基于AnyLogic機場安檢排隊系統仿真優化研究

摘要 機場安檢服務是旅客離港流程中的關鍵環節，為進一步研究機場安檢不同排隊方式和緩沖區設置對機場安檢服務效率的影響，該文利用AnyLogic軟件對10種機場旅客安檢排隊網絡結構進行仿真，結果表明：驗證服務臺前排成單隊列更優，安檢通道前設置緩沖區更好，緩沖區內采用開放排隊結構更能縮短旅客平均等待時間。在低客流和中客流時，最優排隊方式為有緩沖區的單—多隊列開放性網絡結構，在高客流時，有緩沖區的多—多隊列開放性網絡結構與有緩沖區的單—多隊列開放性網絡結構的旅客安檢平均總用時和旅客平均等待時間的差距減小。

關鍵詞 機場安檢；排隊方式；安檢效率；安檢緩沖區

中圖分類號 V354 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0011-03

0 引言

隨著民航強國建設工作的不斷深入，提升機場運行效率服務，為旅客提供更好的出行體驗勢在必行。機場旅客的安檢服務等待時間、安檢服務的效率一定程度上反映了機場的服務品質，有效分析機場安檢排隊系統對提高運行效率和旅客滿意度至關重要。

國內外學者對機場安檢服務優化問題展開了大量研究，主要涉及機場安檢服務流程優化、機場安檢通道數量配置優化、機場安檢排隊系統優化三個方面。Adrian[1]（2011）提出多層次安檢系統模型，通過優化安檢系統結構來提高安檢效率；劉慕磊[2]（2018）提出基于旅客分類的機場安檢服務方式設計服務流程優化方案。Goswami[3]（2017）以旅客等待時間和安檢設備利用率為主要性能指標建立仿真模型，計算出每條安檢通道中安檢設備的最優數量；史躍亞[4]（2024）通過NSGA-Ⅱ算法建立安檢排隊系統雙目標優化模型，得出綜合效益最優的機場安檢通道配置方案。Li[5]（2018）建立不同機場旅客安檢排隊模型，比較不同機場安檢點、不同排隊方式對機場安檢效率的影響；張天炫[6]（2020）從隊列選擇開始到隊列服務構建航站樓排隊仿真模型，為排隊流程仿真提供了新方法；趙振武[7]（2024）在設置緩沖區的基礎上建立6種機場旅客安檢排隊仿真模型，發現1對1型且驗證服務臺遠離機場安檢通道的排隊方式更優；史躍亞[8]（2024）建立安檢并聯和串聯的排隊論模型，得出優化的安檢串聯排隊系統的系統服務時間比原本系統服務時間縮短了37.5%。在以上學者研究的基礎上，該文以機場旅客安檢排隊方式為研究對象，利用AnyLogic軟件建模仿真，探究不同排隊方式和緩沖區設置對機場安檢效率的影響，以期為旅客提供更好的出行體驗。

1 排隊模型及機場旅客安檢流程

1.1 排隊模型

排隊論又稱為隨機服務系統，是一種用于研究排隊現象的隨機規律和系統的隨機服務過程的數學理論，通常建立排隊模型對服務對象排隊方式和服務時間進行規律性研究，通過結構優化找到服務和效益之間的最優組合[9]。

機場旅客安檢的排隊規則為先到先服務，結合機場實際需求，選擇在等待制排隊系統中最常見的多隊多服務臺排隊模型n個M/M/1和單隊列多服務臺模型M/M/n，理論上，多個并列的服務臺排隊系統排成單隊比排成并列多隊的方式更具有顯著優越性[9]，但機場安檢中存在多個服務節點，多個服務節點的串并聯組合形成了多種排隊網絡模型，因此，為了更加貼合實際情況，借助仿真軟件Anylogic構建多種排隊網絡模型，探索更有效的機場安檢排隊方式。

1.2 機場旅客安檢流程

國內機場旅客出港安檢流程包括證件檢查、人身檢查和行李檢查三個步驟組成，其中人身檢查和行李檢查同時進行，但當行李檢查出現異常，則需要旅客完成人身檢查后在旅客注視下進行開包復檢，取出違禁物品后再進行檢查，檢查合格后可通過。目前的機場旅客安檢排隊系統中，當旅客到達時發現所有安檢通道正在進行服務，旅客需要在證件檢查前面區域排隊等待，但是大部分機場也允許旅客完成證件驗證后，在證件驗證與安檢通道之間的緩沖區排隊等待[7，8]。該文結合緩沖區設置情況，構建多種排隊網絡模型，對比分析找到排隊方式的最優組合，以期為提高機場安檢效率、改進機場旅客安檢流程提供參考。

2 模型的建立及求解

2.1 建立流程模型

考慮到機場安檢緩沖區設置，將安檢流程分為兩個服務節點，結合多服務臺是否可自由交叉選擇情況，采用n個M/M/1和M/M/n模型串并聯組合形成排隊網絡模型。構建無緩沖區的單隊列限制網絡結構（A）、無緩沖區的多隊列限制網絡結構（B）、無緩沖區的單隊列開放網絡結構（C）、無緩沖區的多隊列開放網絡結構（D）、有緩沖區的單—單隊列開放網絡結構（E）、有緩沖區的單—多隊列開放網絡結構（F）、有緩沖區的單—多隊列限制網絡結構（G）、有緩沖區的多—單隊列開放網絡結構（H）、有緩沖區的多—多隊列開放網絡結構（I）、有緩沖區的多—多隊列限制網絡結構（J）10種排隊方式。（排隊網絡結構詳見圖1）。

