基于资源优化的枢纽机场中转仿真＊

张晓光 朱金福 陶婧婧

（交通运输部规划研究院1） 北京 100028） （南京航空航天大学民航学院2） 南京 210016）

对于枢纽机场而言，如何提高中转旅客的流程效率是其实现自身枢纽战略目标的关键性技术．随着国内航空运输业的迅速发展和航空需求的急剧增长，机场容量逐渐达到饱和，随之出现了一系列问题，比如：高峰时段的机场拥挤状况、飞机延误增加、服务质量严重下降，等等．导致这些问题产生的根本原因在于机场资源有限性和航空需求快速增长之间的矛盾，而要解决这些问题就必须要对机场的关键资源进行合理的优化配置．由于每个中转航班上的中转旅客从下机到抵达中转大厅的时间相对较为集中（见图1），这种中转流程中设施资源与中转旅客流量不匹配的问题给枢纽机场的运行和发展带来了较大的困难，因此也就成为了机场当局急于解决的问题．

图1 中转航班旅客到达中转厅分布图

目前国内外对于中转流程中的资源优化问题的研究尚属于起步阶段，相关研究如下：S．Hafizogullari，P．Chinnusamy和 C．Tunasar［1］从航空公司的角度出发探讨了旅客联程中转问题．他们着重考虑了如何利用仿真的方法来评估一个航空公司的中转航班最小衔接时间．朱金福等［2］对枢纽机场运行规划做了比较详尽的阐述，论述了枢纽机场的运行特点、中转旅客流程的规划、中转行李流程规划等问题．施玮静等［3］提出一个简捷有效的优化方案来统筹上海到达的国内航班，使来上海作跨机场换乘的旅客总人次最少．由此可见，无论是国外学者还是国内学者对于机场旅客中转流程的研究大多只停留在数据分析和理论研究的层面上．因此，本文所专注的问题在于如何通过中转流程中设施资源与中转旅客流量匹配研究来缩短旅客的中转时间并提高机场资源的利用率．

1 旅客中转资源仿真优化模型

1．1 中转流程及相关环节

根据旅客抵港航班与目标中转航班类型的不同，旅客中转流程可以划分为国内中转国内、国内中转国际、国际中转国际和国际中转国内四类［4］，不同航班类型之间的中转更是涉及了不同的中转 流程设施，见图2．

图2 旅客中转流程图

1）中转值机 在中转值机环节，机场普遍采用公用式的值机柜台，每个旅客队列对应一个值机柜台．其资源使用效率明显高于专用柜台的使用效率，办理值机服务人员的服务速度及队列长度决定高峰时段旅客等待时间［5］．

2）安全检查 安检包括两部分：旅客人身安检和随身行李安检．其中影响效率的主要环节是安检员手动人身检查和行李开箱检查．走廊的宽度决定检查通道的设置数量，通道数量是安全检查容量的决定因素［6］．

3）其他检查 海关检查对出入国境的一切商品和物品进行监督、检查并照章征收关税；边防检查主要检查旅客的护照；检验检疫则包括卫生检疫、动植物检疫和商品检验等．

1．2 仿真目标

由于机场1 d中不同时段的中转旅客到达数和类型都不同，如果中转资源开放太多就会在旅客流量低谷时出现资源闲置浪费，而开放太少又会在旅客流量高峰时出现旅客排队拥挤．如果能实时地根据中转旅客到达情况动态分配中转设施开放数量的话，将减少资源的使用数量和设施的工作时间，以此为目的，本模型采用离散事件仿真的方法，在保证满足旅客平均排队时间和平均排队数量都达到相应服务柜台基本设计标准和机场服务水平的条件下，对旅客中转资源进行仿真优化，根据每日中转航班的情况为每个航班分配合理的中转资源，实现资源的按需分配，优化旅客中转流程的运行效率．具体仿真目标包括3个方面：（1）实现各种中转类型的旅客中转流程仿真；（2）为每个航班实时指派中转设施资源；（3）提高机场的中转资源利用率和旅客中转效率．

