基于AnyLogic機(jī)場安檢排隊(duì)系統(tǒng)仿真優(yōu)化研究

摘要 機(jī)場安檢服務(wù)是旅客離港流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步研究機(jī)場安檢不同排隊(duì)方式和緩沖區(qū)設(shè)置對機(jī)場安檢服務(wù)效率的影響，該文利用AnyLogic軟件對10種機(jī)場旅客安檢排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明：驗(yàn)證服務(wù)臺前排成單隊(duì)列更優(yōu)，安檢通道前設(shè)置緩沖區(qū)更好，緩沖區(qū)內(nèi)采用開放排隊(duì)結(jié)構(gòu)更能縮短旅客平均等待時(shí)間。在低客流和中客流時(shí)，最優(yōu)排隊(duì)方式為有緩沖區(qū)的單—多隊(duì)列開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在高客流時(shí)，有緩沖區(qū)的多—多隊(duì)列開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與有緩沖區(qū)的單—多隊(duì)列開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的旅客安檢平均總用時(shí)和旅客平均等待時(shí)間的差距減小。

關(guān)鍵詞 機(jī)場安檢；排隊(duì)方式；安檢效率；安檢緩沖區(qū)

中圖分類號 V354 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0011-03

0 引言

隨著民航強(qiáng)國建設(shè)工作的不斷深入，提升機(jī)場運(yùn)行效率服務(wù)，為旅客提供更好的出行體驗(yàn)勢在必行。機(jī)場旅客的安檢服務(wù)等待時(shí)間、安檢服務(wù)的效率一定程度上反映了機(jī)場的服務(wù)品質(zhì)，有效分析機(jī)場安檢排隊(duì)系統(tǒng)對提高運(yùn)行效率和旅客滿意度至關(guān)重要。

國內(nèi)外學(xué)者對機(jī)場安檢服務(wù)優(yōu)化問題展開了大量研究，主要涉及機(jī)場安檢服務(wù)流程優(yōu)化、機(jī)場安檢通道數(shù)量配置優(yōu)化、機(jī)場安檢排隊(duì)系統(tǒng)優(yōu)化三個(gè)方面。Adrian[1]（2011）提出多層次安檢系統(tǒng)模型，通過優(yōu)化安檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來提高安檢效率；劉慕磊[2]（2018）提出基于旅客分類的機(jī)場安檢服務(wù)方式設(shè)計(jì)服務(wù)流程優(yōu)化方案。Goswami[3]（2017）以旅客等待時(shí)間和安檢設(shè)備利用率為主要性能指標(biāo)建立仿真模型，計(jì)算出每條安檢通道中安檢設(shè)備的最優(yōu)數(shù)量；史躍亞[4]（2024）通過NSGA-Ⅱ算法建立安檢排隊(duì)系統(tǒng)雙目標(biāo)優(yōu)化模型，得出綜合效益最優(yōu)的機(jī)場安檢通道配置方案。Li[5]（2018）建立不同機(jī)場旅客安檢排隊(duì)模型，比較不同機(jī)場安檢點(diǎn)、不同排隊(duì)方式對機(jī)場安檢效率的影響；張?zhí)祆臶6]（2020）從隊(duì)列選擇開始到隊(duì)列服務(wù)構(gòu)建航站樓排隊(duì)仿真模型，為排隊(duì)流程仿真提供了新方法；趙振武[7]（2024）在設(shè)置緩沖區(qū)的基礎(chǔ)上建立6種機(jī)場旅客安檢排隊(duì)仿真模型，發(fā)現(xiàn)1對1型且驗(yàn)證服務(wù)臺遠(yuǎn)離機(jī)場安檢通道的排隊(duì)方式更優(yōu)；史躍亞[8]（2024）建立安檢并聯(lián)和串聯(lián)的排隊(duì)論模型，得出優(yōu)化的安檢串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間比原本系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間縮短了37.5%。在以上學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，該文以機(jī)場旅客安檢排隊(duì)方式為研究對象，利用AnyLogic軟件建模仿真，探究不同排隊(duì)方式和緩沖區(qū)設(shè)置對機(jī)場安檢效率的影響，以期為旅客提供更好的出行體驗(yàn)。

1 排隊(duì)模型及機(jī)場旅客安檢流程

1.1 排隊(duì)模型

排隊(duì)論又稱為隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，是一種用于研究排隊(duì)現(xiàn)象的隨機(jī)規(guī)律和系統(tǒng)的隨機(jī)服務(wù)過程的數(shù)學(xué)理論，通常建立排隊(duì)模型對服務(wù)對象排隊(duì)方式和服務(wù)時(shí)間進(jìn)行規(guī)律性研究，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化找到服務(wù)和效益之間的最優(yōu)組合[9]。

