基于Petri網的電子客票時代乘車流程模型優化分析 ①

李 莉

(安徽理工大學數學與大數據學院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

目前，Petri網[1]的建模優化問題的得到了廣泛的應用和研究。Petri網多用于對業務流程過程進行建模，過程挖掘[2]是業務流程管理的重要內容。嚴順等[3]通過對銀行貸款業務進行建模分析,提出基于Petri網的貸款業務優化分析方案，與原模型分析對比,優化后的模型具有更強的優越性。Jianglong Qin[4]等人將時間和成本屬性添加到Petri網中，提出了可以得出業務流程的執行效率和成本的績效評價模型。邵叱風[5]將過程挖掘得到的日志用Petri網來表示，并對其業務流程進行優化，達到了縮短實際業務流程時間的目的。應麗等[6]給出了基于Petri網的門診就醫流程模型的優化分析方法，通過增加相關的控制結構對Petri網模型進行優化,說明了流程模型優化的有效性。

由于電子客票時代剛剛進入人們的生活，乘客對于乘車流程了解的不多，因此提高人們的乘車效率十分重要。基于Petri網對電子客票時代乘車過程中可能發生的情況進行建模分析和優化。

1 基本概念

定義(Petri網)：Petri網是一個四元組N=(S,T;F,M)，滿足下列條件：

(1)S,T是兩個有限集合；

(2)S∩T=φ；

(3)S∪T≠φ，S為庫所集，T為變遷集；

(4)F?(S×T)∪(T×S)，稱F為流關系；

(5)映射M:S→{0，1，2，3…}，稱為Petri網的一個標識。

2 基于Petri網的電子客票時代乘車流程模型

電子客票時代將原紙質車票具有的旅客運輸合同、乘車、報銷三個憑證的功能進行分離，實現運輸合同憑證電子化、乘車憑證無紙化、報銷憑證按需提供。目前的購票方式主要有手機APP、12306官網以及車站的售票窗口，可以選擇任意一種方式購票。對于具有優惠資質的群體，例如學生、殘疾軍人等，需要在乘車前進行身份核驗，核驗過后便可以直接刷身份證進站乘車。對于普通群眾，可以直接刷身份證進站乘車。購票信息單和報銷憑證可以根據需要打印，購票信息單上有電子客票的車次、席位、乘車時間、檢票口等信息。報銷憑證會因為站點的差異有所不同，有些報銷憑證上顯示的有具體的乘車信息，有些則沒有座位號，但是都可以通過掃描報銷票上的二維碼獲取。

2.1 模型的提出

對身邊的同學離校購票以及乘車的流程進行問卷調查，問卷調查的結果經過整理成表1所示:

表1 電子客票時代乘客乘車日志

在ProM平臺上導入電子客票時代乘客乘車的事件日志，利用Alpha Miner插件建立起基于Petri網的乘客乘車的流程模型，Petri網模型如圖1所示：

圖2是通過PROM平臺挖掘出的源模型圖。其中A代表t1，B代表t2，C代表t3，D代表t4，E代表t5，F代表t6，G代表t7，H代表t8，I代表t9，J代表t10。

2.2 模型的優化

目前人們基本上是按照上述所示乘車流程乘車，但是可能會存在他人代理訂票或者團體票的情況，這樣即使刷身份證進站了，也找不到自己的座位號的情況。

針對這種情況，可以對上述模型進行優化。在找座位之前，必須確認手中有具體的座位信息，因此添加了四個選擇結構，分別是取信息單、取報銷憑證、確認手機購票信息、其他方式；其他方式包括打電話獲取或者詢問乘務員個人具體乘車信息。另外還考慮到了改簽，將需要改簽的情況分為兩類，一種是取過報銷票，一種是沒有取報銷票。

優化后的模型如下圖3所示：

圖1 基于Petri網的過程挖掘模型

圖2 乘車源模型petri網結構圖

圖3中變遷t1(訂票)發生，然后t2,t3,t4是一個排他關系，可以選擇手機app、12306官網、售票窗口三者中任意一種方式購票，t5代表訂票完成。訂票完成后，在乘客進站時，t6、t7、t16又是一個排他關系，如果是優惠票，需要進行優惠資質核驗(t6發生)，如果是普通乘客(t7發生)不需要進行身份核驗。如果需要改簽(t16發生)，分為兩種情況，一種是取了報銷票t17的必須要到車站售票窗口去改簽(t19發生)，另一種是沒有取報銷票的t18，可以選擇任意的方式進行改簽。進站后尋找具體的車次信息，t11、t12、t13和t14也是一個排他關系，乘客可以通過取出的信息單(t11發生)、取出的報銷憑證(t12發生)以及手機購票信息(t13發生)獲取具體的車次信息。還存在另外一種情況就是該乘客的票是他人代訂或者是團體票，而且還沒有取報銷票或者信息單，這樣他就無法獲取自己的座位信息，這時可以通過其他方式(t14發生)，撥打12306電話或者詢問乘務人員，然后找到自己的座位(t15發生)，最后此次乘車成功(t10發生)。

圖3 乘車優化模型petri網結構圖

3 模型的仿真

模型的初始狀態下只有p1有一個托肯，t1能夠發生，代表系統運行的最初是從訂票開始的，在本模型中弧的權值均設置為1，即一個變遷每激發一次有一個托肯流向下游庫所。

圖4 PIPE軟件模擬優化后的乘車模型

圖5 模型狀態空間分析結果

通過對優化后的模型進行狀態空間分析，可以知道模型是有界的、安全的和死鎖的。如圖5所示，因為系統開環，完整運行一次就會產生死鎖，但是每個狀態都可以遍歷。

4 結 語

基于對Petri網及流程模型的研究，利用Petri網建模業務流程的直觀性，易于理解性，給出了在電子客票時代乘車流程模型，并通過增加相應的變遷對其進行優化，提高了人們乘車出行的效率。但是優化模型對于一些如報銷憑證只能打印一次、購票信息單只能打印兩次等限制因素沒有給出最優的解決方式，今后還需要將限制條件體現在模型中，對模型進行優化。