不同旅客放行间隔下的登机时间比较

　　3.4 仿真结果及分析。

　　通过建立元胞自动机模型，本文对机舱门和机舱内的各影响因素进行考虑，研究了旅客使用不同登机舱门和采取不同放行间隔时，旅客登机所需要的登机时间。登机门的使用情况除了包括以往研究中大多数采用的前舱门登机，还研究了使用中间舱门和同时使用前舱门和中间舱门的情况。在舱门处的旅客放行间隔方面，以往文章大多数采用某一个固定值，但是本文研究 3s、4s、5s、6s、7s、8s、9s、10s 共八个放行时间间隔下的登机时间。在登机次序方面，本文选取了 7 大类 15 种代表性的登机次序，其命名规则如下：

　　Random 为随机登机，即旅客自由排队，不对旅客次序进行刻意组织。

　　BF-n（back-to-front）为从后向前的登机方式，将旅客分为 n 组，组内旅客顺序随机。进行仿真时，当旅客从前舱门登机时，分组为 3 至 6 组；当旅客从中间舱门登机时，分组为 4 组和 6 组（只能为偶数组）；当采取前舱门和中间舱门两个舱门同时登机时，分组为 4 组和 6 组（只能为偶数组）。

　　FB-n（front-to-back）为从前向后的登机方式，将旅客分为 n 组，组内旅客顺序随机。进行仿真时，当旅客从前舱门登机时，分组为 3 至 6 组；当旅客从中间舱门登机时，分组为 4 组和 6 组（只能为偶数组）；当采取前舱门和中间舱门两个舱门同时登机时，分组为 4 组和 6 组（只能为偶数组）。

　　RZ-n（rotating-zone）是按座位排号将乘客分为 n 组， 组内顺序任意， 按机舱首尾向中部的顺序登机，分组为 4 组和 6 组。

　　OI-n（outside-to-inside）按座位列号分组，当组数为 2 时，将第 A、D、E、H 列乘客（靠里面的）分为第 1 组， 第 B、C、F、G 列（靠过道的）分为第 2 组，组内顺序随机；当组数为 4 时，将第 AD 列乘客分为第 1 组，第 EH 列分为第 2 组，第 BC 列分为第三组，第 FG 列分为第四组，组内顺序随机。

　　RBR（row-by-row）即按排登机，每一排为一组，共 36 组，乘客按组号依次登机，组内旅客顺序随机。

　　SBS（seat-by-seat）即按座位登机，每位旅客相当于一组，旅客按座位号和排号按照从后向前从外向内的顺序登机。

　　基于 3 种不同的舱门使用情况和 8 种放行间隔，本文采用 Matlab7.8 对不同登机策略的登机过程进行仿真，图 3-3（a）为仿真模拟 OI-2 策略时某一时刻的截图，图 3-3（b）为仿真模拟 BF-4 时某一时刻的截图。每种登机策略各仿真 100 次，记录仿真结果，然后对仿真结果取算术平均值，得出各登机策略的登机时间。

　　3.4.1 仿真结果。

　　通过对登机过程进行仿真，得出了针对上文提出的三种不同的舱门使用情况和八种不同的时间间隔下，采用不同登机策略所耗费的登机时间。图 3-4、图 3-5 和图 3-6 分别表示使用前舱门、中间舱门和前中舱门同时使用时，不同放行时间间隔下的登机时间。

　　1、总体来看，在其他条件相同的情况下，总登机时间大小如下：从登机舱门的使用来看，同等条件下，使用前舱门>使用中间舱门>使用前中舱门；从放行时间间隔来看，当旅客使用前舱门登机时，随着放行时间间隔的增加，采用各登机次序花费的登机时间逐渐趋于一致；但是当使用中间舱门登机时，各种登机次序之间的登机时间差别并不明显；使用两个舱门登机的时间对放行速度变化的趋势与使用前舱门登机的趋势相近。

　　2、以往的大多数研究，都集中于旅客登机策略方面，本文也选取了 7 大类 15 种登机策略进行研究。通过对不同登机策略进行仿真，我们发现当旅客放行速度未超过某一个值时，不同登机次序对登机总时间的影响很大，当放行速度大于等于某一个值时，不同登机策略的登机时间比较接近，此时的登机时间更多受登机时间间隔的影响，而不是受内部过道干扰和座位干扰的影响。

　　（1）总体来看，登机效率较高的次序有 OI、BF、Random,登机效率较差的次序有 RZ、RBR 和 FB 在放行速度较慢时效率较差，随着旅客放行速度变快，效率逐渐上升。以放行速度为 4s/人为例，当使用前舱门登机时，BF-3 比随机登机的时间短 81 秒，相比于随机登机，登机时间缩短了 5.7%;而表现更佳的 OI-2 相比于随机登机，缩短登机时间接近 120 秒，登机时间减少了 7.4%.而登机效率较差的 RZ、RBR 和 FB 在大多数情况下的登机时间都比随机登机时间更长。以从前舱门登机为例，当放行间隔为 6s/人时，RBR 比随机登机时间长 398 秒，相比于随机登机时间高出 21.57%.SBS 在使用前舱门的情况下表现不佳，使用前舱门登机，放行时间间隔为 6s 时，比随机登机时间长 236s,但是当使用中间舱门登机时，SBS 具有比较好的效果，比随机登机快近 3 分钟。