2.2 模型參數確定

該文依據國內某機場的安檢布局，采用AnyLogic中的行人庫和流程庫，對驗證隊列、證件檢查、人身檢查和行李檢查的整個流程進行仿真。建立4個驗證臺對應4個安檢通道的仿真模型，結合機場實際運行情況和相關文獻研究對運行參數進行設置[7，8]。對旅客每小時到達人數、旅客放下隨身行李時間、通過金屬探測門時間、X光機檢查行李時間、旅客整理行李時間、開包檢查時間等數據進行擬合，設定仿真模型中的各環節參數如表1所示，其中：triangular（）表示三角分布，uniform（）表示均勻分布。

3 仿真及結果分析

3.1 緩沖區設置和限制開放的排隊網絡結構對比

選取安檢入口旅客到達率400人/小時、600人/小時、800人/小時分別模擬低、中、高三種客流量，分別在低、中、高三種客流量下獲取600名旅客完成安檢的安檢平均總用時和旅客平均等待時間[7]，10種排隊網絡模型各仿真運行20次取平均值，用時越少，說明此類排列網絡結構性能越好，仿真結果如表2所示。

對比表2中的A、G和B、J的低、中、高客流仿真結果可以得到：在排隊結構限制時，無緩沖區的排隊網絡結構比有緩沖區的排隊網絡結構更優，但在高客流時，無緩沖區排隊網絡結構的優勢減小。對比C、E、F和D、H、I的低、中、高客流仿真數據分析得到：在排隊結構開放時，有緩沖區的排隊網絡結構安檢平均總用時和旅客平均等待時間都比其他排隊網絡結構更短，說明機場設置緩沖區且允許旅客通過證件檢查后可自由選擇安檢通道等待，可以緩解人身檢查和行李檢查的服務壓力，減少旅客等待時間從而提高旅客安檢效率。

3.2 單隊列和多隊列的串并聯排隊網絡結構對比

按照驗證服務臺前的排隊方式不同分組對比低、中、高客流的仿真結果：在驗證服務臺前選擇單隊列排隊方式進行排隊，即A、C、E、F、G；在驗證服務臺前選擇多隊列進行排隊，即B、D、H、I、J。

根據表2可以看出，首先，除了C、D對比組之外，其余四組在驗證服務臺前選擇單隊列排隊的安檢平均總用時短于多隊列排隊方式，且在客流量增加時，在驗證服務臺前，選擇單隊列排隊方式的優勢逐漸減小，甚至在高客流時，A和F的安檢平均總用時和旅客安檢平均等待時間反而長于B和I，但差距不大。而現實中，機場的旅客到達率并不是恒定的，因此，驗證服務臺前選擇單隊列排隊網絡結構比多隊列排隊網絡結構更優。

其次，對緩沖區內設置的排隊方式進行對比，選取E、F和H、I四種排隊網絡結構對比分析低、中、高客流的仿真結果，如圖2所示。可以明顯看出，在低、中、高三種客流情況下，緩沖區內選擇多隊列排隊方式，且允許旅客通過證件檢查后可自由選擇安檢通道等待時，通過安檢平均總用時更少，旅客的體驗感更好。

4 結語

該文利用AnyLogic軟件建立10種機場旅客安檢排隊網絡結構仿真模型，探索不同排隊網絡結構對機場安檢效率的影響，通過仿真模型運行結果，得到驗證服務臺前排成單隊列比多隊列更優，機場設置緩沖區比不設置緩沖區更好，在緩沖區內排成多隊列比單隊列的安檢平均服務時間更少，且允許旅客通過證件檢查后可自由選擇安檢通道等待更能縮短旅客平均等待時間。在低客流和中客流時，有緩沖區的單—多隊列開放性網絡結構（F）比其他排隊方式更有優勢；而在高客流情況下，有緩沖區的單—多隊列開放性網絡結構（F）和有緩沖區的多—多隊列開放性網絡結構（I）的旅客安檢平均總用時差距不大，兩種排隊方式都可以進行選擇。

參考文獻

[1]AdrianJ L， Sheldon H J. The impact of aviation checkpoint queues on optimizing security screening effectiveness[J]. Reliability Engineering and SystemSafety， 2011（6）：900-911.

[2]劉慕磊，李明捷，汪家保，等.機場安檢服務流程優化研究[J].中國民航飛行學院學報， 2018（4）：31-35.

[3]Goswami， Ashish. Determination of staffing levels for airport security systems[D]. The State University of New York， 2017.

[4]史躍亞，張美蕙，孫唯.機場安檢排隊系統資源優化配置[J].科技和產業， 2024（8）：229-234.

[5]Li Y L，GaoX，XuZ W，et al.Network-based queuingmodel forsimulating passenger throughput at an airport security checkpoint[J].Journal of Air Transport Management， 2018：13-24.

[6]張天炫，包丹文，朱婷，等.基于社會力模型的機場旅客排隊模型[J].系統工程與電子技術， 2020（8）：1776-1783.

[7]趙振武，鄭文悅，張沉沉.基于多隊列的機場旅客安檢流程仿真研究[J].中國民航大學學報， 2024（1）：40-46.

[8]史躍亞，張美蕙，孫唯，等.機場安檢排隊系統仿真優化研究[J/OL].計算機仿真， 1-7[2024-06-27].

[9]吳育華，杜綱.管理科學基礎[M].天津：天津大學出版社， 2001.

收稿日期：2024-07-22

作者簡介：劉瀟（1996—），女，碩士研究生，助教，研究方向：交通運輸規劃與管理和高等教育研究。

基金項目：2023年度院級課題資助項目“高等職業教育與創新型城市協同發展研究——以鎮江市為例”（JATC23020101）。