机场登机口分配仿真及优化.pdf

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1、 南京航空航天大学硕士学位论文 I 摘 要 随着国内航空运输业迅猛发展，旅客在候机楼内行走的距离过长，这个问题是在大型枢纽 机场乘机都会面临的。大多数旅客、包括有些登机口分配人员将此问题解释为由于候机楼面积 过大，因此旅客不可避免较长的步行距离。然而通过深入研究可以发现，当前的登机口分配方 案仍有很大的优化空间。而这个优化空间对于当今大型枢纽机场而言，显得非常重要。旅客流、 飞机流、货物流相互交错并且相互影响和制约，所以对机场运行瓶颈进行诊断时，传统的工具 和方法往往事倍功半。 本文以 JL 机场为背景在 ServiceModel 仿真软件上建立一个仿真系统，对登机口分配现状 下航站楼旅客流程

2、进行模拟，分析评价设施使用效率和服务质量。针对登机口分配现状存在的 问题，提出了登机口优化分配的网络模型，然后分别从离港航班、进港航班和进离港航班这三 个方面， 给出了登机口优化分配的算法， 结合 JL 机场优化后的数据结果说明此优化方法在减少 旅客步行距离和提高现有登机口使用效率这两个方面的有显著的效果。最后利用 ServiceModel 仿真软件对优化后的登机口分配情况进行模拟，分析仿真结果对旅客服务质量影响，对现有服 务资源向机场管理部门提出建议性措施。 关键词关键词：航站楼，登机口分配，旅客流程仿真，ServiceModel，网络模型 机场登机口分配仿真及优化 II ABSTRACT

3、With the rapid development of the domestic air transport industry, many airports have appeared Terminal resource constraints. Terminal area continues to expand, the gate seats also will be increased. This development to meet the rapid growth of the travelers, also led to the increase in walking dist

4、ance to the waiting area after passenger security screening, walk inside the terminal time is lengthened. On the other hand, the internal structure of the airport complex. The passenger flow, the aircraft flow, the flow of goods is intertwined and mutually influence and restrict the diagnosis on the

5、 airport run bottleneck, traditional tools and methods are often less effective. Based on the background of the International Airport in the ServiceModel simulation software to build a simulation system, under the condition of allocation of the gate terminal of passenger flow simulation, analysis an

6、d evaluation of the efficiency and quality of service facilities. Asked the gate for the problems of the status optimizing the gate assignment, optimize the allocation of the network model, and then from departures, incoming flights and the departures of these three aspects, given the boarding gate

7、algorithm to optimize the allocation of optimization method to reduce the visitors walking distance and improve the efficiency of the use of existing boarding gate these two aspects have a significant effect on the combination of the Jiangzhou international Airport optimized data results. Finally, t

8、he ServiceModel simulation software distribution optimized boarding gate simulation and analysis of simulation results on the quality of passenger service, the existing service resources to the airport management department recommended measures. Key word: Terminal, the gate assignment, Passenger Flo

9、w Simulation, ServiceModel, Network Model 南京航空航天大学硕士学位论文 III 目 录 第一章 绪论 1 1.1 选题背景 . 1 1.2 研究意义 . 1 1.3 国内外研究现状. 2 1.3.1 典型研究成果 . 2 1.3.2 国外研究现状 . 3 1.3.3 国内研究现状 . 5 1.4 研究内容和方法 6 1.5 论文结构 . 7 第二章 航站楼旅客流程建模与仿真 . 9 2.1 系统仿真技术 9 2.1.1 系统仿真技术概述 . 9 2.1.2 离散事件建模与仿真 . 10 2.2 计算机仿真技术与 ServiceModel 仿真软件 .

10、12 2.2.1 计算机仿真技术概述 . 12 2.2.2 ServiceModel 仿真软件 13 2.3 航站楼旅客流程仿真计算机系统 15 2.3.1 基本工作单元 . 15 2.3.2 旅客流程描述 . 15 2.3.3 确立仿真目标 . 15 2.3.4 仿真模型假设 . 16 2.3.5 数据收集. 16 2.3.6 仿真系统设计 . 18 2.3.7 仿真系统定义 . 18 2.3.8 仿真系统校验 . 20 2.4 航站楼旅客流程仿真及分析 21 2.5 仿真结果分析 23 2.6 本章小结 . 24 第三章 机场登机口分配优化算法 . 25 机场登机口分配仿真及优化 IV 3