1．3 模型假设

旅客中转资源仿真优化模型模拟了航站楼内全天所有中转航班的运行情况，模拟的流程比较复杂，所以在不影响仿真效果的情况下，对模型做了如下假设和定义：（1）仿真模型的运行周期为全天24 h，设定系统开始时间为某典型日零点；（2）在仿真初始状态，系统内没有任何旅客，设备和工作人员都处于就绪状态；（3）所有工作人员的工作排班基于一定的柔性安排，即在其工作时间段内可以随时投入工作或暂时休息；（4）模型中只涉及中转航班，旅客的到达时间、到达人数和中转类型数据等均基于中转航班时刻表产生；（5）旅客队列服务遵循先到先服务原则（FIFO），且旅客能够自行选择最短队列排队（最有利原则）；（6）旅客办理完中转手续后退出系统，系统记录旅客完成中转流程的整个时间．

1．4 模型构建

根据1．2中的模型仿真目标和1．3中对模型的假设，以单个中转服务设施为例建立基于资源优化的旅客中转仿真模型．

旅客从中转抵港航班下机，并通过指定的抵港长廊从各入口进入中转大厅，到达这种中转服务设施的工作区．中转旅客首先前往已开放的服务柜台准备接受服务，柜台的初始开放数根据其中转服务类型而定．当到达的中转旅客逐渐增加，初始开放的服务柜台前排队的旅客逐渐增多而接近了机场相应服务柜台的基本设计标准时，现有的已开放服务设施数量将无法满足IATA规定的机场C级服务标准，这时自动增加一个新的服务柜台以减缓压力，那么随后到达该中转工作区的旅客将进行判断，如果已开放的服务柜台前的旅客排队数小于设计指标，那么旅客将前往已开放服务柜台进行服务；如果旅客排队数已经超出其设计标准，那么旅客将前往新增加的服务柜台．如果已开放的服务柜台数仍不能满足其设计标准和机场服务水平，那么继续增加新的服务柜台，以此类推，直到服务完所有的中转旅客．在所有中转旅客完成中转流程后统计各中转资源的使用情况，记录每个时段各种资源的开放数量，用这种优化方案来优化中转资源的利用率，实现资源的合理有效分配．其资源优化流程图见图3．

图3 资源仿真优化模型流程图

2 旅客中转资源仿真优化系统设计

选取SIMIO仿真系统作为开发平台．根据设计的旅客中转资源仿真优化系统，需要设置以下建模元素．

1）实体（model entity）：实体即旅客．

2）源对象（source）：为中转旅客进入系统的地点，即机场国际和国内抵港长廊．

3）处理器（server）：处理器在本系统中代表各种中转服务设施，处理器的处理时间服从一定的正态分布．处理器还可以限制其等待服务的实体的排队长度．

4）路径（path）：在本系统中路径表示旅客的行走路线，其中包括实体的选择权重属性．

5）基本节点（basic node）：本系统中的基本节点根据路径逻辑的选择权重将旅客分流．

6）转移节点（transfer node）：本系统中的转移节点根据中转柜台排队情况来转移旅客．

7）退出对象（sink）：本系统中的退出对象是中转旅客离开系统的地点，即机场国际和国内候机大厅．

3 旅客中转资源仿真优化系统验证

系统校验日定于2007年3月30日，使用上海浦东国际机场的实际航班调研信息，以核实及校正仿真模型．当日浦东国际机场的中转航班正确性验证结果为：全天中转航班69架次，其中国际中转国内航班23架次，国内中转国际航班23架次，国际中转国际航班12架次，国内中转国内航班11架次．仿真输出的中转航班分布与当日真实运行情况基本相同．

