基于Anylogic的航站樓離港旅客流程三維動(dòng)態(tài)仿真

張龍財(cái)，張 浩，楊露露，狄亞平

(中國民用航空飛行學(xué)院 機(jī)場(chǎng)工程與運(yùn)輸管理學(xué)院，四川 廣漢 618307)

近年來，我國民航運(yùn)輸業(yè)發(fā)展如火如荼，民航運(yùn)輸量呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢(shì)。2017年，我國通航機(jī)場(chǎng)共完成旅客運(yùn)輸量5.52億人次，較上年增長13%，近10年來民航旅客運(yùn)輸量及增長率如圖1所示。

*注：數(shù)據(jù)來源：民航資源網(wǎng)http://news.carnoc.com/search.jsp

目前，我國大多數(shù)機(jī)場(chǎng)存在服務(wù)空間局限、設(shè)施設(shè)備陳舊、管理模式落后的現(xiàn)狀[1]，人們?nèi)找嬖鲩L的航空交通出行需求與落后的航空生產(chǎn)之間的矛盾日益突出。作為旅客進(jìn)離港的必經(jīng)場(chǎng)所，航站樓只有充分地發(fā)揮民航服務(wù)特色，從細(xì)節(jié)上給旅客提供安全、快捷、高效的出行體驗(yàn)，民航運(yùn)輸業(yè)才能獲得更高的旅客滿意度，最終保持旅客心目中“高端”出行方式的形象。為此，本研究選用Anylogic仿真軟件，通過構(gòu)建封裝智能體的方法，完成離港旅客各標(biāo)準(zhǔn)流程的構(gòu)建，增加仿真模塊的通用性，并大幅度地提高機(jī)場(chǎng)航站樓仿真建模效率。

1 離港旅客流程梳理

圖2 航站樓離港旅客服務(wù)流程

航站樓是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，本研究側(cè)重于航站樓國內(nèi)離港旅客流程，因而不包含邊防、海關(guān)和檢疫流程。從通常界定而言，車道邊并不屬于航站樓內(nèi)設(shè)施，而僅屬于航站系統(tǒng)的出入交接面[2]，但通過對(duì)其研究能夠較好地把握旅客到達(dá)航站樓規(guī)律。因此，本研究航站樓離港旅客流程主要包括旅客車道邊到達(dá)并至航站樓、旅客休閑娛樂和問詢、旅客自助值機(jī)和傳統(tǒng)值機(jī)、安檢、以及旅客候機(jī)和登機(jī)流程，各流程先后及邏輯關(guān)系如圖2所示。

2 封裝智能體構(gòu)建方法

本研究選用Anylogic仿真軟件，其基本搭建方法即邏輯流程搭建與空間模塊相對(duì)應(yīng)。以旅客產(chǎn)生、接受服務(wù)以及旅客離開流程為例：首先，依靠系統(tǒng)自帶邏輯模塊pedSource、pedService、pedGoTo以及pedSink搭建形成旅客服務(wù)邏輯流程；然后，如圖3所示對(duì)應(yīng)拖入目標(biāo)線、線服務(wù)、目標(biāo)線共計(jì)三個(gè)空間標(biāo)記模塊，并將其與邏輯模塊對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)；最后，通過設(shè)定旅客到達(dá)頻率、服務(wù)時(shí)長分布等參數(shù)，即完成了一個(gè)基本的Anylogic流程搭建。該模型運(yùn)行二維及三維運(yùn)行效果如圖4所示。

圖3 邏輯模塊與空間標(biāo)記對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖4 模型運(yùn)行二維、三維效果圖

由于本研究的航站樓離港旅客流程環(huán)節(jié)多且復(fù)雜，若僅僅依靠仿真軟件自帶模塊進(jìn)行流程搭建，將造成大量的模塊和邏輯關(guān)聯(lián)，不利于仿真建模及使用者使用。構(gòu)建封裝智能體的方法，能夠使流程建模更具條理，層次化更加明顯。Anylogic軟件封裝智能體構(gòu)建步驟如圖5所示，其一般步驟為：