機(jī)場旅客安檢的排隊(duì)規(guī)則為先到先服務(wù)，結(jié)合機(jī)場實(shí)際需求，選擇在等待制排隊(duì)系統(tǒng)中最常見的多隊(duì)多服務(wù)臺排隊(duì)模型n個(gè)M/M/1和單隊(duì)列多服務(wù)臺模型M/M/n，理論上，多個(gè)并列的服務(wù)臺排隊(duì)系統(tǒng)排成單隊(duì)比排成并列多隊(duì)的方式更具有顯著優(yōu)越性[9]，但機(jī)場安檢中存在多個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的串并聯(lián)組合形成了多種排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，因此，為了更加貼合實(shí)際情況，借助仿真軟件Anylogic構(gòu)建多種排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，探索更有效的機(jī)場安檢排隊(duì)方式。

1.2 機(jī)場旅客安檢流程

國內(nèi)機(jī)場旅客出港安檢流程包括證件檢查、人身檢查和行李檢查三個(gè)步驟組成，其中人身檢查和行李檢查同時(shí)進(jìn)行，但當(dāng)行李檢查出現(xiàn)異常，則需要旅客完成人身檢查后在旅客注視下進(jìn)行開包復(fù)檢，取出違禁物品后再進(jìn)行檢查，檢查合格后可通過。目前的機(jī)場旅客安檢排隊(duì)系統(tǒng)中，當(dāng)旅客到達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)所有安檢通道正在進(jìn)行服務(wù)，旅客需要在證件檢查前面區(qū)域排隊(duì)等待，但是大部分機(jī)場也允許旅客完成證件驗(yàn)證后，在證件驗(yàn)證與安檢通道之間的緩沖區(qū)排隊(duì)等待[7，8]。該文結(jié)合緩沖區(qū)設(shè)置情況，構(gòu)建多種排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，對比分析找到排隊(duì)方式的最優(yōu)組合，以期為提高機(jī)場安檢效率、改進(jìn)機(jī)場旅客安檢流程提供參考。

2 模型的建立及求解

2.1 建立流程模型

考慮到機(jī)場安檢緩沖區(qū)設(shè)置，將安檢流程分為兩個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合多服務(wù)臺是否可自由交叉選擇情況，采用n個(gè)M/M/1和M/M/n模型串并聯(lián)組合形成排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型。構(gòu)建無緩沖區(qū)的單隊(duì)列限制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（A）、無緩沖區(qū)的多隊(duì)列限制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（B）、無緩沖區(qū)的單隊(duì)列開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（C）、無緩沖區(qū)的多隊(duì)列開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（D）、有緩沖區(qū)的單—單隊(duì)列開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（E）、有緩沖區(qū)的單—多隊(duì)列開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（F）、有緩沖區(qū)的單—多隊(duì)列限制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（G）、有緩沖區(qū)的多—單隊(duì)列開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（H）、有緩沖區(qū)的多—多隊(duì)列開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（I）、有緩沖區(qū)的多—多隊(duì)列限制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（J）10種排隊(duì)方式。（排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)詳見圖1）。

2.2 模型參數(shù)確定

該文依據(jù)國內(nèi)某機(jī)場的安檢布局，采用AnyLogic中的行人庫和流程庫，對驗(yàn)證隊(duì)列、證件檢查、人身檢查和行李檢查的整個(gè)流程進(jìn)行仿真。建立4個(gè)驗(yàn)證臺對應(yīng)4個(gè)安檢通道的仿真模型，結(jié)合機(jī)場實(shí)際運(yùn)行情況和相關(guān)文獻(xiàn)研究對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[7，8]。對旅客每小時(shí)到達(dá)人數(shù)、旅客放下隨身行李時(shí)間、通過金屬探測門時(shí)間、X光機(jī)檢查行李時(shí)間、旅客整理行李時(shí)間、開包檢查時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，設(shè)定仿真模型中的各環(huán)節(jié)參數(shù)如表1所示，其中：triangular（）表示三角分布，uniform（）表示均勻分布。

