基于Anylogic的机场安检流程研究

许雅玺, 梁 迅, 刘 一

(1.中国民用航空飞行学院 经济与管理学院，四川 广汉 618307； 2.中国民航管理干部学院，北京 100102)

航空运输因为其速度较快、服务体验舒适、机动性高等优点受到人们的青睐，越来越多的旅客选择航空运输的方式完成出行目的。随着航空运输的受众越来越多，机场承担的客运压力也越来越大。旨在与为旅客提供更好的出行体验，民航局提出了“真情服务”“四型机场”等理念来打造机场服务。机场安检作为旅客进入机场的初步环节，安检的舒适度一定程度上反映了机场对旅客的服务品质。在机场服务领域，刘一等[1]提出在机场旅客量继续增加的趋势下，如何在航站楼内实现客流有序高效流动，提高机场旅客服务品质是机场服务研究的重点。康永[2]提出数字孪生技术作为计算机仿真的技术支撑，可以对机场内的航班保障、安全处理、旅客服务等提供场景分析，有利于提升旅客的出行体验。武仁杰等[3]根据机场现存的服务质量问题，构建了基于SERVQUAL量表的机场服务质量评价指标体系，并提出改进措施。许晨晨等[4]根据地面服务保障的设备调度问题，构建了机场地面服务保障设备调度优化模型，提高了机场的地面设备利用率。

在机场仿真研究领域，康瑞等[5]为了提高混合运输机场运行效率，提出了混合运输机场跑道服务能力评估模型，并利用Anylogic仿真软件验证了模型的准确性。蒋欣欣等[6]基于马尔科夫链和随机Pertri理论，对安检流程进行建模分析，并从提高安检操作员水平、增加安检通道内安检员数量等方面提出改进措施。陆迅[7]用蒙特卡洛方法对安检流程进行仿真分析，并给出改进意见。费瑞涛[8]通过对实例的具体分析，提出可以从安检通道设计布局及建立客流预测机制等方面进行安检流程的改进。孟蕊[9]以安检设备为研究对象，通过对安检设备进行优化改进，大大提高了安检的效率。刘浩[10]以绵阳机场为研究对象，利用Anylogic仿真软件对绵阳机场进行建模仿真，给出改变队列形式，增加安检通道数量等优化方案。赵振武等[11]通过对安检流程建模仿真，提出了虚拟排队的思想，并取得了较好的优化效果。除了建模优化安检流程之外，韩奇睿[12]从管理的角度出发，通过建立高效的安检管理系统，来实现对安检全面快速的管理。在以上研究的基础上，本文以机场安检流程为研究对象，利用Anyogic仿真软件对安检流程进行仿真优化分析，探寻为旅客提供较好的出行体验的安检流程改进方式。

1 旅客机场安检流程简介

机场安检是指乘坐民航飞机的旅客在登机前必须要进行的一项安全检查，包括人身检查和行李检查。旅客通过安检之后就从机场航站楼的公共区进入了付费区，安检是旅客从机场陆侧进入空侧的必要流程。安检的目的是为了防止旅客携带不安全物品进入飞机，为旅客和飞机提供基础的安全保护。安检的具体流程如图1所示。

图1 旅客安检流程

2 机场安检布局参数

机场安检布局、机场安检通道参数与机场的规模息息相关，安检的效率又受到安检布局、通道参数与机场内人流量的影响。所以，在研究机场安检效率的改进时，对安检基础布局，安检环境通道参数的研究是必不可少的。本研究在充分考虑机场布局与安检流程的基础上，选用国内某一机场布局设施与环境通道参数作为仿真数据来源与模型建立的基础。

2.1 安检通道环境参数

安检通道的环境参数来自国内某机场，在进行安检通道环境参数的获取时采用实地测量的方式，前往机场对旅客拿到登机牌开始，到安检结束这一流程进行实地测量，记录该流程中机场具体布局方式，测量旅客走行距离，测量相关实验设施参数，记录安检流程中涉及的服务点个数。具体获得的参数见表1。

在对该机场内的安检通道环境参数进行测量时发现，该安检通道长16 m，宽5 m。进入安检通道处的验票员数量为1个，在安检处的X光机长2.5 m，该X光机前后各有一张1.5 m长的桌子。旅客进行人身和行李的检查时，安检通道内的人身安检员数量为2个，旅客放置行李的服务点数量为2个，旅客安检结束整理行李的服务点数量为1个，旅客如果存在违禁物品需要进行开包检查的服务点数量为1个。

