基于Greenshields模型的橫琴口岸旅檢大廳智能排隊(duì)等候系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究

魏小強(qiáng)，李偉，官靖峰，宋永良，劉長(zhǎng)山

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

橫琴口岸旅檢大廳作為內(nèi)地與澳門(mén)重要連接樞紐，通關(guān)效率作為交通樞紐重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。效率的高低決定了交通樞紐在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮的重要作用。為提升口岸樞紐通關(guān)速率，保證通關(guān)效率，本文提出采用智能排隊(duì)等候系統(tǒng)，并對(duì)結(jié)論進(jìn)行論證。

2 排隊(duì)等候系統(tǒng)綜述

2.1 通道類型

旅檢大廳、車(chē)站等排隊(duì)安檢是旅客進(jìn)站占時(shí)較長(zhǎng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)。合理安排進(jìn)站順序，引導(dǎo)乘客合理有序進(jìn)站，可以減少排隊(duì)提升效率。排隊(duì)通道通常有以下幾種：

1）直線形通道：適合機(jī)場(chǎng)、車(chē)站多值機(jī)柜臺(tái)情形，該方式通常效率高，但是通關(guān)口較少或值機(jī)柜臺(tái)較少時(shí)，會(huì)浪費(fèi)大量空間且順序混亂。

2）雙U互扣形：平常客流量正常時(shí)，大廳內(nèi)的排隊(duì)欄桿座可以擺放雙U互扣形，每當(dāng)節(jié)假日時(shí)就必須要換成Z字壓縮形，才能確保進(jìn)站口的人流秩序。再比如，展會(huì)或展覽館里面的排隊(duì)欄桿座是用于禁止行人跨越、保護(hù)展品安全的一條界線，這種欄桿座根據(jù)展品情況，可擺成雙U互扣形、或?qū)⒄蛊匪拿姘鼑鷶[放成圓形或方形。

3）S形通道：該通道適用于，值機(jī)柜臺(tái)少，人流量較大的情況。該方式的主要作用為疏導(dǎo)混亂秩序，引導(dǎo)乘客有序排列，避免混亂事件的發(fā)生。

2.2 排隊(duì)系統(tǒng)的作用

排隊(duì)系統(tǒng)的引入，有效協(xié)調(diào)了客流量、各單位協(xié)調(diào)、乘客秩序之間的關(guān)系。系統(tǒng)通過(guò)入口終端引導(dǎo)、人流量監(jiān)測(cè)、路徑自定義及模式預(yù)設(shè)、窗口狀態(tài)智能分析、排隊(duì)出口智能提醒、快速應(yīng)急疏散、人工操作模式等功能使通關(guān)更便捷。

3 橫琴口岸旅檢大廳概況

3.1 項(xiàng)目概況

橫琴口岸出入境大廳分為兩層：1樓出境大廳，旅客經(jīng)過(guò)海關(guān)、邊檢區(qū)域，通過(guò)位于邊檢側(cè)的智能排隊(duì)通道進(jìn)入澳門(mén)側(cè)出境；2樓入境大廳，旅客通過(guò)位于澳門(mén)側(cè)的智能排隊(duì)通道進(jìn)入邊檢、海關(guān)區(qū)域入境。每層設(shè)置7條智能排隊(duì)通道。

3.2 旅檢大廳通關(guān)概況

橫琴口岸旅檢大廳，通關(guān)情況復(fù)雜，以Q為單位時(shí)間的客流量，Qmax為最大單位時(shí)間客流量。存在Q＜Qmax，Q=Qmax，Q＞Qmax，3種通關(guān)情形。直線形通道適宜適用于Q＜Qmax情況；雙U互扣形適宜Q=Qmax的情況；S形通道適宜Q＞Qmax較為擁堵的情形。單一通關(guān)系統(tǒng)無(wú)法適宜復(fù)雜多變的通關(guān)情況，本文論證蛇形排隊(duì)通道在不同通關(guān)情況下的通關(guān)狀況通過(guò)Greenshields模型分析不同系統(tǒng)在不同通關(guān)狀況，根據(jù)權(quán)重計(jì)算各個(gè)通關(guān)系統(tǒng)綜合通關(guān)能力，證實(shí)本文論證。

3.3 智能蛇形排隊(duì)等候系統(tǒng)

智能排隊(duì)等候系統(tǒng)有手動(dòng)模式和自動(dòng)模式兩種工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過(guò)入口終端設(shè)備進(jìn)行入口面向抓拍統(tǒng)計(jì)旅客人數(shù)，當(dāng)旅客人數(shù)較少時(shí)，系統(tǒng)打開(kāi)少數(shù)通道手動(dòng)控制人員出入；當(dāng)旅客人數(shù)較多時(shí)，系統(tǒng)識(shí)別切換自動(dòng)模式自動(dòng)打開(kāi)多條通道控制人員出入。

