基于Anylogic的机场旅客安检流程仿真与优化

赵振武，李新源

（中国民航大学经济与管理学院，天津 300300）

近几年中国民航业发展迅速，航空旅客运输量逐年增加，机场为旅客提供优质服务的压力不断增大。其中，在不改变机场物理布局的情况下提高机场运作效率是研究课题之一，国内有不少文献通过建模仿真的方法论证了提高安检环节效率可提高整个机场的运作效率[1-4]。关于机场旅客安检流程的仿真建模多为建立宏观模型，通过动态改变安检通道的开放数量提高机场运行效率[5-6]；而对于安检流程中各个环节的分析则多采用数学建模而不是仿真的方法[4，7-9]，缺少了对旅客在安检通道中的行进、排队等细节的研究，社会力模型可以通过对行人的微观研究解决该问题[10]。国外关于机场安检系统仿真的研究相对较多，Fayea等[11]运用AirSim工具对机场的各个功能区建立了宏观模型，通过动态改变安检通道开放数量来提高机场服务水平。Wilson等[12]运用SOC离散仿真工具对旅客在安检通道中的行为和运动进行研究。Weiss[13]运用基于Agent的仿真方法模拟了某机场安检系统中攻击者和安检人员的行为发展趋势，并对机场安检系统作出评价。Boekhold等[14]考虑了安检人员的人为因素等方面，运用Extend软件对机场安检流程进行了仿真建模，并提供了旅客安检各个环节的详细参数。而以下研究结合Anylogic软件与实际调查数据,希望能够为机场旅客安检流程的探索提出新方法新思路。

1 机场旅客安检系统简介

机场旅客安检是旅客从航站楼公共区进入隔离区的关键步骤，是针对要进入隔离区的旅客进行的安全检查。安检的目的是防止旅客携带可能危及飞行安全的物品进入航空器，从而造成严重后果。机场旅客安检包括对旅客的人身安检和随身行李的安检，两者同步进行，具体流程如图1所示。

图1 机场旅客安检流程图Fig.1 Flow chart of airport passenger security screening

2 仿真系统构建

采用Anylogic软件中的行人库来构建机场旅客安检流程，其中行人仿真模块基于社会力模型[10]。社会力模型认为行人的行走并非受到外力作用的影响，而是由自身的驱动力来决定的，根据行人不同的动机及其在仿真环境中所受到的影响，一共受到3种作用力的影响：驱动力、人与人之间的作用力、人与边界之间的作用力[15]。

社会力模型可表示为其中：rα为行人 α 的空间位置向量；v（αt）为行人 α 的速度；f（αt）为社会力；ξ（αt）为反映随机行为偏差的扰动项；f0α（vα）为加速力；fα（Brα）为人与边界之间的作用力；fα（βrα，vα，rβ，vβ）为行人 α 与行人 β间的作用力；fα（irα，ri，t）为吸引效果。

2.1 流程模型

采用Anylogic行人库中的pedSource、pedService、pedSelectOutput、pedGoTo、pedSink 模块以及企业库中的 split、queue、conveyor、match、sink 模块，企业库的模块主要用于旅客随身行李的仿真，再结合Java的相关知识进行编程，使模型更符合实际运行情况。各个模块参数[4，16]如表1所示，建立的流程模型如图2所示。

表1 模型各个环节参数设置Tab.1 Parameter set of each procedure

各模块用途如下所述。

1）pedSource模块 模拟到达安检通道的旅客。

2）pedService模块 模拟旅客在安检各个环节中排队和接受服务的情况。

3）pedSelectOutput模块 选择模块，用于区分旅客的属性，如是否携带行李、过安检门是否会报警等。

4）pedGoTo模块 代表旅客前进方向和目的地。

5）pedSink模块 移除系统内已完成安检服务的旅客。

6）split模块 将旅客与行李分离开。

7）queue模块 表示旅客随身行李在传送带前所排的队列。

8）conveyor模块 表示传送带模型，可以选择长度和速度。

9）match模块 匹配模型，用于完成人身安检的旅客提取属于自己的行李。

10）sink模块 移除经过旅客提取后的随身行李。

图2 机场旅客安检流程模型Fig.2 Airport passenger security screening model

2.2 环境模型

安检通道的布局来自国内某大型机场，通过软件的比例尺和绘图工具构建出与实际情况相符的安检通道环境，并画出旅客行进路线、队列和服务点。模型参数如表2所示，效果如图3所示。

表2 安检通道环境模型参数Tab.2 Environment model parameter of security screening channel

图3 安检通道环境模型Fig.3 Environment model of security screening channel

2.3 旅客模型

旅客的属性在研究中有着重要作用，根据实际调查可知，一般情况下机场旅客男女比例为3：2，需要进行开包检查的概率[4]为10%，行进速度及旅客直径则用软件自带的属性，具体参数如表3所示。

表3 旅客行进速度及直径参数Tab.3 Passengers’traveling speed and diameter parameter

2.4 并运行仿真模型

Anylogic软件支持3D可视化效果，可以看出，旅客经过验票员验票后将随身物品放入托盘，然后随身物品通过X光机，旅客则通过安检门进行人身安检，完成后提取行李并整理，然后离开安检通道，部分需要进行开包检查的旅客则会在完成人身安检后到达开包检查处进行处理，随后离开。同时设定安检通道内旅客最多只有10名，可以看出模型3D运行效果与实际情况相吻合，如图4所示。

图4 模型运行3D效果图Fig.4 3D running diagram of model

3 仿真分析

在研究旅客安检流程瓶颈问题时，通过优化可提高安检通道单位时间内通过的旅客人数，忽略旅客到达率，只需保证在安检流程最开始的验票环节中持续有旅客排队。首先运行2 h，待模型运行稳定后开始收集数据，运行仿真软件50次后，取平均值得到传统安检的仿真结果。将方案优化，在传统安检通道基础上增加旅客整理行李环节的物理空间，即将X光机之后的桌子长度改为2 m，保证2名旅客可以同时整理行李。按照新的方案建立仿真模型，先运行2 h，待模型运行稳定后再收集1 h的数据，运行50次后各数值取平均值得优化后的结果。如表4所示。

表4 安检通道仿真对比Tab.4 Simulation comparison of security screening channel

由表4可以看出传统方式整个安检通道中单位小时内通过的旅客人数为158人，旅客整理行李队伍较长，原因在于旅客整理行李的空间小，只能容纳1名旅客整理行李，从而造成旅客整理行李队伍较长，影响了安检通道整体的服务效率，这个结论与文献[16]的结论相符合。方案优化后增加1个旅客整理行李的位置可以有效缓解旅客在安检通道中拥挤的现象，采取这种措施后1 h可以比优化前多通过94名旅客，旅客在安检通道的平均逗留时间也可以缩短2.43 min。结果表明，采用优化方案能有效提高单位时间旅客通过率、减少旅客逗留时间。

4 结语

以Anylogic软件平台作为机场旅客安检流程仿真的建模工具，结合实际调查数据，对机场旅客安检流程的整个环节进了仿真建模，运行并观察后确认该模型符合实际情况。通过仿真运行得出数据进行分析，找到了旅客安检流程中的瓶颈环节，针对发现的瓶颈环节提出优化方案，并对优化方案进行建模仿真，运行并收集数据。分析数据证明，采取优化方案后，机场旅客安检效率得到了显著提升，单位时间内通过的旅客人数以及旅客在安检通道中花费的时间均优于以往的安检通道。