11、.1 登机口分配优化模型 25 3.1.1 优化原则 . 25 3.1.2 登机口分配优化的网络模型 . 25 3.1.3 登机口分配优化算法 . 26 3.2 登机口分配优化的步骤 27 3.2.1 约束条件 . 27 3.2.2 优化步骤 . 28 3.3 本章小结 31 第四章 机场登机口分配优化及仿真分析 . 32 4.1 登机口分配优化实例分析 32 4.1.1 进离港航班优化 . 32 4.1.2 进港航班优化 . 36 4.1.3 进离港航班优化 . 39 4.2 登机口分配优化后仿真 43 4.3 登机口分配优化后仿真结果分析 45 4.4 登机口分配优化前后效果比较 46 4

12、.5 结果评述 48 4.6 本章小结 48 第五章 总结与展望 . 49 5.1 本文总结 49 5.2 本文主要创新点 49 5.3 不足与展望 50 致 谢 51 参考文献. 52 在校期间的研究成果及发表的学术论文 . 55 附录一 航班数据 . 56 离港航班数据 . 56 进港航班数据 . 58 进离港航班数据 . 60 南京航空航天大学硕士学位论文 V 图表清单 图 1.1 技术路线图 7 图 2.1 离散事件仿真流程图. 12 图 2.2 T1 二楼离港层 17 图 2.3 T1 一楼进港层 17 图 2.4 仿真日累计旅客吞吐量仿真曲线 . 20 图 2.5 各登机口的候机区

13、旅客人数分布 . 23 图 3.1 登机口分配网络图. 26 图 3.2 节点人数号 26 图 3.3 加入 s 节点（虚始节点）和 t 节点（虚终节点）的网络图 27 图 4.1 优化后各登机口的候机区旅客人数分布 . 45 图 4.2 各登机口优化前后旅客人数及航班数对比 . 46 图 4.3 各登机口优化前后高峰时刻可供座位数情况对比 . 47 表 1.1 论文结构表 7 表 2.1 候机区座位数量. 17 表 2.2 登机口到安检区距离. 18 表 2.3 值机柜台统计表. 18 表 2.4 仿真系统所需仿真日主要参数表 . 18 表 2.5 Location 参数设置 19 表 2.

14、6 Entities 参数设置 19 表 2.7 Path Networks 参数设置 . 19 表 2.8 托运行李数量比例. 20 表 2.9 仿真校验输出与实际对比数据 . 20 表 2.9 登机口分配仿真评估结果 . 23 表 2.11 中国民航局民用机场部分空间标准 . 24 表 3.1 某日部分航班信息. 25 表 3.2 不同座级飞机的最小过站时间 . 27 表 3.3 各停机位可停放机型. 28 表 3.4 各类机型的可载人数. 29 表 3.5 离港航班的最小过站时间 . 29 机场登机口分配仿真及优化 VI 表 3.6 进港航班的最小过站时间 . 29 表 4.1 离港航班

15、的优化结果 . 33 表 4.2 离港航班优化前后对比 . 36 表 4.3 进港航班的优化结果 . 36 表 4.4 进港航班优化前后对比 . 39 表 4.5 进离港航班的优化结果 . 40 表 4.6 进离港航班优化前后对比 . 43 表 4.7 登机口分配优化后仿真评估结果 . 46 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 选题背景 改革开放以来，我国国民经济得到了快速、长期和稳步的增长，取得了举世瞩目的成绩， 也使得我国民用航空运输业一直处于高速的增长势头。机场作为民用航空运输中最重要基础设 施，是保证民航安全及正常运输的重要环节，也是国家综合交通基础设施的重要组成部

16、分。 2011 年，我国境内民用航空机场共有 180 个（不含港、澳、台地区），其中年内定期航班 通航机场 178 个，通航城市 175 个1。全国各机场旅客吞吐量共完成 62053.7 万人次，比 2010 年增长 10.0。其中，国内航线达到 57116.8 万人次，比 2010 年增长 9.9%（内地至港、澳、 台航线达到 2003.9 万人次，比 2010 年增长 13.6%） ；国际航线达到 4936.8 万人次，比 2010 年 增长 10.5%。2011 年我国运输机场货邮吞吐量达到 1157.8 万吨，比 2010 年增长 2.5%。国内航 线达到 750.2 万吨，比 201