4 基于Greenshields模型的通關(guān)分析

4.1 通道流量-密度關(guān)系

根據(jù)Greenshields模型理論，通道密度和人流量呈正比關(guān)系。當(dāng)密度到達(dá)某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，行人的流量達(dá)到峰值；當(dāng)密度繼續(xù)增加時(shí)，人流量會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，達(dá)到擁堵?tīng)顟B(tài)。

4.2 乘客排隊(duì)密度關(guān)系

本文為驗(yàn)證智能蛇形排隊(duì)在使用中對(duì)乘客流量的疏導(dǎo)作用，擬采用Greenshields模型對(duì)通關(guān)情況進(jìn)行科學(xué)分析。Greenshields模型中交通量-速度公式為：

式中，V為具體通關(guān)客流速度；Vmax為通道的自由流速度；K為乘客密度，或稱負(fù)荷強(qiáng)度；Kmax為乘客阻塞密度。

區(qū)域內(nèi)單位時(shí)間線路總客運(yùn)周轉(zhuǎn)量N與線路長(zhǎng)度L的比值，表示單位時(shí)間內(nèi)，在單位運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度上平均承擔(dān)的客運(yùn)周轉(zhuǎn)量，一般計(jì)量單位為人/h或人/d，公式為：

假設(shè)大廳人員密度和通道密度的對(duì)比，根據(jù)常識(shí)，通道密度＞大廳密度；通道客流量＜大廳客流量。本文以單位時(shí)間客流量為通行能力判別依據(jù)。

通道通行情形分為3種：Q＜Qmax，Q=Qmax，Q＞Qmax。本文采用Greenshields模型公式對(duì)3種情形進(jìn)行具體分析，

1）Q＜Qmax，通道客流量小于最大客流量時(shí)的狀態(tài)，即K＜Kj（Kj為單位時(shí)間最大客流量時(shí)的乘客密度）。根據(jù)公式V=Q/K，當(dāng)乘客流Q穩(wěn)定時(shí)，密度越小速度越大，Q/K＞Q/Kj這種情況適用于客流量較少，或者小型通關(guān)卡口等情況。通道客流量小于最大客流量時(shí)，大廳不形成排隊(duì)，也不形成擁堵。K=人數(shù)/通道面積，3種通道距離對(duì)比為S形＞U形＞直線形。

2）Q=Qmax為通道客流量等于最大客流量時(shí)的狀態(tài)。即K=Kj，根據(jù)公式V=Q/K。當(dāng)乘客流Q穩(wěn)定時(shí)，Q/K＞Q/Kj這種情況適用于客流量適中，剛好達(dá)到瓶頸狀態(tài)，處于排隊(duì)狀況但通行能力未受影響。3種通道距離對(duì)比為S形＞U形＞直線形。

3）Q＞Qmax，通道客流量大于最大客流量時(shí)的狀態(tài)。即K＞Kj，根據(jù)公式V=Q/K。當(dāng)乘客流Q穩(wěn)定時(shí)，Q/K＞Q/Kj，這種情況客流量較大，超過(guò)最大客流量，處于排隊(duì)狀況。在秩序未能有序安排時(shí)，很大概率會(huì)產(chǎn)生擁堵。此時(shí)擴(kuò)展排隊(duì)區(qū)域使用S形排隊(duì)系統(tǒng)能顯著提高排隊(duì)所占面積并降低乘客密度。代入公式V=Q/K，當(dāng)密度K降低時(shí)，V便會(huì)顯著提升。蛇形排隊(duì)系統(tǒng)在開(kāi)啟S形路線時(shí)通道面積往往是直線形的3～4倍，在相同乘客的狀況下擴(kuò)大容量的同時(shí)，降低密度，維持秩序。

5 基于Greenshields模型與矩陣分析的排隊(duì)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

5.1 Greenshields模型速度與密度

根據(jù)上文公式（1）可得出：

如1圖所示，Q=VK，當(dāng)K和V達(dá)到臨界值時(shí)，Q的值最大；當(dāng)K持續(xù)增大，速度V會(huì)降低，流量Q也會(huì)降低。繪制乘客密度和速度對(duì)比圖，如圖1所示（Vf為單位時(shí)間內(nèi)客流量最大時(shí)的速度）。

圖1 乘客密度-速度對(duì)比圖

根據(jù)圖1中Q和K之間的關(guān)系判斷，當(dāng)流量和密度未達(dá)到最大密度和流量時(shí)，曲線斜率為正，表明通道內(nèi)未達(dá)到擁堵?tīng)顩r；當(dāng)流量和密度達(dá)到最大密度和流量時(shí)，曲線斜率為負(fù)，表明通道已經(jīng)達(dá)到擁堵。繪制乘客密度與客流量對(duì)比圖，如圖2所示。

