基于Greenshields模型的橫琴口岸旅檢大廳智能排隊等候系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究

魏小強，李偉，官靖峰，宋永良，劉長山

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

橫琴口岸旅檢大廳作為內(nèi)地與澳門重要連接樞紐，通關(guān)效率作為交通樞紐重要評價指標。效率的高低決定了交通樞紐在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮的重要作用。為提升口岸樞紐通關(guān)速率，保證通關(guān)效率，本文提出采用智能排隊等候系統(tǒng)，并對結(jié)論進行論證。

2 排隊等候系統(tǒng)綜述

2.1 通道類型

旅檢大廳、車站等排隊安檢是旅客進站占時較長的幾個環(huán)節(jié)。合理安排進站順序，引導(dǎo)乘客合理有序進站，可以減少排隊提升效率。排隊通道通常有以下幾種：

1）直線形通道：適合機場、車站多值機柜臺情形，該方式通常效率高，但是通關(guān)口較少或值機柜臺較少時，會浪費大量空間且順序混亂。

2）雙U互扣形：平?？土髁空r，大廳內(nèi)的排隊欄桿座可以擺放雙U互扣形，每當節(jié)假日時就必須要換成Z字壓縮形，才能確保進站口的人流秩序。再比如，展會或展覽館里面的排隊欄桿座是用于禁止行人跨越、保護展品安全的一條界線，這種欄桿座根據(jù)展品情況，可擺成雙U互扣形、或?qū)⒄蛊匪拿姘鼑鷶[放成圓形或方形。

3）S形通道：該通道適用于，值機柜臺少，人流量較大的情況。該方式的主要作用為疏導(dǎo)混亂秩序，引導(dǎo)乘客有序排列，避免混亂事件的發(fā)生。

2.2 排隊系統(tǒng)的作用

排隊系統(tǒng)的引入，有效協(xié)調(diào)了客流量、各單位協(xié)調(diào)、乘客秩序之間的關(guān)系。系統(tǒng)通過入口終端引導(dǎo)、人流量監(jiān)測、路徑自定義及模式預(yù)設(shè)、窗口狀態(tài)智能分析、排隊出口智能提醒、快速應(yīng)急疏散、人工操作模式等功能使通關(guān)更便捷。

3 橫琴口岸旅檢大廳概況

3.1 項目概況

橫琴口岸出入境大廳分為兩層：1樓出境大廳，旅客經(jīng)過海關(guān)、邊檢區(qū)域，通過位于邊檢側(cè)的智能排隊通道進入澳門側(cè)出境；2樓入境大廳，旅客通過位于澳門側(cè)的智能排隊通道進入邊檢、海關(guān)區(qū)域入境。每層設(shè)置7條智能排隊通道。

3.2 旅檢大廳通關(guān)概況

橫琴口岸旅檢大廳，通關(guān)情況復(fù)雜，以Q為單位時間的客流量，Qmax為最大單位時間客流量。存在Q＜Qmax，Q=Qmax，Q＞Qmax，3種通關(guān)情形。直線形通道適宜適用于Q＜Qmax情況；雙U互扣形適宜Q=Qmax的情況；S形通道適宜Q＞Qmax較為擁堵的情形。單一通關(guān)系統(tǒng)無法適宜復(fù)雜多變的通關(guān)情況，本文論證蛇形排隊通道在不同通關(guān)情況下的通關(guān)狀況通過Greenshields模型分析不同系統(tǒng)在不同通關(guān)狀況，根據(jù)權(quán)重計算各個通關(guān)系統(tǒng)綜合通關(guān)能力，證實本文論證。

3.3 智能蛇形排隊等候系統(tǒng)

智能排隊等候系統(tǒng)有手動模式和自動模式兩種工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過入口終端設(shè)備進行入口面向抓拍統(tǒng)計旅客人數(shù)，當旅客人數(shù)較少時，系統(tǒng)打開少數(shù)通道手動控制人員出入；當旅客人數(shù)較多時，系統(tǒng)識別切換自動模式自動打開多條通道控制人員出入。

