基于Demo 3D的機(jī)場(chǎng)行李處理系統(tǒng)仿真與優(yōu)化

文/王若敏 李霖 楊慧榮 沈偉 何迅 闞細(xì)武 任科冀 李俊 陳洋 周穎

一、引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，航空運(yùn)輸作為現(xiàn)代交通體系中較為快捷的運(yùn)輸方式，得到了快速發(fā)展。2019年，我國(guó)的機(jī)場(chǎng)旅客年吞吐量達(dá)12.6億人次，北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)的年旅客吞吐量更是突破1億人次，旅客吞吐量達(dá)1000萬人次的運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)達(dá)37個(gè)[1]。隨著機(jī)場(chǎng)建設(shè)規(guī)模越來越大，行李處理系統(tǒng)作為機(jī)場(chǎng)建設(shè)最復(fù)雜的系統(tǒng)，在其設(shè)計(jì)規(guī)模、處理流程、技術(shù)難度、集成水平、系統(tǒng)功能等方面也越來越復(fù)雜，如何規(guī)避在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段有可能存在的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、資源配置不合理以及系統(tǒng)的處理瓶頸，是規(guī)劃設(shè)計(jì)人員以及機(jī)場(chǎng)建設(shè)方所關(guān)心的問題。近年來，仿真技術(shù)逐漸得到廣泛的應(yīng)用，如何讓仿真更加接近于真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，提高仿真成果的可信度，避免因仿真成果的不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的決策失誤或建設(shè)成本增加，成為目前我們需要思考的問題。行李處理系統(tǒng)的仿真研究，重點(diǎn)是解決行李處理的時(shí)間與數(shù)量分布關(guān)系，真實(shí)模擬行李處理的運(yùn)行流程，采集并分析仿真過程中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，找出存在的問題并加以解決和驗(yàn)證，從而提升行李處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，提高機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效率，降低機(jī)場(chǎng)建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)我國(guó)民航事業(yè)的發(fā)展有著重要的意義[2]。

二、仿真輸入建模

1. 離港航班及旅客分析

機(jī)場(chǎng)建設(shè)在規(guī)劃階段就會(huì)根據(jù)機(jī)場(chǎng)類型、飛行區(qū)等級(jí)、適航天數(shù)等因素對(duì)未來機(jī)場(chǎng)的年旅客吞吐量進(jìn)行預(yù)估，并根據(jù)吞吐量情況預(yù)設(shè)未來的航班時(shí)刻表，進(jìn)行機(jī)場(chǎng)運(yùn)行分析[3]。本文以A市某機(jī)場(chǎng)規(guī)劃的預(yù)設(shè)航班時(shí)刻表進(jìn)行離港航班行李分布情況進(jìn)行分析[4]，該航班分布是機(jī)場(chǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)單位委托權(quán)威機(jī)構(gòu)基于當(dāng)?shù)噩F(xiàn)階段航班情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，能滿足機(jī)場(chǎng)未來旅客吞吐量要求，還能符合高峰小時(shí)吞吐量、高峰小時(shí)航班架次、機(jī)型比等設(shè)計(jì)要求，航班分布如圖1所示。

圖1中，A市某機(jī)場(chǎng)一天離港航班總數(shù)為380架次，高峰時(shí)間為早上6∶00至8∶00，8∶00以后處于均衡階段，每小時(shí)離港20架次左右，到19∶00以后航班數(shù)開始逐漸下降，23∶00基本結(jié)束。

圖1 A市某機(jī)場(chǎng)離港航班情況

旅客通常會(huì)相對(duì)乘坐航班的計(jì)劃起飛時(shí)間提前到達(dá)機(jī)場(chǎng)，所以計(jì)劃起飛時(shí)間接近的航班旅客會(huì)在相近的時(shí)間內(nèi)到達(dá)機(jī)場(chǎng)，但各航班的旅客到達(dá)時(shí)間又是相互獨(dú)立。任意時(shí)刻的旅客到達(dá)總數(shù)是各航班該時(shí)刻到達(dá)人數(shù)的總和。某一時(shí)刻t，某一值機(jī)排隊(duì)系統(tǒng)的旅客到達(dá)率是該系統(tǒng)同時(shí)辦理各航班旅客到達(dá)率之和，即

旅客平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)：

對(duì)于正常值機(jī)柜臺(tái)，盡管利用率小于1時(shí)值機(jī)排隊(duì)系統(tǒng)的輸出率等于它的輸入率，但是滯后一段時(shí)間，平均滯后時(shí)間為旅客在排隊(duì)系統(tǒng)的逗留時(shí)間，即等于：

基于以上理論，以及IATA相關(guān)分析，得出如圖2所示的不同時(shí)段出發(fā)的國(guó)內(nèi)航班值機(jī)旅客累計(jì)到達(dá)分布情況[7]。

圖2中，距航班計(jì)劃起飛時(shí)間4小時(shí)已有旅客到達(dá)航站樓值機(jī)，距起飛30分鐘時(shí)，旅客全部到齊，距航班計(jì)劃起飛時(shí)間150分鐘之前到達(dá)的行李定義為早到行李。

圖2 國(guó)內(nèi)離港旅客行李到達(dá)時(shí)間分布

2. 離港航班旅客行李分析

基于A市某機(jī)場(chǎng)離港航班情況、國(guó)內(nèi)航班值機(jī)旅客量累計(jì)到達(dá)分布情況，綜合考慮各航班機(jī)型、滿載率等因素，定義需托運(yùn)行李的旅客與旅客總數(shù)比為0.5[8]。以B1航空公司為例，可得如圖3所示的旅客行李分布情況。