表1 安检通道环境参数

2.2 安检流程环节参数

对安检通道的环境参数以及安检通道内的服务点数量进行了实地调查研究之后，还需要获得旅客每小时到达人数、旅客基本通行速度、旅客在安检流程中每个环节消耗的时间。对以上数据经过多次实地调查测量，查阅相关标准以及文献之后得到结果见表2。

表2 安检环节参数

3 建模仿真

根据调研以及查阅文献获得的相关数据，利用Anylogic软件进行模型的建立。Anylogic是一款能够支持连续和离散行为仿真的商业软件，包括专业版和个人学习版。在此实验中，采用个人学习版。进行模型的建立时主要分为两部分进行建模。一方面是机场安检通道空间模型的建立，结合调研得到的安检布局形式，安检流程参数进行空间模型的建立；另一方面是旅客安检流程模型的建立，根据安检的主要流程对行人在安检通道内的行走方向、排队队列、通行的不同环节进行模型建造。

3.1 机场安检通道空间模型

进行空间模型的建造时，首先根据获得的安检布局形式、安检布局通道参数构建相应的空间模型。之后将旅客在安检通道内涉及到的服务线、目标线、安检设施设备添加到空间模型中。最后完成的机场安检通道空间模型如图2所示。

图2 机场安检通道空间模型

在该空间模型中，旅客从到达目标线开始，前行一段距离后排队到达身份验证服务点，进行身份验证之后正式进入安检通道，并开始进行人身安全验证和行李验证，最后离开安检通道。

3.2 旅客安检流程模型

在建立旅客安检流程模型的过程中，根据旅客在安检通道中逐次通过的环节，旅客的服务时间、行走方向建立流程模型。流程模型如图3所示。

图3 旅客安检流程模型

图3为旅客在整个安检通道中的行走流程，当旅客进入安检通道通过身份验证环节之后，根据是否携带随身行李，前往金属门或行李托盘服务点。携带行李的旅客将行李放入X光机之后与未携带行李的旅客一样前往金属门，旅客在进入金属门之后按照性别前往不同的安检员处进行人身检查。在进行人身检查之后未携带随身行李的旅客直接通过安检通道离开，携带随身物品的旅客则需要前往行李整理点整理行李，如果行李在通过X光机之后发生了报警情况，则需要进行进一步的开包检查。在行李整理无误之后，携带行李的旅客就可以通过安检通道离开。需要开包检查的旅客在检查无误后也可以正常离开。

4 仿真结果分析

将建立好的模型进行仿真，在仿真的过程中建立时间折线图收集关键节点处的排队队长，包括身份验证环节、金属门环节、行李放入托盘环节、整理物品环节、开包检查环节等。同时将人流密度图与该模型进行关联，通过人流密度图可以较为直观地看到模型中人流的分布情况，能够看到各个区域的人流密度。在对该模型进行仿真后得到1 h内通过安检的人数为138人，平均每个人通过安检流程的时间为785.864 s，约13 min。具体仿真结果如图4所示。

图4 关键环节排队队长

图4为机场安检仿真模型运行过程中随时间变化的排队队长折线图，可以较为清楚地显示出安检流程中一些环节的旅客排队队长。从图4可以看出，在机场安检流程中许多环节都存在旅客排队现象，但是不同环节排队队长差异较为明显。在统计的5处关键环节中，旅客在进入安检通道身份验证环节排队人数和旅客在安检结束后整理物品的队长相对最长，排队的人数都达到了20人左右。排队人数第3的是旅客把行李放入X光机这一环节，该环节的排队人数在5人左右。排队人数第4的是金属门前的排队队长，在金属门前排队人数为2人左右。排队人数最少的是开包检查环节，该环节排队人数几乎为0。由此可见在整个安检流程中，主要造成旅客拥堵、增加旅客在安检通道中通行时间的环节是进入安检通道前的身份验证环节和旅客在安检通道中整理物品环节。

在排队队长的基础上，结合人流密度图(图5)，根据颜色越深人流密度越大的条件，明显看出在旅客进入通道前的身份验证环节，安检通道中的整理物品环节颜色较深，人流密度较大，人群较为拥挤，这与这两处的排队队长情况相符合。这也进一步证实了该安检通道中的瓶颈点是在身份验证环节以及整理行李环节。