①在該模型下，創(chuàng)建一個(gè)新的智能體并命名；

②在新智能體中，根據(jù)需要使用系統(tǒng)自帶的邏輯模塊搭建邏輯流程；

③確定各邏輯模塊中所需關(guān)聯(lián)的空間標(biāo)記模塊，對(duì)應(yīng)地在該智能體中拖入?yún)?shù)模塊，修改參數(shù)模塊的類型、名稱并將其設(shè)置為元素選擇器，最后回到邏輯模塊中對(duì)應(yīng)的選擇參數(shù)模塊(此時(shí)參數(shù)模塊等價(jià)于空間標(biāo)記模塊)，完成邏輯模塊與參數(shù)模塊的關(guān)聯(lián)；

④通過拖入二維圖形、加載圖片或添加三維物體等多種方式，將其屬性設(shè)為圖標(biāo)，并與合適數(shù)量的端口模塊進(jìn)行組合，完成該封裝智能體的圖標(biāo)設(shè)計(jì)；

⑤將該智能體拖入主界面中，將主界面中與該該封裝智能體相關(guān)的空間標(biāo)記模塊與事先在封裝智能體中設(shè)定的參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，完成模型搭建。

圖5 Anylogic軟件封裝智能體構(gòu)建方法

以旅客車道邊到達(dá)為例。此流程主要是要實(shí)現(xiàn)旅客乘車到達(dá)車道邊，攜帶行李下車并前往航站樓的過程，涉及到多個(gè)相關(guān)實(shí)體，包括道路、停車站、出租車、旅客、行李、航站樓入口等，其中車、旅客及行李是參與該流程的主體。因此，首先需要?jiǎng)?chuàng)建三個(gè)必要的智能體，分別為Car、Customer以及Baggage，在其中各自添加三維物體及相關(guān)參數(shù)，它們的作用為：仿真運(yùn)行時(shí)能夠產(chǎn)生三維運(yùn)行效果；運(yùn)行后可根據(jù)研究需要采集對(duì)應(yīng)實(shí)體的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。其中，Car、Customer及Baggage智能體中各自添加的三維物體如圖6所示。

圖6 Car、Customer及Baggage智能體中的三維物體

通過相關(guān)參數(shù)和代碼設(shè)定，可以完成仿真模擬運(yùn)行時(shí)多種車輛到達(dá)車道邊，以及多種攜帶行李旅客下車的仿真運(yùn)行效果，創(chuàng)建的旅客車道邊到達(dá)并至航站樓封裝智能體“GenerateCustomers”，及其邏輯模塊與空間標(biāo)記模塊對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖7所示。

圖7封裝智能體中邏輯關(guān)系模塊與空間標(biāo)記模塊對(duì)應(yīng)關(guān)系

其中，carSource產(chǎn)生車輛，車輛類型為智能體Car；enterCurbside產(chǎn)生旅客，旅客類型為Customer。根據(jù)相關(guān)研究表明，旅客車道邊到達(dá)服從泊松分布[3]，為了實(shí)現(xiàn)更貼近于現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的旅客車道邊到達(dá)并提取行李離開流程，在car至停車點(diǎn)動(dòng)作屬性“當(dāng)離開時(shí)”中鍵入代碼：

int num=poisson(5);

for (int i=0;i

Customer p = add_customers();

enterCurbside. take (p);

}

其中，num為給至停車點(diǎn)將要離開的車輛產(chǎn)生一個(gè)服從泊松分布λ=5的隨機(jī)數(shù)，for循環(huán)使得當(dāng)i < num時(shí)，給類型為Customer的數(shù)值p中添加一名旅客，并且讓enterCurbside模塊獲取該名乘客，以此實(shí)現(xiàn)旅客下車的過程。值得一提的是，封裝智能體構(gòu)建最主要的部分，就是讓其內(nèi)部邏輯模塊能夠與位于主界面中的空間邏輯模塊相關(guān)聯(lián)，而不同的空間標(biāo)記模塊類型不盡相同，本研究所用到的空間標(biāo)記模塊類型如表1所示。

表1 空間標(biāo)記模塊類型代碼表

“GenerateCustomers”封裝智能體用到的空間標(biāo)記類型有：Road、BusStop以及TargetLine。在封裝智能體中拖入5個(gè)參數(shù)，模塊、參數(shù)名稱、相關(guān)類型代碼如表2所示。待封裝智能體構(gòu)建完成后，將其拖入主界面中，參數(shù)與空間標(biāo)記模塊對(duì)應(yīng)關(guān)系以及動(dòng)態(tài)仿真三維效果如圖8所示。