圖3 B1航空公司旅客行李分布情況

依次類推，得出A市某機(jī)場(chǎng)旅客行李總數(shù)量，如表1所示。

表1中，A市某機(jī)場(chǎng)行李總數(shù)28589件，早到行李2281件，早到比例為：7.98%。其中，B1、B2、B3為航班量較多的航空公司，B4為機(jī)場(chǎng)地服代管的航空公司聯(lián)合組成。酒店托運(yùn)行李和后場(chǎng)直接中轉(zhuǎn)行李，可不區(qū)分航空公司，分別在酒店內(nèi)和后場(chǎng)直接辦理行李托運(yùn)。

三、仿真流程建模

在Demo 3D軟件中，1∶1建立行李處理系統(tǒng)的三維模型，包括：設(shè)備空間尺寸、空間位置、運(yùn)行速度、處理邏輯等與真實(shí)處理流程一致，如圖4所示。本系統(tǒng)采用集中安檢、集中開包的安檢模式，行李分揀預(yù)先經(jīng)過由ICS輸送機(jī)組成的預(yù)分揀環(huán)路，最終將行李分揀至分揀轉(zhuǎn)盤后人工裝車。

模型在運(yùn)行過程當(dāng)中，需要辦理值機(jī)托運(yùn)的行李按照仿真輸入數(shù)據(jù)模型分批到達(dá)對(duì)應(yīng)值機(jī)柜臺(tái)，排隊(duì)等待辦理托運(yùn)手續(xù)后，進(jìn)入行李系統(tǒng)按照既定流程進(jìn)行處理，從而模擬行李處理系統(tǒng)全天運(yùn)行情況并記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)。

通過仿真結(jié)果分析，系統(tǒng)中收集輸送機(jī)、各處分合流點(diǎn)、行李裝載點(diǎn)、開包間、分揀設(shè)備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)行李流量均小于設(shè)計(jì)流量，系統(tǒng)內(nèi)部分合流點(diǎn)未出現(xiàn)大量擁堵情況，行李進(jìn)入系統(tǒng)后處理時(shí)間滿足機(jī)場(chǎng)運(yùn)行要求，說明系統(tǒng)能滿足未來吞吐量對(duì)行李處理系統(tǒng)的要求。

同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)部分航司值機(jī)柜臺(tái)存在大量行李排隊(duì)情況，如圖5所示，在值機(jī)排隊(duì)等待環(huán)節(jié)，B1普通值機(jī)柜臺(tái)旅客行李在高峰期最大排隊(duì)行李數(shù)量達(dá)34件，最長(zhǎng)排隊(duì)等待時(shí)間32.1分鐘，明顯高于其他值機(jī)柜臺(tái)，超出預(yù)期水平。

圖5 B1航空公司旅客行李排隊(duì)情況

四、值機(jī)方案優(yōu)化

B1航空公司普通柜臺(tái)高峰時(shí)期行李排隊(duì)數(shù)量較大，且排隊(duì)時(shí)間較長(zhǎng)，不符合人文機(jī)場(chǎng)建設(shè)要求。仿真執(zhí)行中也發(fā)現(xiàn)，B1航空公司與B2航空公司值機(jī)柜臺(tái)位置相鄰， B2航空公司柜臺(tái)卻未出現(xiàn)大量行李排隊(duì)情況，說明值機(jī)柜臺(tái)資源配置存在不合理的情況，無疑造成資源的浪費(fèi)。

現(xiàn)階段，中國(guó)民航局發(fā)布的《仿真模擬技術(shù)在民用機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用研究》明確提及，仿真模擬技術(shù)可實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)建設(shè)方案的科學(xué)評(píng)估與精細(xì)化比選。所以，本文提出將B1航空公司早高峰時(shí)期的部分航班移至B2航空公司的值機(jī)柜臺(tái)值機(jī)，再次基于Demo 3D對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全流程全天候仿真模擬實(shí)驗(yàn)，可得出B1航空公司的旅客行李排隊(duì)情況如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后B1航空公司旅客行李排隊(duì)情況

圖6中，得到優(yōu)化后B1航空公司旅客行李最大排隊(duì)數(shù)量為19件，相比優(yōu)化前減少了44.1%，優(yōu)化后最長(zhǎng)等待時(shí)間為18.5分鐘，相比優(yōu)化前減少了42.4%，優(yōu)化后排隊(duì)時(shí)間過長(zhǎng)問題得到改善；而此方案下B2航空公司旅客行李最大排隊(duì)數(shù)量為9件，最長(zhǎng)等待時(shí)間為7.9分鐘，最大排隊(duì)數(shù)量較優(yōu)化前只增加了2件，不會(huì)明顯影響B(tài)2航空公司旅客的值機(jī)體驗(yàn)，說明此優(yōu)化方案具有可實(shí)施性。

五、結(jié)論

仿真過程及仿真成果的真實(shí)可信度取決于仿真的輸入數(shù)據(jù)是否更貼近實(shí)際效果，通過模擬離港航班計(jì)劃和旅客行李到達(dá)的時(shí)間分布，為行李處理系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支撐。

基于機(jī)場(chǎng)全天旅客行李分布情況，利用Demo 3D仿真軟件模擬機(jī)場(chǎng)行李處理系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況，能夠?qū)ξ磥頇C(jī)場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)判，從而驗(yàn)證行李處理系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否存在系統(tǒng)瓶頸，仿真軟件已成為機(jī)場(chǎng)建設(shè)和工程設(shè)計(jì)人員的有力工具。

仿真工具的應(yīng)用能夠?qū)Υ髷?shù)量、離散性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析模擬，通過仿真分析能夠得到系統(tǒng)運(yùn)行狀況的近似解或滿意解，對(duì)機(jī)場(chǎng)行李系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用管理具有較強(qiáng)的參考意義。