基于排队论的航空枢纽陆侧旅客服务资源建模与仿真

发布时间：2019-05-15 21:14

【摘要】：我国是当今世界民航基础设施建设发展最快的国家,但仍然无法满足经济快速发展对民航运输服务水平的要求。目前,我国对于航空枢纽建设与规划的研究主要集中在建筑设计角度和交通规划角度,基于运筹学角度及资源规划角度进行研究的论文还比较少。因此,本文从运筹学的角度对航空枢纽陆侧旅客服务资源的规划进行研究,具有一定的理论和实践意义。航空枢纽涵盖多种交通方式,通过在主要功能上和一定空间上有机衔接、组合,统筹协调多种运输方式,使交通运输资源在时间和空间上得到合理均匀分配和有效利用。值机大厅、出发车道边和到达车道边是航空枢纽陆侧的三个重要节点,其服务效率和集约化利用水平是衡量整个枢纽运行质量的重要指标。目前,我国的机场建设与管理中还存在两大主要的弊端:一是其管理方式主要依靠基于实践经验的“定性”管理,二是单纯依靠硬件的扩充来满足不断增长的陆侧旅客服务需求。沿用传统管理方式解决航空枢纽陆侧旅客服务需求增长的问题,不仅成本昂贵,而且资源利用效率相对较低。本文基于排队论理论,分别建立值机大厅旅客排队模型、出发、到达车道边的车辆排队模型,并基于模型进行了仿真实验,为航空枢纽陆侧关键节点的服务能力规划提供定量的决策支持信息。第一,论文指出了经典排队论理论在3服务台并联M/M/1排队系统与M/M/3排队系统对比研究中可能存在的缺陷:经典排队论将到达率为的3服务台并联M/M/1排队系统简化为3个到达率为的独立M/M/1排队系统求解,简化后系统的顾客到达却近似服从爱尔朗分布,爱尔朗分布不具备马尔可夫性,不符合Little公式的适用条件。经典排队论基于解析法求解,很难体现随机性因素对系统性能的影响,本文通过AnyLogic仿真模型和GPSS/Java仿真模型得到以下三点结论:(1)两种排队方式下,服务台利用效率几乎相同,顾客平均等待时间相差不到1%,这与经典排队论的结论相悖。(2)采用M/M/c型(“单队列”)排队方式,可以有效减少“长时间等待”顾客的数量,同时也减少了相应数量的“零等待”顾客,因此,可以使顾客排队等待时间更加均匀。(3)在旅客到达低峰期,M/M/c系统当前队长显著小于并联M/M/1系统c个队长之和,在旅客到达高峰期,M/M/c系统当前队长显著大于并联M/M/1系统c个队长之和。与M/M/c排队系统相比,c个服务台并联的M/M/1排队系统可以将指数分布的到达流演变为c个近似爱尔朗分布的到达流,可以有效降低短时大客流对于服务系统的冲击。“M/M/c排队方式可以有效提高服务台利用效率和减少顾客平均等待时间”是排队论理论的经典结论,是管理人员选择排队方式的理论依据,本文的研究从实证分析的角度颠覆了该结论,使管理人员可以从指导思想上改变对M/M/c排队方式的倾向性选择,同时,本文也提供了两种排队方式在服务台利用效率、平均队长、最大队长、平均等待时间等指标上的对比数据,从而可以使管理人员更加清晰地认识到不同排队方式的优点和缺点。基于研究结论,建议北京新机场值机排队采用M/M/1和M/M/c相结合的排队方式。第二,论文对航空枢纽出发层车道边的通行能力进行了研究。首先对停车道与行车道的不同组合模式进行了研究。将出发车道边上的车辆分为试图停靠的车辆、正在停靠的车辆和试图驶离的车辆三种类型,并通过AnyLogic仿真模型进行了分析,无论是单行车道、单停车道的组合模式还是双行车道、单停车道的组合模式,试图停靠和试图驶离的车辆均占车辆总数的80%左右,因此得出结论:行车道资源是影响车道边通行能力的决定性因素;单行车道单停车道及双行车道双停车道两种组合模式的经济性均低于双行车道单停车道组合模式。然后,通过Vissim仿真模型,证明了在相同的服务水平下,双行车道单停车道组合模式的通行能力是单行车道单停车道组合模式的2倍左右。最后,基于交通流理论,根据《道路通行能力手册》中有关交织区通行能力的计算方法,对双行车道双停车道组合模式的通行能力进行了计算,其理论通行能力为1800pcu/h。北京新机场采用双出发层设计方案,四层出发层与三层出发层共设置5组双行车道单停车道的车道边组合,可以满足北京新机场未来1.2亿人次吞吐量的需求。第三,论文基于GPSS/Java仿真软件,对枢纽离港出租车上客系统的通行能力进行了研究。首先对单车道出租车上客系统的建模逻辑进行了详细分析,通过GPSS/Java语言,实现了车辆放行控制员的业务逻辑,将泊位定义为单服务台实体,实现了车辆驶入驶出泊位的业务逻辑,通过基于蒙特卡罗的分析方法,实现了乘客上车时间随机分布曲线的生成算法,然后对单车道出租车上客系统进行了多轮仿真实验,得到了不同泊位数量下,通行能力的变化情况。证明了单车道出租车系统通行能力的主要影响因素是车辆在驶入和驶出过程中的相互耦合与干扰。然后对三车道(矩阵式)出租车上客系统建立了仿真建模,并基于模型进行了一系列的仿真实验,并将其与单车道上客系统的通行能力进行了对比分析,得到了二者通行能力的对比数据。最后,对斜列式出租车上客系统进行了建模分析,并建立了首都机场T3航站楼离港出租车系统(该系统共有32个泊位)的仿真模型,通过基于模型的实验,得到其通行能力为983.3辆/小时。然后建立了规划中的北京新机场离港出租车系统(该系统共有60个泊位)的仿真模型,得到其通行能力为1141.65辆/小时。由此得出结论,单纯增加泊位数量,并不能有效提高离港出租车上客系统的通行能力;同时,随着泊位数量的增长,现场管理的难度也会逐渐增大;本文通过建模分析,将其泊位数量减少为40个,通行能力为1001辆/小时,在能够满足其通行能力的情况下,也降低了现场管理的难度,是较为合理的方案。从研究内容上看,航空枢纽陆侧旅客服务系统是一个典型的动态、离散、随机系统,很难用解析法求解,系统仿真法具有面向具体问题的特点,过于面向问题会影响论文学术价值的提升;本文关于排队方式的研究在理论上突破了排队论关于“单队列”与“多队列”两种排队方式对比的经典结论,可以在指导思想上,使管理人员更加清晰地认识到两种排队系统各自的优点和缺点;对出发车道边以及离港出租车上客系统的研究,虽然具有面向问题的特点,但是运用仿真技术对航空枢纽陆侧设计方案的合理性、设施能力、能否达到预期水平等进行定量的数值分析,可以为航空枢纽陆侧旅客服务设施的规划方案提供有效的实验手段;本文创建的仿真模型可以从更多角度为管理人员提供定量的决策支持信息。从研究方法上看,本文采用系统仿真的方法,对航空枢纽陆侧的值机大厅、出发车道边、离港出租车上客系统进行了建模与分析,并以北京新机场陆侧旅客服务资源的规划方案为研究案例,对机场陆侧旅客服务资源的规划进行全面系统的总结和归纳,以期对我国机场陆侧旅客服务资源的规划提供有益的借鉴。
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【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：F562

【参考文献】