和運動進行研究。Weiss[13]運用基于Agent的仿真方法模擬了某機場安檢系統(tǒng)中攻擊者和安檢人員的行為發(fā)展趨勢，并對機場安檢系統(tǒng)作出評價。Boekhold等[14]考慮了安檢人員的人為因素等方面，運用Extend軟件對機場安檢流程進行了仿真建模，并提供了旅客安檢各個環(huán)節(jié)的詳細參數(shù)。而以下研究結(jié)合Anylogic軟件與實際調(diào)查數(shù)據(jù),希望能夠為機場旅客安檢流程的探索提出新方法新思路。

1 機場旅客安檢系統(tǒng)簡介

機場旅客安檢是旅客從航站樓公共區(qū)進入隔離區(qū)的關(guān)鍵步驟，是針對要進入隔離區(qū)的旅客進行的安全檢查。安檢的目的是防止旅客攜帶可能危及飛行安全的物品進入航空器，從而造成嚴重后果。機場旅客安檢包括對旅客的人身安檢和隨身行李的安檢，兩者同步進行，具體流程如圖1所示。

圖1 機場旅客安檢流程圖Fig.1 Flow chart of airport passenger security screening

2 仿真系統(tǒng)構(gòu)建

采用Anylogic軟件中的行人庫來構(gòu)建機場旅客安檢流程，其中行人仿真模塊基于社會力模型[10]。社會力模型認為行人的行走并非受到外力作用的影響，而是由自身的驅(qū)動力來決定的，根據(jù)行人不同的動機及其在仿真環(huán)境中所受到的影響，一共受到3種作用力的影響：驅(qū)動力、人與人之間的作用力、人與邊界之間的作用力[15]。

社會力模型可表示為其中：rα為行人 α 的空間位置向量；v（αt）為行人 α 的速度；f（αt）為社會力；ξ（αt）為反映隨機行為偏差的擾動項；f0α（vα）為加速力；fα（Brα）為人與邊界之間的作用力；fα（βrα，vα，rβ，vβ）為行人 α 與行人 β間的作用力；fα（irα，ri，t）為吸引效果。

2.1 流程模型

采用Anylogic行人庫中的pedSource、pedService、pedSelectOutput、pedGoTo、pedSink 模塊以及企業(yè)庫中的 split、queue、conveyor、match、sink 模塊，企業(yè)庫的模塊主要用于旅客隨身行李的仿真，再結(jié)合Java的相關(guān)知識進行編程，使模型更符合實際運行情況。各個模塊參數(shù)[4，16]如表1所示，建立的流程模型如圖2所示。

表1 模型各個環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)置Tab.1 Parameter set of each procedure

各模塊用途如下所述。

1）pedSource模塊 模擬到達安檢通道的旅客。

2）pedService模塊 模擬旅客在安檢各個環(huán)節(jié)中排隊和接受服務(wù)的情況。

3）pedSelectOutput模塊 選擇模塊，用于區(qū)分旅客的屬性，如是否攜帶行李、過安檢門是否會報警等。

4）pedGoTo模塊 代表旅客前進方向和目的地。

5）pedSink模塊 移除系統(tǒng)內(nèi)已完成安檢服務(wù)的旅客。

6）split模塊 將旅客與行李分離開。

7）queue模塊 表示旅客隨身行李在傳送帶前所排的隊列。

8）conveyor模塊 表示傳送帶模型，可以選擇長度和速度。

9）match模塊 匹配模型，用于完成人身安檢的旅客提取屬于自己的行李。

10）sink模塊 移除經(jīng)過旅客提取后的隨身行李。

圖2 機場旅客安檢流程模型Fig.2 Airport passenger security screening model

2.2 環(huán)境模型

安檢通道的布局來自國內(nèi)某大型機場，通過軟件的比例尺和繪圖工具構(gòu)建出與實際情況相符的安檢通道環(huán)境，并畫出旅客行進路線、隊列和服務(wù)點。模型參數(shù)如表2所示，效果如圖3所示。

