机场安检站优化乘客吞吐量研究

冯小博，朱梦超，田 丽

（河南师范大学，河南 新乡 453007）

机场安检站优化乘客吞吐量研究

冯小博，朱梦超，田 丽

（河南师范大学，河南 新乡 453007）

在开箱检查、乘客提取行李以及人身检查环节时花费时间较长，容易形成工作瓶颈。文章选用了排队论的方式，通过安全检查点探索乘客流可以识别瓶颈，利用安检通道的设置对安检时的客流量进行预测和分析，然后建立基于Petri的安检流程模型；根据安检服务流程特性，选择广义随机Petri对安检流程进行建模；运用广义随机Petri与马尔科夫链的相关知识给出安检流程的性能评价，识别瓶颈。

排队论；Petri；瓶颈

1 问题分析

本文围绕通过安检口的客流量并确定瓶颈建立模型进行探讨，指出当前安检流程中存在的问题，指出安检中的各个环节对安检口是否畅通的影响程度是不同的。对于一个多服务台的安检问题，往往需要考虑多个影响因素来决定对该目标的影响程度。采用排队论的方式，对安检时的客流量进行预测和分析，然后建立基于Petri的安检流程模型，根据安检服务流程的特性[1]，运用广义随机Petri与马尔科夫链的相关知识给出安检流程的性能评价，识别瓶颈。一般情况下各个因素对其的影响程度可以用不同的托肯数来表达，从而确定瓶颈。

2 排队论

排队论理论可对安检时的客流量进行预测和分析，从而体现瓶颈所在。安检系统表示为M/M/S/∞/∞/FCFS模型[2]，即乘客来源和系统容量是无限的，乘客进入系统的时间间隔和安检通道的服务时间均服从负指数分布，设置S个安检通道，遵循先来先服务的规则。

根据已知数据，统计已知的乘客通过安检通道的服务时间表，计算出平均的服务时间和平均服务率。

每3条常规车道通常有一个预检车道打开，当预检乘客人数较少时，或者普通乘客较少时，令S=1，对于某安检通道，采用M/M/1模型来进行分析。

平均队长：

由此可知：开通不同的安检通道，可以估算出乘客人数以及排队人数，同样可以通过安全检查点来探索乘客流。

3 基于Pet ri的安检流程模型

在安检过程中，资源数量一定是有限的，不可能无限地去安置安检通道和人员[3]，这样成本太高，资源数量受到限制以及乘客较多的情况下就会出现乘客等待的情况。在安检过程中，如果安检通道过少，乘客到达的数量过多，检查过程中有很多环节需要一步步进行，直到前一位乘客接受服务完毕，安检通道中的资源才可以变为可使用状态，然后对在等待中的下一位乘客进行安全检查。

根据安检流程的各个步骤以及问题要求，构建一个基于Petri的安检流程模型[4]。SPN模型变迁分 为瞬时变迁以及时间变迁，他们两者的区别在于瞬时变迁不需要延迟时间，而时间变迁给定一个延迟时间，从而得出广义随机Petri（GSPN）模型。本文提出的安检流程模型为时间变迁，需要给定一个延迟时间，时间变迁的集合Tt={t1，t678，t23，t45，t9}，然后本文给每个时间变迁给定一个引发速率集合λ={λ1，λ678，λ23，λ45，λ9}，从而变迁转化为适用于安检流程的广义随机Petri（GSPN）模型。在i和O之间添加一个延迟时间t′，t′对应引发速率是λ′，从而得到具有连续过程的广义随机安检流程模型。

构造与安检流程GSPN模型同构的马尔科夫链（MC），并且建立转移速率密度矩阵。

实存状态：M0，M1，M2，M3，M4，M5，M6，M7，M8，M9。

消失状态：无。

因为没有消失状态，而且之前已经对非必要的状态进行了化简，因此无需再进行化简，由此建立的与安检流程GSPN模型同构的马尔科夫链（Markov Chain，MC），如图1所示。

图1 安检流程GSPN模型同构的马尔科夫链

由稳定状态下的概率分布可以确定安检过程中各个库所的平均托肯数以及各个变迁的利用率，如表1所示。

4 结果分析

通过本文所建立的模型，可以计算出库所P5和P9中的平均托肯数比较多，所以在这两个库所的地方容易形成瓶颈，是由于开箱检查以及乘客提取行李花费的时间较长，人身检查环节也较慢。更深层次的原因是负责探测器检查的工作人员数量不足，输出库所O中存在的托肯数目也很大，易形成瓶颈，这是由于安检的总服务流程耗时过久造成的。

表1 各个库所的平均托肯数以及各个变迁的利用率

[1]蒋欣欣，周航，蔡冰青.航站楼安检布局及流程优化研究[J].航空计算技术，2015（3）：25-29，34.

[2]冯云，黄继聪，丁寅.近似排队论在机场出境候检大厅的应用[J].北方经贸，2011（7）：162-163.

[3]朱得旭.境外机场安全检查略览[J].中国保安，2007（12）：60-62.

[4]张亚平，贾国洋，程绍武.基于Petri的航站楼安检流程建模及性能分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2015（4）：688-691，697.

Research on optimizing passenger handling capacity at airport security station

Feng Xiaobo, Zhu Mengchao, Tian Li
（Henan Normal University, Xinxiang 453007, China）

It takes a long time in the link of checking out of the box, passengers’ picking up their luggage and personal check, which is easy to form a bottleneck.This paper uses the queuing theory, identi fi es the bottleneck of passenger fl ow through the security checkpoint to forecast and analyze passengers’ fl ow based on the security channel settings, then establish the security process model based on Petri, according to the characteristics of security service process, generalized stochastic Petri is chosen to establish the model and to give the performance evaluation of security process combining with related knowledge of Markov chain and identify the bottleneck.

queuing theory; Petri; bottleneck

河南师范大学2015年度国家级大学生创新创业训练计划项目；项目编号：201510476058。

冯小博（1995—），女，河南林州，本科。