基于Anylogic的航站楼离港旅客流程三维动态仿真

张龙财，张 浩，杨露露，狄亚平

(中国民用航空飞行学院 机场工程与运输管理学院，四川 广汉 618307)

近年来，我国民航运输业发展如火如荼，民航运输量呈现逐年增长的态势。2017年，我国通航机场共完成旅客运输量5.52亿人次，较上年增长13%，近10年来民航旅客运输量及增长率如图1所示。

*注：数据来源：民航资源网http://news.carnoc.com/search.jsp

目前，我国大多数机场存在服务空间局限、设施设备陈旧、管理模式落后的现状[1]，人们日益增长的航空交通出行需求与落后的航空生产之间的矛盾日益突出。作为旅客进离港的必经场所，航站楼只有充分地发挥民航服务特色，从细节上给旅客提供安全、快捷、高效的出行体验，民航运输业才能获得更高的旅客满意度，最终保持旅客心目中“高端”出行方式的形象。为此，本研究选用Anylogic仿真软件，通过构建封装智能体的方法，完成离港旅客各标准流程的构建，增加仿真模块的通用性，并大幅度地提高机场航站楼仿真建模效率。

1 离港旅客流程梳理

图2 航站楼离港旅客服务流程

航站楼是一个庞大而复杂的系统，本研究侧重于航站楼国内离港旅客流程，因而不包含边防、海关和检疫流程。从通常界定而言，车道边并不属于航站楼内设施，而仅属于航站系统的出入交接面[2]，但通过对其研究能够较好地把握旅客到达航站楼规律。因此，本研究航站楼离港旅客流程主要包括旅客车道边到达并至航站楼、旅客休闲娱乐和问询、旅客自助值机和传统值机、安检、以及旅客候机和登机流程，各流程先后及逻辑关系如图2所示。

2 封装智能体构建方法

本研究选用Anylogic仿真软件，其基本搭建方法即逻辑流程搭建与空间模块相对应。以旅客产生、接受服务以及旅客离开流程为例：首先，依靠系统自带逻辑模块pedSource、pedService、pedGoTo以及pedSink搭建形成旅客服务逻辑流程；然后，如图3所示对应拖入目标线、线服务、目标线共计三个空间标记模块，并将其与逻辑模块对应关联；最后，通过设定旅客到达频率、服务时长分布等参数，即完成了一个基本的Anylogic流程搭建。该模型运行二维及三维运行效果如图4所示。

图3 逻辑模块与空间标记对应关系

图4 模型运行二维、三维效果图

由于本研究的航站楼离港旅客流程环节多且复杂，若仅仅依靠仿真软件自带模块进行流程搭建，将造成大量的模块和逻辑关联，不利于仿真建模及使用者使用。构建封装智能体的方法，能够使流程建模更具条理，层次化更加明显。Anylogic软件封装智能体构建步骤如图5所示，其一般步骤为：

①在该模型下，创建一个新的智能体并命名；

②在新智能体中，根据需要使用系统自带的逻辑模块搭建逻辑流程；

③确定各逻辑模块中所需关联的空间标记模块，对应地在该智能体中拖入参数模块，修改参数模块的类型、名称并将其设置为元素选择器，最后回到逻辑模块中对应的选择参数模块(此时参数模块等价于空间标记模块)，完成逻辑模块与参数模块的关联；

④通过拖入二维图形、加载图片或添加三维物体等多种方式，将其属性设为图标，并与合适数量的端口模块进行组合，完成该封装智能体的图标设计；

⑤将该智能体拖入主界面中，将主界面中与该该封装智能体相关的空间标记模块与事先在封装智能体中设定的参数一一对应，完成模型搭建。

图5 Anylogic软件封装智能体构建方法

以旅客车道边到达为例。此流程主要是要实现旅客乘车到达车道边，携带行李下车并前往航站楼的过程，涉及到多个相关实体，包括道路、停车站、出租车、旅客、行李、航站楼入口等，其中车、旅客及行李是参与该流程的主体。因此，首先需要创建三个必要的智能体，分别为Car、Customer以及Baggage，在其中各自添加三维物体及相关参数，它们的作用为：仿真运行时能够产生三维运行效果；运行后可根据研究需要采集对应实体的相关运行参数。其中，Car、Customer及Baggage智能体中各自添加的三维物体如图6所示。