图5 安检通道人流密度图

5 优化改进

对安检流程仿真结果中发现的瓶颈点，分析其原因发现，对于身份验证环节，一方面由于每小时到达旅客人数较多，而身份验证的服务点数量只有一个，另一方面，该机场内的身份验证仍采用人工验证的方式，人工验证的平均时间较长，这大大缩减了旅客的通行效率。

对于旅客整理物品环节，当旅客完成人身安全检查去整理行李时，由于短时间内完成检查的旅客人数较多，但旅客整理物品的服务点数量只有1个，这会造成旅客在短时间内大量聚集在整理行李处，从而造成较大的拥挤。

结合瓶颈点存在的位置以及其背后的原因，提出以下改进方案：

1)无论是身份验证环节还是旅客整理物品环节，都存在旅客人数较多而旅客服务点数量较少的问题。因此在该安检通道模型中可以增加安检通道的数量，将单通道安检改变成多通道安检，让旅客可以自由选择通道，达到分散人流的目的，从而减少旅客的等待时间。

2)通过查阅相关资料发现，人工核验身份的时间平均约为12.55 s，而采用自助化设备核验身份的平均时间只有5 s。考虑到人工核验身份的耗时性，可以将安检通道前的人工核验改为自助化设施核验，从而减少排队队长，减少旅客等待时间。对于整理行李处旅客较多的情况，可以在X光机后的桌子上增加一个旅客整理的服务点，让更多的旅客可以同时整理行李，以达到减少等待的目的。

5.1 双通道优化实验

在该方案下，在原有安检环境的基础上，将单通道安检形式更改为双通道形式。改进后的模型如图6所示。

在旅客安检双通道模型的基础上对旅客的安检流程模型进行更改，如图7所示。在该模型中将原有的单个身份验证点改为了双身份验证点，旅客可以选择不同的身份验证点进行身份验证，同时在身份验证完成之后，旅客可以自由选择安检通道进行安检。

在对安检模型改进完成之后，对该模型进行仿真实验。双通道仿真实验结果中，通过双通道的旅客人数之和为192人，平均每个人通过双通道的时间约为420.156 s，约7 min。具体仿真结果如图8所示。

图6 机场双通道安检环境模型

图7 双通道安检流程模型

图8 双通道关键环节排队队长

从改进后的排队队长图中可以看到，在双通道模型中，相较于单通道中出现的瓶颈点处旅客拥挤情况已经大为好转，在双通道模型中两个通道身份验证的平均队长一个在8人左右，另一个在5人左右。在另一个整理随身物品瓶颈点，从折线图上可以看出，双通道的两个通道平均队长均为1人左右。

结合人流密度图(图9)分析发现，在单通道中存在的颜色较深的瓶颈点在双通道模型中颜色都已经明显变浅，在原有单通道中存在的瓶颈点，在双通道中已经不再成为制约旅客行进速度的因素。这说明改变安检通道个数，将单通道变为双通道可以提高旅客安检效率，减少旅客在安检通道中的通行时间。

图9 双通道人流密度图

为了更加直观地反映单双通道对旅客的影响，现将单双通道中关键环节，包括身份验证排队对长、金属门前排队对长、旅客放置行李到托盘排队对长、旅客整理行李排队队长、开包检查排队队长数据以及平均每个旅客通过整个安检通道的时间，以及1 h内安检通道内通过的人数进行对比分析，结果见表3。

表3 实验结果对比

从表3中可以看出，将单通道扩展成双通道之后安检通道单位小时通过的人数增加了54人。单通道平均排队队长达到约20人的身份验证环节和旅客整理行李环节，在更改为双通道之后排队对长显著降低，身份验证队长直接从约20人下降到约6人，旅客整理行李的排队对长更是下降到0.7人。对于旅客平均通行时间来说，从13 min降低至7 min，旅客通行效率大幅度提高。

实验结果说明，将单通道改进成双通道可以有效解决单通道中出现的旅客数量与旅客服务点数量不匹配的问题，可以有效解决单通道中出现的旅客瓶颈点问题，使旅客的分布更加均匀。将单通道扩展成双通道可以减少旅客在安检通道中花费的通行时间，可以增加单位小时内通过安检通道的旅客人数。

