全国大学生交通科技大赛论文集7

基于Arena的客运站系统仿真建模

朱凯，陈绍辉，张灿，刘斌，林俊

（武汉理工大学交通学院，武汉，430063）

摘要：本文采用面向对象的思想，基于Arena离散仿真平台对汽车客运站运营情况进行了仿真建模，使之成为进行分析、评价的决策辅助工具。该系统目前可以用来研究汽车客运站运营效率、运营方案预测、分析客运站系统瓶径、服务效率、资源配备和员工工作强度等一系列问题。该系统充分发挥了计算机仿真技术的优势，使用方法简便，运行结果可靠，能够较好的反映客运站在不同条件下的运营状况。同时，该系统在运用计算机仿真技术进行场站建模方面有了一定的创新，为后继研究奠定了基础。

关键词：Arena，系统仿真，建模，客运站

1．简介

1.1 研究背景

汽车客运站是客运车辆和旅客集散的场所，是重要的社会公益设施，是使旅客和货物产生空间位移的起点和终点。它与其他类型的客运枢纽一样，不仅是交通运输的重要枢纽，而且是城市精神文明和物质文明建设的窗口。在旅客运输过程中，客运站始终起着组织、协调、指挥、服务的重要作用1。因此，重视公路汽车客运站的作用，加强公路汽车客运站的建设，切实解决汽车客运站建设中存在的问题，对实现交通运输的目的、促进公路运输事业的发展具有重要的意义。

目前，有很多方法对客运站规划进行相关研究，主要集中在站址选择、平面布局、设施、管理等方面。然而由于整个客运站系统过于复杂，系统中存在大量随机事件，都直接影响系统中各个环节的运作，从而对整个系统的服务水平和成本等因素产生影响。比如乘客到达客运站方式所呈现的高峰和平峰变化，乘客在售票窗口、检票口、信息咨询等环节的时间消耗，乘客提前抵达车站的时间，乘客在客运站系统中的移动时间等，往往受各种因素影响而呈现随机变化。而经典的数学分析方法在处理这类问题的时候，由于受建模难度和计算可能性的限制，只能对现实进行大量抽象和简化，从而导致分析结果与实际偏差甚远。这也使得客运站设计人员和管理人员在面对各种布局方案和管理方案的研究时，特别是涉及到其服务水平和效率方面的研究时，往往都只能做定性分析，而无法进行深入的定量分析。因此需要采用一种新的研究方法，来对客运站中这类问题进行研究，从而辅助场站设计和管理人员进行科学决策。

1.2 研究目的

计算机仿真技术的出现，为此类复杂系统的分析提供了一个有力武器。随着计算机功能的不断强大和各种应用软件的开发使用，计算机仿真技术已经逐渐深入到交通、物流、管理、规划等各个领域并取得丰富成果。如果可以将计算机仿真技术应用到客运站效率分析上，将客运站的平面布局方案、流线组织方案、各种资源的配备、各环节的服务时间、以及乘客的到达方式作为参数输入到一个仿真模型中，通过计算机仿真运算，求解系统中关心的各种指标值，从而为场站设计人员和管理人员提供决策参考依据，不仅能极大地提高工作效率，而且也可以避免大量调查工作，节省支出。

1本文中如无特别指出，所提“客运站”一词均指汽车客运站

本次研究的目的之一，就是利用计算机仿真技术，开发出一套可以方便汽车客运站设计和管理人员进行方案预测、结果分析的计算机辅助设计/管理的工具软件，从而提高设计和管理人员的决策效率和科学性。其次，也希望通过此次研究，了解和学习利用计算机仿真技术在场站建模方面的应用，从而为后继研究奠定基础。

2．利用系统仿真方法研究汽车客运站系统

2.1 系统仿真方法的优点

系统仿真作为一种系统建模方法与工具有着诸多优点。仿真模型不仅可以用于系统预测，而且有助于系统决策，特别是对规模较大、难以进行数学分析或物理试验的系统，应用系统仿真模型更能显示其优越性。

采用系统仿真的方法来研究客运站问题，其具体优势表现在以下几个主要方面：

(1) 应用仿真技术对客运站系统设计及参数进行广泛的测试，进而优化系统设计，节省人力、物力和财力。客运站是一个复杂系统，其各个环节存在大量的设计参数或运行参数，这些参数不仅对其所在环节本身会产生影响，也可能会对整个客运站系统产生影响，参数间的相互关系十分复杂。建立仿真模型，可以将这些参数作为系统的输入值，这样就可以利用模型的运行求解，分析各种不同参数的组合下，客运站系统的运行状况，在结果分析的基础上进行客运站系统的优化设计和管理。

(2) 仿真技术可以放大或者压缩时间，从而在短时间内分析客运站系统的长期运行状况，或者在长时间内细致考察客运站系统的瞬时状态变化。一般用数学模型建模的方法进行方案求解，受到其建模难度的影响，往往只能就某特征点进行分析，而无法对系统整个运行周期进行综合分析，所得到的结论因而不全面，比如客运站系统运行一天或者一周甚至一个月的综合表现状况等。而系统仿真可以充分运用计算机的强大功能，在短时间内展现客运站系统现实中需要长时间才能到达的结果。而另外一方面，在某些特定点或特定时刻上，又可以展现其事件发生的细致过程。这都可以快速和方便的使得设计和管理人员深入了解整个客运站系统。

(3) 有助于分析系统变量间的相互作用及对系统行为的影响程度。客运站系统十分庞大及复杂，其系统变量之间的关系也十分复杂，有些甚至不易了解。可以借助系统仿真建模，在运行过程中或其结果分析的基础上，来了解系统变量间的相互作用，以及其对系统行为的影响，从而进行科学的决策。

(4) 分析系统的瓶颈，克服系统的不利约束。利用仿真模型的结果分析和其动画表现，可以快速的发现客运站系统中出现的瓶颈。比如某检票口处的排队时间过长而影响发车准点率，或售票窗口的排队数量快速增加等。进而采取直接或间接的方法（决策）去影响系统的参数输入，并再次运行仿真模型，以观察问题是否得到解决，或是可能会产生其他问题等。(5) 可以定量地描述系统，与定性分析相互验证。受到数学模型建立难度和求解难度的限制，类似客运站这种复杂系统无法很好的建立数学模型，所以采用传统的方法往往只能对其进行定性分析或简单的定量分析，而无法进行系统的、深入的定量分析。系统仿真由于是对真实系统的抽象再现，其优势本身就决定了可以进行深入的定量分析。再结合各方面的定性分析，就可以为客运站设计和管理者提供更加科学的制定决策的依据。

(6) 对系统进行因果分析，以便预测与控制系统；如第3点指出，再结合系统变量间分析的基础上，就可以确定和发现客运站系统各环节间的因果关系，从而为发现和寻找方案提供思路。

(7) 仿真过程中所提供的动画效果可以使系统研究人员和管理人员通过动态图像，直接观察系统的运行，找出系统设计中可能存在的缺陷和展示系统的有效性；