17、0 年增长 3.9% （内地至港、澳、台航线达到 69.3 万吨，比 2010 年增 长 0.3%）；国际航线达到 407.6 万吨，比 2010 年增长 0.1%。2011 年我国运输机场飞机起降架 次达到598.0万架次，比2010年增长8.1%。运输架次达到515.4万架次，比2010年增长6.8%。 起降架次中：国内航线 552.8 万架次，比 2010 年增长 8.1（内地至港、澳、台航线达到 15.4 万架次，比 2010 年增长 13.5）；国际航线达到 45.1 万架次，比 2010 年增长 8.62 3。 中国民用航空发展十二个五年规划指出，要实施枢纽战略，满足综合交通一体化

18、需 求。要加强珠三角、长三角、京津冀等区域机场的功能互补，促进多机场体系的形成。未来 5 年计划新增机场 55 个以上，到 2015 年，全国运输机场总数将达到 230 个以上，覆盖全国 94% 的经济总量、83%的人口和 81%的县级行政单元。加速构筑“五大机场群”。“五大机场群”是以 北京首都机场为国际枢纽的北方机场群，以上海浦东机场为国际枢纽的华东机场群，以广州机 场为国际枢纽的中南机场群，以成都、重庆、昆明机场为区域枢纽的西南机场群，以西安、乌 鲁木齐机场为区域枢纽的西北机场群。建设以枢纽机场为核心，多种交通方式汇集的“零换 乘”，“一体化”的综合交通枢纽。吞吐量较大的枢纽机场建设机场

19、轨道交通，省会及部分经济 发达城市的机场建设机场快速通道4。 1.2 研究意义 近几年，国内航空运输业迅猛发展，许多机场相继出现了候机楼资源紧张问题。随着候机 楼面积不断扩大，登机口机位也随之增多。这种发展在满足旅客的快速增长的同时，也导致了 旅客安检之后步行到候机区的距离增加，在候机楼内步行时间被加长。 首先从旅客的角度来说，登机口分配是指为每个航班分配登机口，因为登机口与廊桥之间 机场登机口分配仿真及优化 2 的对应关系，那么从航班的角度来说，登机口分配并且为每个航班安排了所停靠的机坪。因 此，登机口分配的问题等同飞机停靠廊桥和机坪分配的问题。当旅客办理值机时，得到的登机 牌上已经标注了将

20、要搭乘航班的登机口号。通过安检后，旅客将在候机楼内步行到对应登机口 的候机区开始进行候机。旅客在候机楼内行走的距离过长，这个问题是在大型枢纽机场乘机都 会面临的。大多数旅客、包括有些登机口分配人员将此问题解释为由于候机楼面积过大，因此 旅客不可避免较长的步行距离5。然而通过深入研究可以发现，当前的登机口分配方案仍有很 大的优化空间。而这个优化空间对于当今大型枢纽机场而言，显得非常重要。 另一方面，机场的内部结构是错综复杂的。旅客流、飞机流、货物流相互交错并且相互影 响和制约，所以对机场运行瓶颈进行诊断时，传统的工具和方法往往事倍功半6。 为了将上述问题解决，从上个世纪七十年代开始，欧美等国家的

21、航空研究机构尝试把仿真 技术特别是离散仿真引入机场运行管理和设计方案论证。离散仿真技术应用到机场运行管理， 也就是构建机场局部某个子系统或整个机场系统的仿真模型，然后通过计算机对规划中的或已 有的管理策略和机场系统进行仿真实验，得出所需的统计和决策信息，便于对出现的问题和设 计的方案进行判断和分析7。 1.3 国内外研究现状 1.3.1 典型研究成果 SLAM SLAM 是 Simple Landside Aggregate Model 的简称，它用来分析陆侧容量和延误。每个设 施模块都基于一套简单的数学公式。它的目的不是给出每个具体设施全面的分析，而是以给出 设施每小时输出旅客流的形式粗略的