圖8 參數(shù)與空間標(biāo)記模塊關(guān)聯(lián)及封裝智能體動(dòng)態(tài)仿真3D效果圖

3 航站樓離港旅客流程三維動(dòng)態(tài)仿真

在刻畫某一個(gè)單獨(dú)流程時(shí)，Anylogic仿真基本搭建方法所搭建起來的邏輯關(guān)系流程往往較為簡單且單一。若將圖3看作是旅客值機(jī)過程，雖然其整體上滿足了排隊(duì)論中的輸入過程、排隊(duì)規(guī)則和服務(wù)機(jī)構(gòu)三個(gè)組成部分，卻幾乎省略了值機(jī)過程中所有可能發(fā)生的一些細(xì)節(jié)操作，如：旅客辦理托運(yùn)的比例、旅客遞交身份證件、值機(jī)人員打印登機(jī)牌、行李稱重、行李逾重或違禁、值機(jī)人員交還證件及登機(jī)牌等。因此，航站樓離港旅客動(dòng)態(tài)仿真效果和其輸出結(jié)果的可靠性，自然也會(huì)大打折扣。封裝智能體的構(gòu)建實(shí)際上是將某一特定流程中可能存在的細(xì)節(jié)操作，以仿真軟件自帶模塊搭建的邏輯關(guān)系表現(xiàn)出來，然后以不同類型的參數(shù)為橋梁，將封裝智能體中的邏輯模塊與主界面中的空間標(biāo)記模塊關(guān)聯(lián)起來的過程。

在對(duì)航站樓離港旅客流程仿真過程中，值機(jī)和安檢均涉及到了行李相關(guān)流程，通過應(yīng)用軟件流程庫中的split和match模塊，輔之相關(guān)參數(shù)和代碼實(shí)現(xiàn)了仿真過程中行李稱重或過X光機(jī)的效果。以值機(jī)流程為例。當(dāng)旅客不需要辦理托運(yùn)時(shí)，值機(jī)流程較為簡單，旅客僅需要向值機(jī)人員提交身份證件，待打印完登機(jī)牌后旅客接過證件和登機(jī)牌離開，值機(jī)流程結(jié)束。當(dāng)旅客需要辦理托運(yùn)時(shí)，流程較為復(fù)雜，其流程圖及仿真邏輯關(guān)系如圖9所示。

圖9辦理托運(yùn)旅客值機(jī)流程及仿真邏輯關(guān)系圖

圖10值機(jī)流程仿真細(xì)節(jié)

其中，仿真邏輯關(guān)系中的“queueBeforeCheckIn”為旅客排隊(duì)隊(duì)列，“p提交及打印”為旅客提交機(jī)票和身份證與值機(jī)人員核對(duì)機(jī)票和身份證流程?！皊是否托運(yùn)”為一個(gè)概率輸出模塊，辦理托運(yùn)旅客進(jìn)行右端輸出口流程，否則進(jìn)入下端輸出口流程?！癱行李稱重”為行李稱重流程，與之相伴的是“逾重或違禁”概率輸出模塊，若逾重則旅客整理物品或繳費(fèi)，否則值機(jī)人員值機(jī)打印并粘貼行李條碼于登機(jī)牌?！皃旅客離開”為旅客值機(jī)流程結(jié)束離開值機(jī)柜臺(tái)。restrictedAreaStart與restrictedAreaEnd模塊組合可以限制該范圍內(nèi)接受服務(wù)旅客的數(shù)量，顯然將限制數(shù)量設(shè)定為1更符合實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐。當(dāng)旅客需要辦理托運(yùn)時(shí)，用到了split和match模塊組合，在split動(dòng)作屬性“新智能體離開時(shí)”中鍵入代碼：agent.bIndex=original.cIndex;使得行李的編號(hào)等于旅客的編號(hào)；在match屬性“組合條件”中鍵入代碼：agent1.cIndex=agent2.bIndex；使得旅客編號(hào)與行李編號(hào)相匹配(其中，bIndex和cIndex分別為提前在Baggage和Customer智能體中設(shè)定的int型參數(shù))。由于Anylogic仿真平臺(tái)是基于社會(huì)力模型的[4]，所以旅客在物理環(huán)境中的行為更貼近現(xiàn)實(shí)，旅客值機(jī)辦理托運(yùn)流程三維仿真效果如圖10所示。

