热文回顾 | 基于Demo 3D的机场行李处理系统仿真与优化

文｜王若敏1 李霖1 杨慧荣2 沈伟2 何迅2 阚细武2 任科冀1 李俊1 陈洋1 周颖1

 (作者单位：1为成都天府国际机场建设指挥部；2为民航成都物流技术有限公司）

摘 要：针对机场行李处理系统规划设计以及资源分配，研究大型行李处理系统的仿真方法，1:1建立机场行李处理系统的仿真模型，并按照机场实际运行逻辑对行李处理系统进行全天候仿真模拟，提前了解系统建成后的运行情况，通过记录分析系统关键点流量、排队情况、行李处理时间等运行参数，找出系统瓶颈，提出优化方案，并对优化成果加以验证，得出较为合理的设计成果。对比优化前后方案发现，优化后的值机方案可明显缩短B1航空公司托运行李旅客的排队时间，可为机场实际运行提供先导参考。

关键词：行李处理系统、仿真、优化

一、引言

近年来，随着我国经济水平的不断提高，航空运输作为现代交通体系中较为快捷的运输方式，得到了快速发展。2019年，我国的机场旅客年吞吐量达12.6亿人次，北京首都国际机场的年旅客吞吐量更是突破1亿人次，旅客吞吐量达1000万人次的运输机场达37个[1]。随着机场建设规模越来越大，行李处理系统作为机场建设最复杂的系统，在其设计规模、处理流程、技术难度、集成水平、系统功能等方面也越来越复杂，如何规避在规划设计阶段有可能存在的设计风险、资源配置不合理以及系统的处理瓶颈，是规划设计人员以及机场建设方所关心的问题。近年来，仿真技术逐渐得到广泛的应用，如何让仿真更加接近于真实运行环境，提高仿真成果的可信度，避免因仿真成果的不准确而导致的决策失误或建设成本增加，成为目前我们需要思考的问题。行李处理系统的仿真研究，重点是解决行李处理的时间与数量分布关系，真实模拟行李处理的运行流程，采集并分析仿真过程中的运行数据，找出存在的问题并加以解决和验证，从而提升行李处理系统的设计准确性，提高机场的运行效率，降低机场建设风险和运营成本，对我国民航事业的发展有着重要的意义[2]。

二、仿真输入建模

1. 离港航班及旅客分析

机场建设在规划阶段就会根据机场类型、飞行区等级、适航天数等因素对未来机场的年旅客吞吐量进行预估，并根据吞吐量情况预设未来的航班时刻表，进行机场运行分析[3] 。本文以A市某机场规划的预设航班时刻表进行离港航班行李分布情况进行分析[4]，该航班分布是机场建设运营单位委托权威机构基于当地现阶段航班情况进行预测，能满足机场未来旅客吞吐量要求，还能符合高峰小时吞吐量、高峰小时航班架次、机型比等设计要求，航班分布如图1所示。

图1中，A市某机场一天离港航班总数为380架次，高峰时间为早上6:00至8:00，8:00以后处于均衡阶段，每小时离港20架次左右，到19:00以后航班数开始逐渐下降，23:00基本结束。

旅客通常会相对乘坐航班的计划起飞时间提前到达机场，所以计划起飞时间接近的航班旅客会在相近的时间内到达机场，但各航班的旅客到达时间又是相互独立。任意时刻的旅客到达总数是各航班该时刻到达人数的总和。某一时刻，某一值机排队系统的旅客到达率是该系统同时办理各航班旅客到达率之和，即

值机系统有个值机柜台，基于机场的蛇形排队原理，各航空公司旅客到达值机柜台办票的概率相等，定义为，总办票率为；定义利用率为排队总人数与总办票率之比。将各航班起飞前划分成若干阶段，将各时段旅客到达率定义为常数，那么对任意时段各航班旅客总的到达率也看做常数，根据排队理论[5] ，系统中有个旅客的概率为：

旅客平均排队队长：

式中，

，根据Little定理[6]，旅客平均排队时间为：

对于正常值机柜台，尽管利用率小于1时值机排队系统的输出率等于它的输入率，但是滞后一段时间，平均滞后时间为旅客在排队系统的逗留时间，即等于：

基于以上理论，以及IATA相关分析，得出如图2所示的不同时段出发的国内航班值机旅客累计到达分布情况[7]。

图2中，距航班计划起飞时间4小时已有旅客到达航站楼值机，距起飞30分钟时，旅客全部到齐，距航班计划起飞时间150分钟之前到达的行李定义为早到行李。

2. 离港航班旅客行李分析

基于A市某机场离港航班情况、国内航班值机旅客量累计到达分布情况，综合考虑各航班机型、满载率等因素，定义需托运行李的旅客与旅客总数比为0.5[8]。以B1航空公司为例，可得如图3所示的旅客行李分布情况。