图6 Car、Customer及Baggage智能体中的三维物体

通过相关参数和代码设定，可以完成仿真模拟运行时多种车辆到达车道边，以及多种携带行李旅客下车的仿真运行效果，创建的旅客车道边到达并至航站楼封装智能体“GenerateCustomers”，及其逻辑模块与空间标记模块对应关系如图7所示。

图7封装智能体中逻辑关系模块与空间标记模块对应关系

其中，carSource产生车辆，车辆类型为智能体Car；enterCurbside产生旅客，旅客类型为Customer。根据相关研究表明，旅客车道边到达服从泊松分布[3]，为了实现更贴近于现实运行的旅客车道边到达并提取行李离开流程，在car至停车点动作属性“当离开时”中键入代码：

int num=poisson(5);

for (int i=0;i

Customer p = add_customers();

enterCurbside. take (p);

}

其中，num为给至停车点将要离开的车辆产生一个服从泊松分布λ=5的随机数，for循环使得当i < num时，给类型为Customer的数值p中添加一名旅客，并且让enterCurbside模块获取该名乘客，以此实现旅客下车的过程。值得一提的是，封装智能体构建最主要的部分，就是让其内部逻辑模块能够与位于主界面中的空间逻辑模块相关联，而不同的空间标记模块类型不尽相同，本研究所用到的空间标记模块类型如表1所示。

表1 空间标记模块类型代码表

“GenerateCustomers”封装智能体用到的空间标记类型有：Road、BusStop以及TargetLine。在封装智能体中拖入5个参数，模块、参数名称、相关类型代码如表2所示。待封装智能体构建完成后，将其拖入主界面中，参数与空间标记模块对应关系以及动态仿真三维效果如图8所示。

图8 参数与空间标记模块关联及封装智能体动态仿真3D效果图

3 航站楼离港旅客流程三维动态仿真

在刻画某一个单独流程时，Anylogic仿真基本搭建方法所搭建起来的逻辑关系流程往往较为简单且单一。若将图3看作是旅客值机过程，虽然其整体上满足了排队论中的输入过程、排队规则和服务机构三个组成部分，却几乎省略了值机过程中所有可能发生的一些细节操作，如：旅客办理托运的比例、旅客递交身份证件、值机人员打印登机牌、行李称重、行李逾重或违禁、值机人员交还证件及登机牌等。因此，航站楼离港旅客动态仿真效果和其输出结果的可靠性，自然也会大打折扣。封装智能体的构建实际上是将某一特定流程中可能存在的细节操作，以仿真软件自带模块搭建的逻辑关系表现出来，然后以不同类型的参数为桥梁，将封装智能体中的逻辑模块与主界面中的空间标记模块关联起来的过程。

在对航站楼离港旅客流程仿真过程中，值机和安检均涉及到了行李相关流程，通过应用软件流程库中的split和match模块，辅之相关参数和代码实现了仿真过程中行李称重或过X光机的效果。以值机流程为例。当旅客不需要办理托运时，值机流程较为简单，旅客仅需要向值机人员提交身份证件，待打印完登机牌后旅客接过证件和登机牌离开，值机流程结束。当旅客需要办理托运时，流程较为复杂，其流程图及仿真逻辑关系如图9所示。