22、估计，并给出相关设施对延误产生的影响。模型中旅客在 处理设施的服务时间等信息是由输入的分布 （独立于时间分布和负荷量） 产生的随机数确定的， 而不是通过模拟具体的过程得到。旅客直接在服务设施间流动，行进路线和行程时间分别输 入。由航班时刻表、客座率生成旅客到达。每个设备独立运行。只有在仿真入口处的到达率是 预先设定的，在仿真设施的到达率是模型运行中产生的。 SLAM 的每个设备都对应一个网络模块。可以粗略估计相应服务设施的生产能力和服务等 级，以及该设施对抵港和离港的影响。但是，它不能模拟航站楼内的复杂流程以及相应的旅客 流，也不能处理系统中的随机问题8。 TAAM TAAM 全称为 Tota

23、l Airport and Airspace Model。它是一个比较详细的仿真模型，由国际航 协和普雷斯顿航空解决方案公司出品。它的陆侧模块包括了旅客流功能，同时提供各种设施的 模块。评价服务设施布局、运行政策、航班时刻表的改变对航站楼运行产生的影响。TAAM还 南京航空航天大学硕士学位论文 3 包括全空域仿真系统，将航班时刻、环境因素、管理规则、飞行计划作为模型的输入，可以模 拟多个机场以及航线的空域环境，分析空中交通管制的情况。也可以用来分析空域结构、滑行 道与跑道、飞行程序，给出各系统容量情况。同时，它还可以用来分析和评估规划设计中的机 场的安全性9。 1.3.2 国外研究现状 Hee

24、 King Jim 和 Zeph Yun Chang10（1998）基于 SLAM 仿真语言开发了一个通用的航站楼 仿真设计模型。该模型对离港和抵港流程分别建模，每个模型都包含国内和国际旅客。以新加 坡樟宜国际机场进行了模型验证。建模中做了五点假设： 1) 每类旅客和服务设施是普遍适用于各类机场的； 2) 旅客在处理设施的服务时间、行李传送时间、中转航班选择是由输入的分布产生的随 机数确定的，而不是通过模拟具体的过程得到； 3) 服务时间分布是独立于服务负荷量的。这些时间分布在不同设备间可以是不同的。旅 客直接在服务设施间流动，任意路径上的要输入数值来模拟不同的时间花费； 4) 由航班时刻表和

25、机型、客座率生成旅客到达； 5) 每个设施独立运行。只有在仿真入口处的到达率是预先设定的，在仿真设施的到达率 是模型运行中产生的。 Michel R.Gatersleben 和 Simon W. van der Weij11（1999）指出由于旅客行为的复杂性，它 很难使用简单的数学模型进行描述。文中应用 LOT(Logistieke Ontwikkeling Termianl)理论从两 个方面进行了研究：第一，航站楼资源分配（按航空公司、按航班）；第二，相关的旅客流和 服务设施。分析了静态建模和动态建模，并以荷兰史基浦国际机场进行了实例分析，仿真结果 被各方接受并采用。 Kiran.A.S.

26、, Cetinkaya.T.和 Og.S.12（2000）介绍了土耳其伊斯坦布尔阿塔图尔克机场新建 国际航站楼的仿真模型。仿真模型用来评估从航站楼入口到登机的整个旅客流、行李流，以及 飞机流。同时，模型也评价系统的容量。系统中旅客行为的输入基于现场调查。模型通过 Excel Driven User Interface(表格驱动用户界面)来实现仿真数据的动态输入，并应用 Promodel 仿真软件，开发了目标机场的动态随机仿真模型。它计算了新航站楼全年服务旅客的数量，验 证了航站楼在全年或全天的高峰时段可以满足容量需求，同时说明了每天进行航班计划和登机 口指派在使系统容量最大化方面的重要作用。

27、Hafizogullari.S., Chinnusamy.P.和Tunasar.C.13（2002） 应用TRACS(TransSolutions proprietary termianl, roadway, and curbside simulation tool，中转专用终端，车道边，人行道仿真软件)建立 了目标航空公司中转仿真系统。系统中旅客行为是通过现场调研和走访航空公司与机场工作人 机场登机口分配仿真及优化 4 员获得的。以美国三角航空公司为例，对其在肯尼迪国际机场全新运营规则进行仿真。在提出 解决方案的同时也指出了仿真方法在机场的设计过程的重要性。 Richard de Neufv