表2 安檢通道環(huán)境模型參數(shù)Tab.2 Environment model parameter of security screening channel

圖3 安檢通道環(huán)境模型Fig.3 Environment model of security screening channel

2.3 旅客模型

旅客的屬性在研究中有著重要作用，根據(jù)實際調(diào)查可知，一般情況下機場旅客男女比例為3：2，需要進行開包檢查的概率[4]為10%，行進速度及旅客直徑則用軟件自帶的屬性，具體參數(shù)如表3所示。

表3 旅客行進速度及直徑參數(shù)Tab.3 Passengers’traveling speed and diameter parameter

2.4 并運行仿真模型

Anylogic軟件支持3D可視化效果，可以看出，旅客經(jīng)過驗票員驗票后將隨身物品放入托盤，然后隨身物品通過X光機，旅客則通過安檢門進行人身安檢，完成后提取行李并整理，然后離開安檢通道，部分需要進行開包檢查的旅客則會在完成人身安檢后到達開包檢查處進行處理，隨后離開。同時設(shè)定安檢通道內(nèi)旅客最多只有10名，可以看出模型3D運行效果與實際情況相吻合，如圖4所示。

圖4 模型運行3D效果圖Fig.4 3D running diagram of model

3 仿真分析

在研究旅客安檢流程瓶頸問題時，通過優(yōu)化可提高安檢通道單位時間內(nèi)通過的旅客人數(shù)，忽略旅客到達率，只需保證在安檢流程最開始的驗票環(huán)節(jié)中持續(xù)有旅客排隊。首先運行2 h，待模型運行穩(wěn)定后開始收集數(shù)據(jù)，運行仿真軟件50次后，取平均值得到傳統(tǒng)安檢的仿真結(jié)果。將方案優(yōu)化，在傳統(tǒng)安檢通道基礎(chǔ)上增加旅客整理行李環(huán)節(jié)的物理空間，即將X光機之后的桌子長度改為2 m，保證2名旅客可以同時整理行李。按照新的方案建立仿真模型，先運行2 h，待模型運行穩(wěn)定后再收集1 h的數(shù)據(jù)，運行50次后各數(shù)值取平均值得優(yōu)化后的結(jié)果。如表4所示。

表4 安檢通道仿真對比Tab.4 Simulation comparison of security screening channel

由表4可以看出傳統(tǒng)方式整個安檢通道中單位小時內(nèi)通過的旅客人數(shù)為158人，旅客整理行李隊伍較長，原因在于旅客整理行李的空間小，只能容納1名旅客整理行李，從而造成旅客整理行李隊伍較長，影響了安檢通道整體的服務(wù)效率，這個結(jié)論與文獻[16]的結(jié)論相符合。方案優(yōu)化后增加1個旅客整理行李的位置可以有效緩解旅客在安檢通道中擁擠的現(xiàn)象，采取這種措施后1 h可以比優(yōu)化前多通過94名旅客，旅客在安檢通道的平均逗留時間也可以縮短2.43 min。結(jié)果表明，采用優(yōu)化方案能有效提高單位時間旅客通過率、減少旅客逗留時間。

4 結(jié)語

以Anylogic軟件平臺作為機場旅客安檢流程仿真的建模工具，結(jié)合實際調(diào)查數(shù)據(jù)，對機場旅客安檢流程的整個環(huán)節(jié)進了仿真建模，運行并觀察后確認該模型符合實際情況。通過仿真運行得出數(shù)據(jù)進行分析，找到了旅客安檢流程中的瓶頸環(huán)節(jié)，針對發(fā)現(xiàn)的瓶頸環(huán)節(jié)提出優(yōu)化方案，并對優(yōu)化方案進行建模仿真，運行并收集數(shù)據(jù)。分析數(shù)據(jù)證明，采取優(yōu)化方案后，機場旅客安檢效率得到了顯著提升，單位時間內(nèi)通過的旅客人數(shù)以及旅客在安檢通道中花費的時間均優(yōu)于以往的安檢通道。