同理，可以構(gòu)建航站樓離港旅客其他流程。安檢流程以及航站樓三維動(dòng)態(tài)仿真整體效果如圖11所示。

圖11旅客安檢流程及航站樓三維動(dòng)態(tài)仿真整體效果圖

4 仿真可靠性驗(yàn)證

本研究旨在建立更為模塊化和細(xì)節(jié)化的航站樓離港旅客三維動(dòng)態(tài)仿真模型，為后續(xù)流程環(huán)節(jié)優(yōu)化和提出資源優(yōu)化配置建議搭建研究平臺(tái)。仿真的可靠性分析，主要從仿真輸入數(shù)據(jù)、仿真邏輯關(guān)系以及輸出數(shù)據(jù)的可靠性三個(gè)方面進(jìn)行考察。對(duì)于仿真輸入數(shù)據(jù)而言，設(shè)施設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)下其參數(shù)較為穩(wěn)定且容易獲得，而旅客行為特性參數(shù)中的流程熟練度、環(huán)境熟練度等較難把握，但通過大量的實(shí)地調(diào)研可以獲得較為準(zhǔn)確的輸入數(shù)據(jù)。邏輯關(guān)系的可靠性，主要體現(xiàn)在仿真系統(tǒng)建模的合理性上，模型無結(jié)構(gòu)沖突、閉環(huán)無死鎖且邏輯條理清晰則認(rèn)為邏輯關(guān)系可靠。而仿真輸出數(shù)據(jù)的可靠性，可以通過設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型算法驗(yàn)證，與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證，也可以通過與已經(jīng)過可靠性驗(yàn)證的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。文獻(xiàn)[5]在驗(yàn)證了仿真可靠性的基礎(chǔ)上依靠iGrafx仿真軟件通過10000個(gè)事件得到了值機(jī)及安檢的平均服務(wù)時(shí)間分別為2.51分鐘和1.72分鐘。本研究通過Anylogic仿真軟件，輸入相同的數(shù)據(jù)，建立相同的邏輯關(guān)系模型，仿真輸出結(jié)果對(duì)比如表3所示。從表3中可知本次仿真，值機(jī)服務(wù)平均服務(wù)時(shí)長輸出結(jié)果誤差為-5.2%，安檢平均服務(wù)時(shí)長誤差為5.8%。輸出結(jié)果誤差較小，因此使用Anylogic仿真軟件研究航站樓離港旅客流程是可靠的。

表3 仿真輸出結(jié)果對(duì)比表

續(xù)表3

仿真頻次柜臺(tái)名稱平均服務(wù)時(shí)長(min)輸出誤差(%)iGrafx10000Anylogic2500安檢柜臺(tái)1.721.825.8

5 結(jié)語

通過使用Anylogic仿真軟件，對(duì)航站樓離港旅客各流程進(jìn)行梳理，依據(jù)流程細(xì)節(jié)使用軟件自帶模塊完成相關(guān)流程封裝智能體構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)流程的模塊化建模，不僅大大地增加了仿真建模效率，使得仿真效果更接近實(shí)際運(yùn)行，其仿真輸出結(jié)果也是可靠的。由此看來，在進(jìn)一步研究中，通過封裝智能體建模的方法，不僅可以對(duì)常見瓶頸環(huán)節(jié)(值機(jī)、安檢等)提出并驗(yàn)證優(yōu)化建議措施，還可以根據(jù)機(jī)場(chǎng)航站樓當(dāng)前布局以及航班情況進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真輸出結(jié)果向機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理者提供實(shí)時(shí)的航站樓最佳資源配置方案。

[1] 周杰松. 航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件旅客應(yīng)急疏散研究[D].廣漢：中國民用航空飛行學(xué)院, 2017.

[2] 李明捷.機(jī)場(chǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].北京：中國民航出版社,2015:276-277.

[3] 陸迅.機(jī)場(chǎng)旅客與行李流程的規(guī)劃和仿真研究[D].南京：南京航空航天大學(xué), 2008.

[4] 周杰松,鄧永恒.基于Anylogic的機(jī)場(chǎng)航站樓應(yīng)急疏散仿真研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版),2017(14):82-84.

[5] 吳忠君.航站樓旅客離港服務(wù)流程建模與仿真[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2013.