　　（2）BF 在双通道客机登机的过程中具有一定的优势，这一点有别于单通道客机。

　　以从前舱门登机为例，由图 3-4 可以看出，放行时间间隔大于 8s 后，采用各登机策略的时间趋于一致，因此我们研究登机间隔小于 8 的情况，从而得出采用前舱门登机时登机时间较短的登机策略。从中可以看出，OI 和 BF 登机时间较短，但是在单通道客机研究中，BF 并不是一种比较好的登机策略，登机时间要比随机登机时间长，但是对于双通道客机的两个通道相比于单通道客机缓解了 BF 登机次序的组内座位干扰和过道干扰，因此 BF 的登机时间体现出了优势。

　　（3）Random 登机策略在使用前舱门登机时的效率高于大部分有组织的登机次序，这一特点和单通道客机登机有相似之处，采用 Random 登机策略使过道内空间得到了有效的利用，避免了分组登机时出现的组内过道干扰，因此体现出其优势，使用中间舱门和前中两个舱门的登机策略比较在 3.4.2 中详细叙述。

　　3.4.2 使用不同登机舱门对登机时间的影响。

　　对于绝大多数的登机过程，航空公司都会采取开放前舱门登机的方式。其实，飞机不只有一个舱门，而是单侧具有 2-3 个舱门。对于 A330-300 这一机型，在经济舱第 18和第 19 排之间有另外一个舱门（见图 3-1（c）），因此本文选取了从前舱门登机，从中间舱门登机和两个舱门同时登机三种情况来研究其对于登机时间的影响。

　　1、相比于传统的从前舱门登机，无论在哪一种情境下，从中间舱门登机和采取两个舱门登机的时间都要更短。

　　2、当其他条件相同时，从前舱门登机和从中间舱门登机相比，从中间舱门登机的时间要略短于从前舱门登机，这是因为采用中间舱门登机是为了更好的利用过道空间，这种优势会随着旅客放行时间间隔的缩短而增加。当采取 OI-2 登机策略登机（如图 3-7所示），旅客放行间隔为 3s 时，从中间舱门比从前舱门登机节省 8.2%的时间，但是当放行间隔增大到 10s 时，节省的时间仅为 0.35%,这是因为从中间舱门登机将旅客分到了四个方向，当放行间隔时间较大时，分到每一个方向的旅客数量不足，不能充分利用机舱内部空间，因此，从中间舱门登机的优势变得不明显。

　　3、打开两个舱门同时登机相比于使用前舱门登机大约缩短 40%的总登机时间。以随机登机为例，如图 3-8 所示，相比于传统的使用前舱门登机，打开两个舱门节省的时间在 30%-50%之间。

　　4、从登机策略的角度分析，本文研究的 7 大类 15 种登机策略在使用不同机舱门登机时的表现也有所不同。

　　（1）当使用前舱门登机时，登机时间较短的有 OI、BF 和 Random,登机时间较长的有 FB、RBR、SBS 和 RZ.综合 8 种不同的放行速度来看，其中表现最好的登机策略是 OI,而表现最差的登机策略为 RBR.OI 使用前舱门登机时间较短这一结论与单通道客机登机研究中的结论相似，原因是 OI 最大程度上地避免了座位干扰，整个登机过程中座位干扰数为 0,按照 OI 的方式登机就不存在旅客让座，也就没有由于旅客让座阻挡过道使其他旅客不得不等待的情况；RBR 和 SBS 在使用前舱门登机表现较差是因为旅客登机的区域过于集中，因此在过道中可以同时摆放行李的旅客数量少，旅客更多的时间处于等待状态；采用 FB 这一登机策略时间较长是因为旅客从前到后登机使得旅客都集中在机舱前部，旅客过于集中，可同时拜访行李的旅客数量较少，因此时间较长；而使用前舱门登机采用随机登机方式正是由于旅客登机位置较为分散，所以使得登机时间较短。