4 基于Greenshields模型的通關(guān)分析

4.1 通道流量-密度關(guān)系

根據(jù)Greenshields模型理論，通道密度和人流量呈正比關(guān)系。當密度到達某個臨界點時，行人的流量達到峰值；當密度繼續(xù)增加時，人流量會呈現(xiàn)下降趨勢，達到擁堵狀態(tài)。

4.2 乘客排隊密度關(guān)系

本文為驗證智能蛇形排隊在使用中對乘客流量的疏導(dǎo)作用，擬采用Greenshields模型對通關(guān)情況進行科學(xué)分析。Greenshields模型中交通量-速度公式為：

式中，V為具體通關(guān)客流速度；Vmax為通道的自由流速度；K為乘客密度，或稱負荷強度；Kmax為乘客阻塞密度。

區(qū)域內(nèi)單位時間線路總客運周轉(zhuǎn)量N與線路長度L的比值，表示單位時間內(nèi)，在單位運營長度上平均承擔(dān)的客運周轉(zhuǎn)量，一般計量單位為人/h或人/d，公式為：

假設(shè)大廳人員密度和通道密度的對比，根據(jù)常識，通道密度＞大廳密度；通道客流量＜大廳客流量。本文以單位時間客流量為通行能力判別依據(jù)。

通道通行情形分為3種：Q＜Qmax，Q=Qmax，Q＞Qmax。本文采用Greenshields模型公式對3種情形進行具體分析，

1）Q＜Qmax，通道客流量小于最大客流量時的狀態(tài)，即K＜Kj（Kj為單位時間最大客流量時的乘客密度）。根據(jù)公式V=Q/K，當乘客流Q穩(wěn)定時，密度越小速度越大，Q/K＞Q/Kj這種情況適用于客流量較少，或者小型通關(guān)卡口等情況。通道客流量小于最大客流量時，大廳不形成排隊，也不形成擁堵。K=人數(shù)/通道面積，3種通道距離對比為S形＞U形＞直線形。

2）Q=Qmax為通道客流量等于最大客流量時的狀態(tài)。即K=Kj，根據(jù)公式V=Q/K。當乘客流Q穩(wěn)定時，Q/K＞Q/Kj這種情況適用于客流量適中，剛好達到瓶頸狀態(tài)，處于排隊狀況但通行能力未受影響。3種通道距離對比為S形＞U形＞直線形。

3）Q＞Qmax，通道客流量大于最大客流量時的狀態(tài)。即K＞Kj，根據(jù)公式V=Q/K。當乘客流Q穩(wěn)定時，Q/K＞Q/Kj，這種情況客流量較大，超過最大客流量，處于排隊狀況。在秩序未能有序安排時，很大概率會產(chǎn)生擁堵。此時擴展排隊區(qū)域使用S形排隊系統(tǒng)能顯著提高排隊所占面積并降低乘客密度。代入公式V=Q/K，當密度K降低時，V便會顯著提升。蛇形排隊系統(tǒng)在開啟S形路線時通道面積往往是直線形的3～4倍，在相同乘客的狀況下擴大容量的同時，降低密度，維持秩序。

5 基于Greenshields模型與矩陣分析的排隊系統(tǒng)綜合評價

5.1 Greenshields模型速度與密度

根據(jù)上文公式（1）可得出：

如1圖所示，Q=VK，當K和V達到臨界值時，Q的值最大；當K持續(xù)增大，速度V會降低，流量Q也會降低。繪制乘客密度和速度對比圖，如圖1所示（Vf為單位時間內(nèi)客流量最大時的速度）。

圖1 乘客密度-速度對比圖

根據(jù)圖1中Q和K之間的關(guān)系判斷，當流量和密度未達到最大密度和流量時，曲線斜率為正，表明通道內(nèi)未達到擁堵狀況；當流量和密度達到最大密度和流量時，曲線斜率為負，表明通道已經(jīng)達到擁堵。繪制乘客密度與客流量對比圖，如圖2所示。