图9办理托运旅客值机流程及仿真逻辑关系图

图10值机流程仿真细节

其中，仿真逻辑关系中的“queueBeforeCheckIn”为旅客排队队列，“p提交及打印”为旅客提交机票和身份证与值机人员核对机票和身份证流程。“s是否托运”为一个概率输出模块，办理托运旅客进行右端输出口流程，否则进入下端输出口流程。“c行李称重”为行李称重流程，与之相伴的是“逾重或违禁”概率输出模块，若逾重则旅客整理物品或缴费，否则值机人员值机打印并粘贴行李条码于登机牌。“p旅客离开”为旅客值机流程结束离开值机柜台。restrictedAreaStart与restrictedAreaEnd模块组合可以限制该范围内接受服务旅客的数量，显然将限制数量设定为1更符合实际生产实践。当旅客需要办理托运时，用到了split和match模块组合，在split动作属性“新智能体离开时”中键入代码：agent.bIndex=original.cIndex;使得行李的编号等于旅客的编号；在match属性“组合条件”中键入代码：agent1.cIndex=agent2.bIndex；使得旅客编号与行李编号相匹配(其中，bIndex和cIndex分别为提前在Baggage和Customer智能体中设定的int型参数)。由于Anylogic仿真平台是基于社会力模型的[4]，所以旅客在物理环境中的行为更贴近现实，旅客值机办理托运流程三维仿真效果如图10所示。

同理，可以构建航站楼离港旅客其他流程。安检流程以及航站楼三维动态仿真整体效果如图11所示。

图11旅客安检流程及航站楼三维动态仿真整体效果图

4 仿真可靠性验证

本研究旨在建立更为模块化和细节化的航站楼离港旅客三维动态仿真模型，为后续流程环节优化和提出资源优化配置建议搭建研究平台。仿真的可靠性分析，主要从仿真输入数据、仿真逻辑关系以及输出数据的可靠性三个方面进行考察。对于仿真输入数据而言，设施设备正常运转下其参数较为稳定且容易获得，而旅客行为特性参数中的流程熟练度、环境熟练度等较难把握，但通过大量的实地调研可以获得较为准确的输入数据。逻辑关系的可靠性，主要体现在仿真系统建模的合理性上，模型无结构冲突、闭环无死锁且逻辑条理清晰则认为逻辑关系可靠。而仿真输出数据的可靠性，可以通过设计数学模型算法验证，与实际生产运行数据对比验证，也可以通过与已经过可靠性验证的输出数据进行对比验证。文献[5]在验证了仿真可靠性的基础上依靠iGrafx仿真软件通过10000个事件得到了值机及安检的平均服务时间分别为2.51分钟和1.72分钟。本研究通过Anylogic仿真软件，输入相同的数据，建立相同的逻辑关系模型，仿真输出结果对比如表3所示。从表3中可知本次仿真，值机服务平均服务时长输出结果误差为-5.2%，安检平均服务时长误差为5.8%。输出结果误差较小，因此使用Anylogic仿真软件研究航站楼离港旅客流程是可靠的。

表3 仿真输出结果对比表

续表3

仿真频次柜台名称平均服务时长(min)输出误差(%)iGrafx10000Anylogic2500安检柜台1.721.825.8

5 结语

通过使用Anylogic仿真软件，对航站楼离港旅客各流程进行梳理，依据流程细节使用软件自带模块完成相关流程封装智能体构建，实现流程的模块化建模，不仅大大地增加了仿真建模效率，使得仿真效果更接近实际运行，其仿真输出结果也是可靠的。由此看来，在进一步研究中，通过封装智能体建模的方法，不仅可以对常见瓶颈环节(值机、安检等)提出并验证优化建议措施，还可以根据机场航站楼当前布局以及航班情况进行仿真，根据仿真输出结果向机场运行管理者提供实时的航站楼最佳资源配置方案。

[1] 周杰松. 航站楼出发厅突发事件旅客应急疏散研究[D].广汉：中国民用航空飞行学院, 2017.

[2] 李明捷.机场规划与设计[M].北京：中国民航出版社,2015:276-277.

[3] 陆迅.机场旅客与行李流程的规划和仿真研究[D].南京：南京航空航天大学, 2008.

[4] 周杰松,邓永恒.基于Anylogic的机场航站楼应急疏散仿真研究[J].现代计算机(专业版),2017(14):82-84.

[5] 吴忠君.航站楼旅客离港服务流程建模与仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学, 2013.