依次类推，得出A市某机场旅客行李总数量，如表1所示。

表1中，A市某机场行李总数28589件，早到行李2281件，早到比例为：7.98%。其中，B1、B2、B3为航班量较多的航空公司，B4为机场地服代管的航空公司联合组成。酒店托运行李和后场直接中转行李，可不区分航空公司，分别在酒店内和后场直接办理行李托运。

三、仿真流程建模

在Demo 3D软件中，1:1建立行李处理系统的三维模型，包括：设备空间尺寸、空间位置、运行速度、处理逻辑等与真实处理流程一致，如图4所示。本系统采用集中安检、集中开包的安检模式，行李分拣预先经过由ICS输送机组成的预分拣环路，最终将行李分拣至分拣转盘后人工装车。

模型在运行过程当中，需要办理值机托运的行李按照仿真输入数据模型分批到达对应值机柜台，排队等待办理托运手续后，进入行李系统按照既定流程进行处理，从而模拟行李处理系统全天运行情况并记录运行数据。

通过仿真结果分析，系统中收集输送机、各处分合流点、行李装载点、开包间、分拣设备等关键环节行李流量均小于设计流量，系统内部分合流点未出现大量拥堵情况，行李进入系统后处理时间满足机场运行要求，说明系统能满足未来吞吐量对行李处理系统的要求。

同时，也发现部分航司值机柜台存在大量行李排队情况，如图5所示，在值机排队等待环节，B1普通值机柜台旅客行李在高峰期最大排队行李数量达34件，最长排队等待时间32.1分钟，明显高于其他值机柜台，超出预期水平。

四、值机方案优化

B1航空公司普通柜台高峰时期行李排队数量较大，且排队时间较长，不符合人文机场建设要求。仿真执行中也发现，B1航空公司与B2航空公司值机柜台位置相邻， B2航空公司柜台却未出现大量行李排队情况，说明值机柜台资源配置存在不合理的情况，无疑造成资源的浪费。

现阶段，中国民航局发布的《仿真模拟技术在民用机场规划设计领域应用研究》明确提及，仿真模拟技术可实现机场建设方案的科学评估与精细化比选。所以，本文提出将B1航空公司早高峰时期的部分航班移至B2航空公司的值机柜台值机，再次基于Demo 3D对系统进行全流程全天候仿真模拟实验，可得出B1航空公司的旅客行李排队情况如图6所示。

图6中，得到优化后B1航空公司旅客行李最大排队数量为19件，相比优化前减少了44.1%，优化后最长等待时间为18.5分钟，相比优化前减少了42.4%，优化后排队时间过长问题得到改善；而此方案下B2航空公司旅客行李最大排队数量为9件，最长等待时间为7.9分钟，最大排队数量较优化前只增加了2件，不会明显影响B2航空公司旅客的值机体验，说明此优化方案具有可实施性。

五、结论

仿真过程及仿真成果的真实可信度取决于仿真的输入数据是否更贴近实际效果，通过模拟离港航班计划和旅客行李到达的时间分布，为行李处理系统的仿真验证提供数据支撑。

基于机场全天旅客行李分布情况，利用Demo 3D仿真软件模拟机场行李处理系统的真实运行情况，能够对未来机场的运行情况进行预判，从而验证行李处理系统是否达到设计要求，是否存在系统瓶颈，仿真软件已成为机场建设和工程设计人员的有力工具。

仿真工具的应用能够对大数量、离散性较强的数据进行分析模拟，通过仿真分析能够得到系统运行状况的近似解或满意解，对机场行李系统的设计及应用管理具有较强的参考意义。

参考文献：

[1] 中国民用航空局机场司.世界交通运输大会民航安全与发展论[R].2019.

[2] 扬扬. 人工值机柜台动态分配策略研究[D].天津.中国民航大学,2017:1-6.

[3] 朱峰,保继刚. 旅游机场吞吐量影响因素初探[J].人文地理,2010,113 (3):1-6.

[4] 候亚伟. 国内大型机场航班时刻仿真与优化.广汉.中国民用航空飞行学院[R].2018:36-42.

[5] 朱金福. 航空运输规划[M].陕西.西北工业大学出版社.2009:77-89.

[6] 廖丽思,徐展琦,盛敏. 排队论浅析及其应用一二[J].商场现代化.流通经济,2004,12(10),1-2.

[7] 包邻淋. 航站楼安检系统研究与优化[D].天津.中国民航大学,2017,20-29.

[8] 丁毅萍. 机场规划与运行分析[D].南京.南京航空航天大学,2009,1-4.

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