圖2 乘客密度-客流量對比圖

5.2 橫琴口岸項目的Greenshields模型分析

根據(jù)橫琴口岸近年來數(shù)據(jù)統(tǒng)計。橫琴口岸大廳等候區(qū)面積為14 228 m2，根據(jù)口岸2021年統(tǒng)計數(shù)據(jù)6個月實現(xiàn)通關(guān)3 920 000人·次。設(shè)計要求日通關(guān)量將達到220 000人。橫琴口岸大廳面積為14 228 m2，通關(guān)大廳區(qū)長度約為10 m。根據(jù)口岸2021年統(tǒng)計數(shù)據(jù)6個月實現(xiàn)通關(guān)3 920 000人·次?？诎冻丝兔芏菿，2021年為0.025人/（m/s）；最大預(yù)期為0.254人/（m/s）；人正常步行速度為最大為1.5 m/s。本文根據(jù)橫琴口岸項目設(shè)計預(yù)期，假定未擁堵情況下最大預(yù)期為0.254人/（m/s），根據(jù)公式計算出最大客流量Qmax。已知V＞0，K＞0；求VK的最大值，可得出：

得：

表1 各狀態(tài)密度-客流量-速度統(tǒng)計表

5.3 多種通道模式的矩陣分析

根據(jù)多種通道長度種類的不同分析，擬認為直線形通道長度為10 m；U形通道長度為20 m；S形取路徑為直線形通道長度的4倍，為40 m。由于距離不同，根據(jù)K=N/L可算出：在相同面積、相同人數(shù)的同一大廳中U形密度為N/20；直線形N/10；S形密度為N/40。以日通關(guān)量為220 000人的設(shè)計要求，等候大廳為10 m為基準。根據(jù)公式對不同通道在不同乘客密度下的速度進行矩陣分析，并列出表格，見表2。

表2 不同情況下在不同通道的速度表m/s

對不同通道在不同客流量下的密度進行分析，并列出表格，見表3。

表3 不同客流量下不同通道的乘客密度表人（/m/s-1）

因為復(fù)合通道可以在不同的情形選擇最優(yōu)，U形通道在直線形通道密度達到最大時開啟，可直接降低1/2的密度；在直線形通道擁堵時開啟S形通道模式，可直接減少3/4的密度，但最大密度時仍保留為直線形最大密度，故提升了速度，提升了流量[1]。

5.4 列出矩陣

1）綜合情況下通道的速度

2）綜合情況下通道的密度

3）V矩陣和U矩陣相乘得出乘客流量綜合矩陣Q

5.5 結(jié)論

通過Greenshields模型和矩陣分析，得出流量Q綜合矩陣，Q矩陣中可以看出智能通道系統(tǒng)由于綜合能力較強，能進行適時調(diào)整，選擇最適宜的排隊方式。本章節(jié)以橫琴口岸項目為例，結(jié)合Greenshields模型和矩陣分析，得出以橫琴口岸設(shè)計要求，證明蛇形通道系統(tǒng)為最適合的通關(guān)方式。

6 結(jié)語

本文通過Greenshields模型和矩陣分析分別對4種通道模式進行具體分析，結(jié)合橫琴口岸項目設(shè)計要求。代入口岸日通關(guān)220 000人的設(shè)計要求和通關(guān)大廳距離，通過Greenshields模型計算乘客密度、行走速度、客流量等，列舉4種方式在不同狀態(tài)下速度；通過Greenshields模型計算4種模式下不同狀態(tài)下的乘客密度；結(jié)合矩陣分析計算綜合客流量得出智能蛇形通道是最適宜橫琴口岸項目的通道模式。

作為“一國兩制”下探索珠澳合作新模式的示范項目，橫琴口岸是促進珠海以及珠江口西岸地區(qū)發(fā)展、促進粵港澳深度合作的新平臺。智能排隊等候系統(tǒng)可以自動檢測人員流動情況，合理開放排隊通道。同時，對口岸通關(guān)執(zhí)勤人員而言，工作壓力將減小。該系統(tǒng)也必然將在今后的通關(guān)口岸、火車站、機場等人員流動大的建筑中得到更多的運用。