3 仿真及結(jié)果分析

3.1 緩沖區(qū)設(shè)置和限制開放的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比

選取安檢入口旅客到達(dá)率400人/小時(shí)、600人/小時(shí)、800人/小時(shí)分別模擬低、中、高三種客流量，分別在低、中、高三種客流量下獲取600名旅客完成安檢的安檢平均總用時(shí)和旅客平均等待時(shí)間[7]，10種排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型各仿真運(yùn)行20次取平均值，用時(shí)越少，說明此類排列網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性能越好，仿真結(jié)果如表2所示。

對比表2中的A、G和B、J的低、中、高客流仿真結(jié)果可以得到：在排隊(duì)結(jié)構(gòu)限制時(shí)，無緩沖區(qū)的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比有緩沖區(qū)的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更優(yōu)，但在高客流時(shí)，無緩沖區(qū)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢減小。對比C、E、F和D、H、I的低、中、高客流仿真數(shù)據(jù)分析得到：在排隊(duì)結(jié)構(gòu)開放時(shí)，有緩沖區(qū)的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安檢平均總用時(shí)和旅客平均等待時(shí)間都比其他排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更短，說明機(jī)場設(shè)置緩沖區(qū)且允許旅客通過證件檢查后可自由選擇安檢通道等待，可以緩解人身檢查和行李檢查的服務(wù)壓力，減少旅客等待時(shí)間從而提高旅客安檢效率。

3.2 單隊(duì)列和多隊(duì)列的串并聯(lián)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比

按照驗(yàn)證服務(wù)臺前的排隊(duì)方式不同分組對比低、中、高客流的仿真結(jié)果：在驗(yàn)證服務(wù)臺前選擇單隊(duì)列排隊(duì)方式進(jìn)行排隊(duì)，即A、C、E、F、G；在驗(yàn)證服務(wù)臺前選擇多隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)，即B、D、H、I、J。

根據(jù)表2可以看出，首先，除了C、D對比組之外，其余四組在驗(yàn)證服務(wù)臺前選擇單隊(duì)列排隊(duì)的安檢平均總用時(shí)短于多隊(duì)列排隊(duì)方式，且在客流量增加時(shí)，在驗(yàn)證服務(wù)臺前，選擇單隊(duì)列排隊(duì)方式的優(yōu)勢逐漸減小，甚至在高客流時(shí)，A和F的安檢平均總用時(shí)和旅客安檢平均等待時(shí)間反而長于B和I，但差距不大。而現(xiàn)實(shí)中，機(jī)場的旅客到達(dá)率并不是恒定的，因此，驗(yàn)證服務(wù)臺前選擇單隊(duì)列排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比多隊(duì)列排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更優(yōu)。

其次，對緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)置的排隊(duì)方式進(jìn)行對比，選取E、F和H、I四種排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比分析低、中、高客流的仿真結(jié)果，如圖2所示。可以明顯看出，在低、中、高三種客流情況下，緩沖區(qū)內(nèi)選擇多隊(duì)列排隊(duì)方式，且允許旅客通過證件檢查后可自由選擇安檢通道等待時(shí)，通過安檢平均總用時(shí)更少，旅客的體驗(yàn)感更好。

4 結(jié)語

該文利用AnyLogic軟件建立10種機(jī)場旅客安檢排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仿真模型，探索不同排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對機(jī)場安檢效率的影響，通過仿真模型運(yùn)行結(jié)果，得到驗(yàn)證服務(wù)臺前排成單隊(duì)列比多隊(duì)列更優(yōu)，機(jī)場設(shè)置緩沖區(qū)比不設(shè)置緩沖區(qū)更好，在緩沖區(qū)內(nèi)排成多隊(duì)列比單隊(duì)列的安檢平均服務(wù)時(shí)間更少，且允許旅客通過證件檢查后可自由選擇安檢通道等待更能縮短旅客平均等待時(shí)間。在低客流和中客流時(shí)，有緩沖區(qū)的單—多隊(duì)列開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（F）比其他排隊(duì)方式更有優(yōu)勢；而在高客流情況下，有緩沖區(qū)的單—多隊(duì)列開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（F）和有緩沖區(qū)的多—多隊(duì)列開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（I）的旅客安檢平均總用時(shí)差距不大，兩種排隊(duì)方式都可以進(jìn)行選擇。

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收稿日期：2024-07-22

作者簡介：劉瀟（1996—），女，碩士研究生，助教，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理和高等教育研究。

基金項(xiàng)目：2023年度院級課題資助項(xiàng)目“高等職業(yè)教育與創(chuàng)新型城市協(xié)同發(fā)展研究——以鎮(zhèn)江市為例”（JATC23020101）。