当浦东国际机场的中转旅客流程正确性验证结果为：全天完成旅客中转1 847人，其中国内转国内旅客341人，国内转国际旅客615人，国际转国内旅客527人，国际转国际旅客364人．仿真输出的中转旅客量与当日真实运行情况基本相同．通过本系统对浦东国际机场中转航班和中转流程运行的仿真校验，证明仿真系统能够真实模拟浦东国际机场的运行状况，为中转流程研究提供可靠、高效的系统平台．

4 仿真实例应用与分析

以一个国际中转国内的航班波为例，对其进行动态中转服务资源指派．该航班波中第一个航班的到达时刻为14：41（即仿真时刻的第881 min），最后一个航班的到达时刻为15：54（即仿真时刻的第954 min），航班波总长度为73 min，其中包含11个中转航班，需要中转的旅客总数为313人．将各个航班的到达时刻和中转旅客数输入到系统中，按照中转旅客国际转国内的中转流程得到的资源指派结果如表1所列．

由表1中可见，所有中转服务设施开放总时间为938 min，比机场实际运行的1 040 min减少了11%，节省了机场的宝贵资源，同时也提高了机场中转资源的利用率．其中每个中转柜台的平均开放时间均小于IATA规定的机场服务C级标准，而单个柜台的开放最长时间也在机场资源的合理使用范围内．由此可见，本系统可以节约机场的宝贵资源，使其减少无谓的闲置和浪费．

表1 中转航班波资源开放时间 min

各中转服务资源的服务数据见表2，可以看出，各服务柜台前的旅客排队数和排队时间均符合机场设计要求，中转旅客排队情况较为平均，没有短时间排队高峰或长时间资源闲置等问题．由此可见，本系统能够根据中转航班或中转航班波的到达信息和到达的中转旅客人数来指派合理的中转资源，满足中转流程的顺利完成，最大限度地减少旅客的排队时间，使各中转服务资源使用情况基本满足IATA的机场C级服务标准．

表2 各中转服务资源的服务数据

从系统仿真结果输出的报告来看，整个航班波的旅客中转流程平均耗时39 min，符合IATA规定的机场设计中转最短衔接时间（国际转国内为45～60 min）．从图4中可以看出，机场中转厅内的各种中转资源是根据中转航班或中转航班波的到达信息动态实时开放的，并根据中转旅客的到达情况自动地增减开放的资源数，同时保证各项指标均优于IATA规定的机场C级服务标准．

图4 中转资源动态开放情况

由此可见，机场的中转设施资源并不需要全天24 h不间断地开放和工作，可以在保证机场服务质量的前提上动态地进行工作计划的指派，从而节省了机场的宝贵资源和劳动力，同时又提高了各种中转资源的利用率．

5 结束语

阐述了枢纽机场旅客中转流程及其相关环节，提出了基于资源优化的建模思想，运用离散事件仿真的方法来对枢纽机场的旅客中转流程进行建模，使用SIMIO仿真建模软件实现了旅客中转资源仿真优化系统设计，从机场资源优化的角度出发，通过对中转设施资源的有效地利用优化了旅客的中转流程．优化结果表明，动态分配的机场资源实现了中转资源利用率的最大化，通过中转流程中设施资源与中转旅客流量的匹配缩短了旅客的中转时间并提高了机场的资源利用率．

［1］Hafizogullari S，Chinnusamy P，Tunasar C．Simulation reduces airline misconnections：a case study［C］／／Proceedings of Winter Simulation Conference．2002：1 192－1 198．

［2］朱金福．航空运输规划［M］．西安：西北工业大学出版社，2009．

［3］施玮静，华 诚，丁光宏．上海机场中转旅客转机场优化方案［J］．中国民航大学学报，2010，28（1）：41－44．

［4］夏蔷薇．计算机仿真技术在枢纽机场中转流程研究中的应用［D］．南京：南京航空航天大学交通运输规划与管理系，2008．

［5］Allauddin J．Airport access planning，process and design：An overview［D］．Hong Kong：University of Hong Kong，2003．

［6］Alexandre Gomes de Barros．Planning of Airports for the New Large Aircraft［D］．Calgary：University of Calgary，2004．