28、ille, Alexandre G.de Barros 和 Steven C.Belin14（2002）设计了用矩阵法来 分析机场旅客航站楼最优结构的方法。文中首先把旅客步行距离的计算问题分成两类矩阵。阻 抗矩阵表示旅客与登机门之间的距离或登机门到达困难等级。流量矩阵表示相应衔接登机门间 旅客的数量。通过对应矩阵交叉相乘得到旅客-阻抗矩阵，它代表旅客步行时间分布或步行距 离。通过对比这些距离或时间评价航站楼构型。证明了从旅客的角度，线型中置式指廊结构优 于于其他构型。 Takakuwa.S.和 Oyama.T.15（2003） 构建了关西机场仿真系统，分析了航站楼内旅客流，特 别是国际离港的旅

29、客流。通过调查发现旅客用于值机花费了80%以上的等待时间，为仿真程序 设计数据生成器并作为仿真系统的输入。最后提出增加值机人员数量并利用头等舱和公务舱值 机柜台为经济舱旅客服务方案来减少误机旅客的数量。 A.Temme 和 R.Kruse16（2006）建立了完整的机场航站楼仿真系统。运用模糊聚类的方法 抽取系统数据，给出了在确定条件下的中转旅客比例。中转旅客率由航班时刻、步行距离、机 型三者共同决定。给出了结合专家预测法可更准确地分析航站楼旅客分布情况。 LoannaE.Manataki 和 KonstantionsG.Zografos17（2009） 提出之前的建模工作要么太宏观 无法评价

30、具体某个机场，要么太微观仅仅聚焦在某个机场。文章给出了一种从航班时刻表 中计算旅客到达的方法，每个航班都单独从机场或航空公司收集机型信息，到达分布，客座 率，之后算出这个航班在某个固定时段的到达人数。最终对各个航班在固定时段的人数求和并 作为旅客的到达数据。 SenaySolak, John-Paul B. Clarke, Eills L. Johnson18（2009）给出了瞬间需求下的航站楼旅客 流的情况，文章首先给出了在服务设施和通道处的近似的最大延误函数，之后把航站楼作为多 商品流网络，给出了在此网络中的多阶段随机规划模型。最后得出一个有效的算法来确定在航 站楼最初规划阶段各个区域的需

31、求量，并根据未来需求量来制定最优扩建方案 S.Yan 和 C.M.Chang（1998）应用多元商品网络流来对登机口进行分配，同时给出了相应 模型的求解方法，这种方法基于最短路径法，拉格朗日启发式算法和释限法19。由于登机口 分配问题也被归为 NP 问题，A.Haghani 和 M.C.Chen（1998）给出同一登机口时间不相同的航 班的情况，若发生时间重叠，那么根据旅客最短步行距离来进行分配20；B.G.W Craenen， A.E.Eiben 和 E.Marchiori 给出了启发式进化算法来解决登机口分配问题21； J.Xu 和 G.Bailey （2001） 建立了禁忌搜索启发式算法

32、，这种算法采用了多种相邻移动特点， 可以得到效率较高的备选方案22。H.Ding，A.Lim 和 B.Rodrigues 等 （2003） 运用贪婪算法和邻 域搜寻法对登机口分配问题中同时满足远机位的航班量最小化以及旅客步行总距离最小化这两 南京航空航天大学硕士学位论文 5 个条件做了研究23。H.Ding，A.Lim 和 B.Rodrigues（2005）对过量限制条件下的登机口分配问 题进行了研究，同时提出了禁忌搜索混合模拟退火和模拟退火算法24。 1.3.3 国内研究现状 曹燕（2005）建立了登机口分配优化问题的三个模型，并对这三个模型使用表上作业对算 法进行操作，最后以禄口机场为例将

33、这些算法用于的登机口分配优化中25。王志清（2006）通 过分析登机口调度中存在的问题，利用图论等技术方法，以“旅客的步行距离最短”为原则，建 立了登机口调度优化的网络模型，对算法进行了详细的阐述和说明，在此基础上对进离港航班 进行了优化26。 于飞（2007）建立了机场旅客的离港流程以及飞机进离港流程仿真模型，同时应用机场旅 客离港流程模型对机场的服务质量、流程、容量优化等问题做了相关研究27。刘英（2008）对 在应急状态下航班运行管理现状和航班运行管理体系进行了分析，概述了我国当前航班运行干 扰管理中存在的问题，提出了航班运行干扰管理的理论及现实意义。在此基础上通过对某航空 公司航班运行