　　（2）以往的大多数研究都集中于研究使用前舱门登机的情况，因为实际的登机过程中大多数采用的是前舱门登机，现在也有一些国外的航空公司在使用空客 A380 等大型宽体客机时会采用多舱门登机。本文创造性的对使用中间舱门和前中舱门同时使用的登机情况进行研究。当单独使用中间舱门时，各登机策略在登机时间方面表现的优劣有所变化，但是和使用前舱门登机相比，登机时间较短。在使用前舱门登机情况下表现较好的 OI 和 BF 策略在使用中间舱门登机时仍能保持较高的登机效率，登机时间较短，但是随机登机所使用的登机时间只有相对于 FB 这一登机方式略有优势，这其中可能的原因是采用中间舱门登机相当于有四个小的通道同时进行登机，以随机方式从机舱门放行旅客时，旅客可能阻挡后面旅客的概率有所增加，发生过道干扰的可能有所增加，因此使得随机登机方式的优势减弱；而另一方面，使用前舱门登机表现不佳的 SBS 则体现出了优势，同样由于采用中间舱门相当于四个短通道的原因，两侧相当于各有两个座位，座位干扰少，而且四条短通道同时进行登机，相当于有 4 组 18 排的旅客同时登机，而且按照一定的顺序，这可能是 SBS 在采用中间舱门时用时较短的原因。

　　（3）本文还研究了使用前中两个舱门登机的情况，相比于传统的采用前舱门登机的方式，使用两个舱门登机的效率大大提升。以 OI-4 登机策略为例，当放行速度为 4s/人时，使用两个舱门登机比使用前舱门登机节约 508 秒的时间，时间缩短了 38.6%.综合 8 种放行速度来看，登机时间较短的为 SBS、OI 和 BF,FB 和 RZ 与随机登机的时间相似，SBS 登机较快的原因与使用中间舱门登机时相似。

　　3.4.3 不同旅客放行间隔下的登机时间比较。

　　旅客放行间隔在一定程度上也可以影响登机时间。通常在旅客登机时，机舱门口都有空乘人员为旅客提供方向指示，并检查旅客登机牌。因此，我们可以在实际登机过程中通过空乘人员对旅客进入机舱的速度进行控制。

　　与以往大多数不同的是本文选取了从每 3 秒放行 1 人到每 10 秒放行 1 人的 8 种放行间隔进行仿真，从仿真结果可以看出，在使用不同登机门登机的情况下，不同的放行间隔时间对不同登机策略下的登机时间影响不同。

　　当使用前舱门登机时，登机时间始终随着放行间隔的增加而增加，而且当放行间隔大于某一个值时，登机时间和放行间隔接近线性关系，而且各种登机次序的总登机时间趋于一致。当时间间隔超过 8s 时，各种登机次序的登机时间趋于一致（如图 3-9 所示），原因是当放行间隔足够长时，在登机过程中的过道干扰数相对较小，相对于较短的放行时间间隔，对总登机时间产生较大影响的因素是放行间隔，从表 3-9 中可以发现，无论采取哪一种登机策略，总登机时间都是略大于 10s*（280-1）=2790s,也就是当客座率为 100%时（280 名旅客），旅客登机时间与 280 旅客所花费的总登机时间间隔时间接近。

　　当使用中间舱门登机时，在某一个放行时间间隔下的各策略登机时间差别并没有使用前舱门登机时那么大，导致这样一个结果的原因是从中间舱门登机相当于将机舱中的两个过道分成了四个较短的过道，登机过程也是沿着这四个过道同时进行的，这样所产生的过道干扰会变得更小，各种策略下的登机时间差别会变小，但是整个登机过程只由一个登机门放行，单位时间内旅客放行人数受限，即使过道干扰较小，四个短过道中可以同时摆放行李的旅客数量也不能达到最大，这一点从与双舱门登机的比较中可以得到印证。

　　图 3-11 中表示的是使用两个舱门登机时各登机策略所花费的登机时间，其变化趋势与使用前舱门登机有所相似。当登机时间间隔大于 7 秒时，各登机次序所花费的登机时间与时间间隔呈近似线性关系，登机时间的差值也比较固定。相比于使用中间舱门登机，使用两个舱门登机同样相当于将原本的两条过道划分成了四条，但不同的是使用两个舱门登机在同样的放行间隔下可以允许更多的旅客进入机舱，因此决定登机时间的不仅仅是放行间隔，旅客在机舱内部产生过道干扰和座位干扰的数量也很大程度上影响着登机时间，而这与登机策略息息相关，因此使用两个舱门登机时，各登机策略所花费的登机时间与使用前舱门时的变化趋势相似。

　　3.5 本章小结。

　　本章主要通过介绍影响登机过程的主要因素和常用参数，将经典的元胞自动机 184号规则运用于登机问题的研究，不仅考虑以往研究中机舱内的过道干扰和座位干扰，将实际登机过程中机舱门和放行间隔等不同因素考虑在内，通过仿真模拟，得出各登机策略下的登机时间。通过设置仿真参数、旅客行进规则及模型的其他基本条件，用计算机仿真，重现了实际登机情况的同时，也很好地说明了不同登机舱门的使用、放行间隔以及登机次序的不同对整个登机过程的影响，并提出各情况下登机时间较短的登机策略。