圖2 乘客密度-客流量對(duì)比圖

5.2 橫琴口岸項(xiàng)目的Greenshields模型分析

根據(jù)橫琴口岸近年來(lái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。橫琴口岸大廳等候區(qū)面積為14 228 m2，根據(jù)口岸2021年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)6個(gè)月實(shí)現(xiàn)通關(guān)3 920 000人·次。設(shè)計(jì)要求日通關(guān)量將達(dá)到220 000人。橫琴口岸大廳面積為14 228 m2，通關(guān)大廳區(qū)長(zhǎng)度約為10 m。根據(jù)口岸2021年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)6個(gè)月實(shí)現(xiàn)通關(guān)3 920 000人·次。口岸乘客密度K，2021年為0.025人/（m/s）；最大預(yù)期為0.254人/（m/s）；人正常步行速度為最大為1.5 m/s。本文根據(jù)橫琴口岸項(xiàng)目設(shè)計(jì)預(yù)期，假定未擁堵情況下最大預(yù)期為0.254人/（m/s），根據(jù)公式計(jì)算出最大客流量Qmax。已知V＞0，K＞0；求VK的最大值，可得出：

得：

表1 各狀態(tài)密度-客流量-速度統(tǒng)計(jì)表

5.3 多種通道模式的矩陣分析

根據(jù)多種通道長(zhǎng)度種類的不同分析，擬認(rèn)為直線形通道長(zhǎng)度為10 m；U形通道長(zhǎng)度為20 m；S形取路徑為直線形通道長(zhǎng)度的4倍，為40 m。由于距離不同，根據(jù)K=N/L可算出：在相同面積、相同人數(shù)的同一大廳中U形密度為N/20；直線形N/10；S形密度為N/40。以日通關(guān)量為220 000人的設(shè)計(jì)要求，等候大廳為10 m為基準(zhǔn)。根據(jù)公式對(duì)不同通道在不同乘客密度下的速度進(jìn)行矩陣分析，并列出表格，見(jiàn)表2。

表2 不同情況下在不同通道的速度表m/s

對(duì)不同通道在不同客流量下的密度進(jìn)行分析，并列出表格，見(jiàn)表3。

表3 不同客流量下不同通道的乘客密度表人（/m/s-1）

因?yàn)閺?fù)合通道可以在不同的情形選擇最優(yōu)，U形通道在直線形通道密度達(dá)到最大時(shí)開(kāi)啟，可直接降低1/2的密度；在直線形通道擁堵時(shí)開(kāi)啟S形通道模式，可直接減少3/4的密度，但最大密度時(shí)仍保留為直線形最大密度，故提升了速度，提升了流量[1]。

5.4 列出矩陣

1）綜合情況下通道的速度

2）綜合情況下通道的密度

3）V矩陣和U矩陣相乘得出乘客流量綜合矩陣Q

5.5 結(jié)論

通過(guò)Greenshields模型和矩陣分析，得出流量Q綜合矩陣，Q矩陣中可以看出智能通道系統(tǒng)由于綜合能力較強(qiáng)，能進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，選擇最適宜的排隊(duì)方式。本章節(jié)以橫琴口岸項(xiàng)目為例，結(jié)合Greenshields模型和矩陣分析，得出以橫琴口岸設(shè)計(jì)要求，證明蛇形通道系統(tǒng)為最適合的通關(guān)方式。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)Greenshields模型和矩陣分析分別對(duì)4種通道模式進(jìn)行具體分析，結(jié)合橫琴口岸項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。代入口岸日通關(guān)220 000人的設(shè)計(jì)要求和通關(guān)大廳距離，通過(guò)Greenshields模型計(jì)算乘客密度、行走速度、客流量等，列舉4種方式在不同狀態(tài)下速度；通過(guò)Greenshields模型計(jì)算4種模式下不同狀態(tài)下的乘客密度；結(jié)合矩陣分析計(jì)算綜合客流量得出智能蛇形通道是最適宜橫琴口岸項(xiàng)目的通道模式。

作為“一國(guó)兩制”下探索珠澳合作新模式的示范項(xiàng)目，橫琴口岸是促進(jìn)珠海以及珠江口西岸地區(qū)發(fā)展、促進(jìn)粵港澳深度合作的新平臺(tái)。智能排隊(duì)等候系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)人員流動(dòng)情況，合理開(kāi)放排隊(duì)通道。同時(shí)，對(duì)口岸通關(guān)執(zhí)勤人員而言，工作壓力將減小。該系統(tǒng)也必然將在今后的通關(guān)口岸、火車(chē)站、機(jī)場(chǎng)等人員流動(dòng)大的建筑中得到更多的運(yùn)用。