5.2 自助化身份验证优化实验

在身份验证处旅客排队较长的一部分原因是采用人工验证身份的方式。人工验证身份在检查员进行人工对比旅客信息时会花费大量的时间。如果将人工验证旅客身份改进成自助化设备验证，这可以在相同的时间内验证更多的旅客，从而减少旅客的排队队长。在进行自助化设备实验改进时，只需将人工验证身份处的检查员更换成相应的自助验证设备，并调整好相应的参数。

将单通道模型中的人工核验身份处改进成自助设备核验身份后，同时在旅客整理行李处增加一个服务点。在改进模型之后进行仿真，在此次自助化设备改进的仿真实验中，单位小时内通过安检通道的人数为178人，平均每个通过安检通道的旅客花费的时间约为11 min。

从图10可以看出，将人工核验身份更改为自助化设施核验身份之后，身份验证的排队队长减少到了10人左右。在旅客整理随身物品处增加一个服务点后，旅客整理随身物品排队队长减少到4人左右。

图10 自助验证身份实验关键环节队长

结合本次实验的人流密度图(图11)可以看出，自助化身份验证处的颜色相对人工核验已经明显减少，整理行李处的人流密度已经呈现出不拥挤的状态。

将人工核验身份通道与自助化核验通道数据进行对比分析。具体数据见表4。

从表4中可以看出，将人工核验身份更改为自助化核验身份，同时在旅客整理行李处增加一个服务点之后，单位小时内通过安检通道的人数增加了40人，身份验证的排队队长减少到了10人左右，整理行李的排队队长减少到了4人左右。将人工核验更改为自助化核验可以减少旅客在身份验证处的排队时间，提高通行效率。在整理行李处增加一个服务点，可以有效地改变旅客拥堵的现状。

图11 自助化设施人流密度图

表4 实验结果对比

6 实例验证

为了进一步研究仿真模型对机场实际运行的效果，在对机场安检通道参数、安检流程参数、安检行人行为参数进行调查之后还需对该国内机场客流参数进行调查。此安检通道是该国内机场安检设施的组成部分，针对机场该单通道区域的客流情况，在工作日、周末的繁忙时段分别进行统计，统计结果见表5。

表5 客流统计结果

在客流统计结果的基础上，以客流统计结果的平均值分别验证单通道人工验票模型、单通道自助验票模型、双通道人工验票模型的实际运行效果。针对该单通道的实际客流平均值进行仿真之后，输出其关键节点位置的排队人数、单位小时内的通行人数以及行人通过安检流程的平均时间。实际运行结果见表6。

根据实例客流的仿真结果显示，单通道人工验票作为机场正在使用的安检流程模式，其在单位小时内通过的总人数最少，关键节点的排队队长最长，旅客在安检通道内通行的时间最长。作为优化后的模型，单通道自助验票模型相较于人工验票模型而言，其安检效率具有一定程度的提高，体现较为明显的是单位小时内的通过人数增加了11人，身份验证队列少了3人，整理行李处少了3人。相较于单通道自助验票模型的略有提升而言，双通道人工验票相比机场正在使用的单通道人工验票模型提升非常明显，其中双通道每小时通过人数增加了29人，身份验证处的排队队长减少了9人，整理行李处排队队长减少了8人，旅客在安检通道内的平均通行时间减少了4 min。所以相较于该国内机场正在使用的单通道人工检票模式，单通道自助验票模式和双通道人工验票模式都对安检效率的提升有作用，其中双通道模式对安检效率的提升最大，这与实验仿真模型结果一致。

表6 实例客流仿真结果

7 结语

以机场安检通道为研究对象，通过对机场安检通道的实地调查与数据收集，运用Anylogic软件以某一国内机场安检通道模型为例进行了仿真。通过仿真找到了该机场现有安检系统中存在的瓶颈点，并提出了将单通道更改为双通道、将人工核验更改为自助设备核验、增加服务点数量的改进措施。运用仿真软件将优化后的模型与优化前对比，借助排队队长、人流密度图、单位时间内通过的旅客人数、平均旅客通行时间等数据图表进行对比评价，并以该机场的实际客流为基础验证了模型的实际效果。优化后的模型减少了安检通道关键环节中的排队对长，减少了旅客在安检通道内的通行时间，增加了单位小时内通过安检流程的旅客人数，大大提高了安检通道的通行效率。