34、情况模拟，运用基于航班节的网络图对干扰后的航班计划优化给出了实例分析， 最后提出了航班运行干扰管理的相关措施28。 陆迅，唐小卫，朱金福 （2009） 通过对机场航站楼旅客的离港流程调查以及旅客行为分析， 建立了航站楼旅客离港流程的仿真模型，应用 ServiceModel仿真软件对上海虹桥机场航站楼旅 客离港流程做了研究。最后仿真结果表明，安检是流程中的瓶颈，然后提出了相关的安检流程 优化方法29。郭海琦（2009）以机场飞行区为仿真对象，运用离散事件系统建模方法，建立了 基于随机着色Petri网机场飞行区的运行流程模型，应用ServiceModel仿真软件建立了飞行区可 视化仿真系统。最后通

35、过延误关键指标和跑道容量进行了仿真系统的验证30。 黄子君,许俐（2010）通过 ServiceModel 仿真软件建立了国内航班计划在航线网络层面中运 行的仿真模型。通过模拟航班在飞行和过站等过程，可通过分析航班延误时间、轮挡时间、飞 机利用率、缓冲时隙等参数评估国内航班计划，而且为不正常航班恢复系统提供了随机延误航 班，最后评估了恢复结果31。陆迅 （2010） 用机场规划学、系统仿真、运筹学、数学建模、Petri 网等理论和方法，通过系统仿真建模、系统仿真实验与实例分析等手段，对机场旅客、行李流 程规划和仿真的相关问题进行了研究32。 与发达国家相比，我国的民航业发展较晚，对登机口分配的

36、相关研究工作较少，以往采用 的表上作业计算量较大，在机场人员实际工作中很难操作。而且大部分研究都缺乏对登机口实 际分配情况进行仿真分析的考虑，因而优化结果不能完全反映当前航班的运行情况和机场航班 计划执行效果。由此可见，对登机口分配的优化与仿真问题函待开展研究。这对机场更合理 地、科学地制定和完成登机口的分配工作以及机场管理部门保证旅客服务质量都具有重要的理 机场登机口分配仿真及优化 6 论和现实意义。 1.4 研究内容和方法 1. 研究内容 本文主要研究内容是机场登机口分配仿真与优化问题。具体研究内容如下： 熟悉和理解机场航站楼旅客流程，建立了旅客流程的模型，然后应用系统仿真的方法在 Ser

37、viceModel 仿真软件上建立一个仿真系统。以 JL 机场为背景，在登机口分配现状下对航站楼 旅客流程进行模拟，分析评价设施使用效率和服务质量。 针对现状登机口分配存在的问题， 提出登机口优化分配的网络模型， 然后分别从离港航班、 进港航班和进离港航班这三个方面， 给出了登机口优化分配的算法， 结合 JL 机场的优化后数据 结果说明此优化方法在减少旅客步行距离和提高现有登机口使用效率这两个方面的有显著的效 果。 最后利用 ServiceModel 仿真软件对优化后的登机口分配情况进行模拟，分析仿真结果对旅 客服务质量影响，对现有服务资源向机场管理部门提出建议性措施。 2. 研究方法 本论文

38、充分借鉴了国内外先进的理论成果，收集和阅读了相关文献资料，并且深入机场进 行了实际调研，掌握了机场实际运营状况。以图论、运筹学、系统仿真等基本理论为基础，按 照提出问题、构建仿真系统、分析仿真结果、对现状进行优化、分析优化前后仿真结果，提出 建议措施的思路对机场登机口分配仿真与优化进行探索性的研究。 首先介绍了系统仿真技术相关理论，提出针对航站楼旅客流程的建模方法。应用离散事件 系统对航站楼旅客流程进行建模，确定了航站楼旅客流程的仿真策略。运用 ServiceModel 仿真 软件建立 JL 机场 T1 航站楼旅客流程仿真系统，模拟登机口的航班分配现状，分析评价现状运 行条件下的设施使用效率和

39、服务质量，以“登机口利用率最高”和“旅客步行距离最短”为目标， 按照图论中的最短路径规则，并给出登机口优化分配算法。 3. 技术路线图 本文的技术路线如图 1.1 所示。 南京航空航天大学硕士学位论文 7 旅客流程概念模型 仿真系统设计 实例仿真 分析评估 总结归纳 登机口分配优化模型 登机口分配优化算法 实例优化 优化后航班数据 原航班数据 选题背景研究目的和意义 优化 N Y 图 1.1 技术路线图 1.5 论文结构 本文用五个章节对研究内容进行详细论述。具体安排如表 1.1 所示。 机场登机口分配仿真及优化 8 表 1.1 论文结构表 章 节 主要内容 第一章 绪论 1.1 选题背景 1

40、.2 研究意义 1.3 国内外研究现状 1.4 研究内容和方法 1.5 论文结构 本章介绍了论文的研究背景，综述了国 内外机场登机口分配仿真和优化问题研 究现状，概述了论文的研究内容、方法 和文章结构。 第二章 航站楼旅客 流程仿真及 分析 2.1 系统仿真技术 2.2 计算机仿真技术与 ServiceModel 仿真软件 2.3 航站楼旅客流程仿真计算机系统 2.4 航站楼旅客流程仿真及分析 2.5 仿真结果分析 2.6 本章小结 介绍了系统仿真技术相关理论，提出针 对航站楼旅客流程的建模方法。应用离 散事件系统对航站楼旅客流程进行建 模， 确定了航站楼旅客流程的仿真策略。 运用Servic

41、eModel仿真软件建立JL机场 T1 航站楼旅客流程仿真系统， 模拟登机 口的航班分配现状，分析评价现状运行 条件下的设施使用效率和服务质量。 第三章 机场登机口 分配优化算 法 3.1 登机口分配优化模型 3.2 登机口分配优化的步骤 3.3 本章小结 本章针对第二章航站楼旅客流程仿真结 果中出现的登机口分配中存在的问题， 提出登机口优化分配网络模型，然后从 离港航班、进港航班和进离港航班这三 个方面提出登机口优化分配算法。 第四章 机场登机口 分配优化及 仿真分析 4.1 登机口分配优化实例分析 4.2 登机口分配优化后仿真 4.3 登机口分配优化后仿真结果分析 4.4 登机口分配优化前

42、后效果比较 4.5 结果评述 4.6 本章小结 本章以 JL 机场为背景从离港航班、 进港 航班和进离港航班这三个方面对登机口 分配进行了优化，并进行了仿真分析, 结果证明算法在减少旅客步行距离及提 高现有登机口使用效率这两个方面效果 显著。 第五章 总结与展望 5.1 本文总结 5.2 本文主要创新点 5.3 不足与展望 对全文进行总结，指出创新点，探讨今 后可以继续研究的方向。 南京航空航天大学硕士学位论文 9 第二章 航站楼旅客流程建模与仿真 航站楼旅客流程是航空运输生产过程中的一个重要环节，它为旅客乘机之前做准备提供一 系列服务。航站楼旅客流程联系着民航许多生产部门，这些部门的生产价值

43、最终都会通过旅客 流程来实现。所以航站楼旅客流程是航空运输生产与消费的桥梁，同时也是民航价值的重要体 现。航站楼的旅客流程要作为一个整体来研究，将这个整体看做一个系统。分清这个系统的性 质，才能选取合适的研究方法。 2.1 系统仿真技术 2.1.1 系统仿真技术概述 系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及应用领域有关专业技术为基础，以计算 机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿 真研究的一门多学科的综合性技术。 系统仿真技术用仿真语言或者商用的仿真软件能够很容易的建立系统的仿真模型，与解析 法相比仿真模型能更加全面的反映实际系统的特征。它是分析、

44、研究各种系统，尤其是复杂系 统的有效方法，不仅用于工程领域，如机械、航空、航天、电力、冶金、化工、电子等方面， 还广泛用于非工程领域，如交通管理、生产调度、库存控制、生态环境以及社会经济等方面。 依据不同的方法，仿真可以进行不同的分类。仿真基于模型，模型的特性直接影响着仿真 的实现。从仿真实现的角度来看，系统模型特性可以分为两大类，一类称为连续系统，另一类 称为离散事件系统。相应地根据系统模型的特性分类，系统仿真技术可以分为两大类，连续系 统仿真和离散事件系统仿真33。 1. 连续系统仿真 对那些系统状态量随时间连续变化的系统的仿真研究，包括数据采集与处理系统的仿真。 这类系统的数学模型包括:

45、连续模型(微分方程等)，离散时间模型 (差分方程等)及连续一一离 散混合模型。 2. 离散事件系统仿真 对那些系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的驱动而发生变化的系统进行仿真试 验。这类系统的状态量是由事件的驱动而发生的，在两个事件之间状态量保持不变，因而是离 散变化的，被称为离散事件系统34。 航站楼旅客流程系统由很多子系统构成，每个子系统的状态由随机事件的驱动而发生变 化，根据上述仿真类型的定义，可以确定这些子系统为离散事件系统；如果把整个流程看作一 机场登机口分配仿真及优化 10 个服务机构，旅客随机到达触发服务活动，那么它也是一个离散事件系统。 2.1.2 离散事件建模与仿真 从

46、处理手段上看，离散事件系统仿真方法可以分为两类: 1. 面向过程的离散事件系统仿真 面向过程的仿真方法主要研究仿真过程中发生的事件以及模型中实体的活动。这些事件或 活动的发生是顺序的。而仿真钟的推进正是依赖于这些事件和活动的发生顺序。在当前仿真时 刻，仿真进程需要判断下一个事件发生的时刻或者判断触发实体活动开始和停止的条件是否满 足，在处理完当前仿真时刻系统状态变化操作后，将仿真时钟推进到下一事件发生时刻或下一 个最早的活动开始或停止时刻。仿真进程就是不断按发生时间排列事件序列，并处理系统状态 变化的过程。 2. 面向对象的离散事件系统的仿真 在面向对象仿真中，组成系统的实体用对象来描述。对象

47、有三个基本的描述部分，即属性、 活动和消息。每个对象都是一个封装了对象的属性及对象状态变化操作的自主模块，对象之间 靠消息传递来建立联系以协调活动。对象内部不仅封装了对象的属性，还封装了描述对象运动 及变化规律的内部和外部转换函数，这些函数以消息或事件来激活，在满足一定的条件时产生 相应的活动。消息和活动可以同时产生，即所谓的并发，但在单台计算机上，仍须按一定的仿 真策略进行调度。在并行计算机和分布式环境中，仿真策略则可以更加灵活、方便。面向对象 的仿真技术尤其适用于各种实体相对独立、以信息建立相互联系的系统中，比如机械加工制造 系统、航空管理系统及武器攻防对抗系统等等35。 离散事件的仿真术

48、语包括: 1. 实体 是指组成系统的物理单元。实体可分为临时实体和永久实体两类。在仿真全过程中，始终 驻留在系统中的是永久实体，如服务台、搬运设备或生产设备。在系统中只存在一段时间的实 体叫作临时实体，如到达系统、经装卸搬运离去的工件就是临时实体。 2. 事件 是指引起系统状态变化的行为。事件一般分为两类:必然事件和条件事件。只与时间有关的 事件称为必然事件。如果事件发生不仅与时间因素有关，而且还与其它条件有关，则称为条件 事件。 3. 活动 两个相邻发生的事件之间的过程称为活动，标志着系统的状态。如物流系统中，工件到达 与入库之间，是排队活动，治疗、检测、加工、切割等是实体加工两个相邻发生的

49、事件之间的 过程称为活动，标志着系统的状态。如物流系统中，工件到达与入库之间，是排队活动，治疗、 南京航空航天大学硕士学位论文 11 检测、加工、切割等是实体加工活动，设备换模、机器维修等是实体的调整、维护和修理活动。 4. 进程 若干事件与若干活动组成的过程称为进程，它描述了各事件活动发生的相互逻辑关系及时 序关系。例如，工件由车辆装入进货台，经装卸搬运进入仓库，经保管、加工到配送至客户的 过程称之为进程。 5. 控制逻辑 控制逻辑设定事件在怎样的条件、怎样的方式和怎样的时间状况下激活。 6. 仿真钟 控制仿真模型向前迈进的全局变量，表示系统当前运行时间。在离散事件系统仿真中，由 于系统状态变化是不连续的，在相邻两个事件发生之间，系统状态不发生变化，因而仿真钟可 以跨越这些“不活动”区域。仿真钟的推进成跳跃性，推进速度具有随机性。 7. 随机变量 复杂的现实系统常常包含有随机的因素。例如，在物流系统中工件的到达、运输车辆的到 达和运输时间。对于有随机因素影响的系统进行仿真时，首先要建立随机变量模型，即确定系 统的随机变量并确定这些随机变量的分布类型和参数。对于分布类型是己知或者是可以根据经 验确定的随机变量