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市区行李值机服务移动站点优化方法

胡小兵 张雪梅 周航 马一鸣

胡小兵, 张雪梅, 周航, 马一鸣. 市区行李值机服务移动站点优化方法[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
引用本文: 胡小兵, 张雪梅, 周航, 马一鸣. 市区行李值机服务移动站点优化方法[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
HU Xiaobing, ZHANG Xuemei, ZHOU Hang, MA Yiming. A Method for Improved Air Luggage Check-in Service Based on Optimized Urban Mobile Stations[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
Citation: HU Xiaobing, ZHANG Xuemei, ZHOU Hang, MA Yiming. A Method for Improved Air Luggage Check-in Service Based on Optimized Urban Mobile Stations[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014

市区行李值机服务移动站点优化方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61472041

天津市教委科研计划项目 2020KJ037

详细信息
    作者简介:

    胡小兵(1975—),博士,教授. 研究方向:复杂网络系统模型,民航安全与应急管理.E-mail:huxbtg@163.com

    通讯作者:

    周航(1990—),博士,讲师. 研究方向:计算智能,空管智能决策,计算电磁学.E-mail:enzo-zhouhang@hotmail.com

  • 中图分类号: U121

A Method for Improved Air Luggage Check-in Service Based on Optimized Urban Mobile Stations

  • 摘要: 为提高航空运输的服务质量和竞争力,克服传统城市候机楼在服务范围有限、成本高和选址难度高等弊端,提出1种基于市区移动站点(UMS)的航空旅客行李值机服务模式。UMS基于乘客的实时位置分布差异来动态调配移动站点在城市的位置,因此需要解决UMS站点布局优化问题。综合考虑乘客到服务站点的平均路径长度和乘客最大可接受距离等2个重要指标,基于服务站点位置、不同时段的客源分布和站点的最大服务容量等限制因素对2个重要指标进行约束,建立基于路网的UMS布局优化的数学模型。为满足UMS服务模式对优化运算时效性的严格要求,提出1种混合智能优化算法,采用涟漪扩散算法(RSA)求解乘客与UMS站点多对多路径优化问题,采用自适应遗传算法(AGA)高效优化UMS位置分布。以天津城市路网的实际案例与随机生成测试案例对市区移动站点和城市候机楼2种模式的各服务时段的服务质量进行比较。结果显示:在相同站点数量的情况下,乘客到服务站点的平均路径长度比城市候机楼模式减小30.9%,超出乘客的可接受路径长度比城市候机楼模式减少43.7%;UMS位置分布优化使用混合算法(RSA-AGA),其平均计算时间为377 s,比城市候机楼模式所需的平均计算时间减少了41.2%;UMS服务模式在不同站点数量和随机生成测试案例中,各项优化目标均优于城市候机楼模式,更符合乘客的实时需求,验证了UMS运营模式的优越性。

     

  • 图  1  市区移动站点服务模式

    Figure  1.  Illustration of the urban mobile station service mode

    图  2  UMS服务模式在服务时段13:00—15:00的运行过程

    Figure  2.  Operation process of UMS service mode during service time 13:00—15:00

    图  3  RSA计算多对多路径优化问题流程图

    Figure  3.  Flowchart of RSA for calculating many-to-many optimization problem

    图  4  RSA求解多对多路径优化问题的过程

    Figure  4.  The process of RSA solving many-to-many path optimization problem

    图  5  1条染色体结构图(例如:NUMSt = 3并且选择6、9和21标记的节点作为UMS位置)

    Figure  5.  Structure of one chromosome (e. g. NUMSt = 3 and the nodes marked by 6, 9, and 21 are chosen as the UMS locations)

    图  6  两阶段自适应遗传算法的结构

    Figure  6.  Illustration of the two-stage adaptive genetic algorithm

    图  7  改变突变和均匀交叉可能性的两阶段自适应遗传算法的流程图

    Figure  7.  Flowchart of the two-stage adaptive genetic algorithm varying the mutation and uniform crossover possibilities

    图  8  2019年4月25日天津市路网及客源位置示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of Tianjin's urban route network and passenger source location on April 25, 2019

    图  9  随机生成网络和乘客分布的测试中UMS和CAT的最佳站点位置

    Figure  9.  Optimal station locations of UMS and CAT in a test with randomly generated network and passenger distribution

    表  1  3种混合方法的平均计算时间

    Table  1.   Average calculation time of the three hybrid methods

    类型 平均计算时间/(s)
    RSA-GA D-GA A*-GA
    多对多路径优化算法 1 058.0 3 942.0 7 726.0
    GA 21.5 23.9 29.1
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    表  2  AGA和SA在不同乘客分布情况下进行100次试验结果

    Table  2.   Results of AGA and SA with 100 different passenger source distributions

    类型 CBOFf /km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    AGA 8.89 6.52 2 370.58 557.85
    SA 10.23 6.71 3 529.14 1 612.06
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    表  3  具有恒定数量的UMS(NUMS = 3)的结果

    Table  3.   Results with a constant number of UMS(NUMS = 3)

    服务时段 CBOFf /km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    05:00—07:00 4.16 3.08 1 081 389
    07:00—09:00 2.78 2.39 392 393
    09:00—11:00 2.36 1.79 574 391
    11:00—13:00 2.78 2.27 512 378
    13:00—15:00 2.23 1.97 262 386
    15:00—17:00 3.16 1.76 1 397 392
    17:00—19:00 3.19 2.06 1 126 417
    19:00—21:00 2.80 2.53 268 387
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    表  4  CAT不同站点数量情况下的结果

    Table  4.   Results of cases with different station numbers of CAT

    站点数量 CBOFf /km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    3 4.48 3.23 1245 663
    4 3.07 2.46 613 648
    5 2.67 2.38 289 597
    6 2.28 2.05 225 617
    7 2.00 1.89 111 634
    8 1.77 1.71 59 652
    9 1.69 1.68 6 679
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    表  5  UMS可变数量的结果(CBOFf < 3 km和C1 < 2 km)

    Table  5.   Results with a variable number of UMS (CBOFf < 3 km and C1 < 2 km)

    服务时间段 站点数量 CBOFf/km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    05:00—07:00 6 1.94 1.92 16 369
    07:00—09:00 4 1.93 1.81 115 353
    09:00—11:00 3 2.36 1.79 569 382
    11:00—13:00 4 1.96 1.58 384 411
    13:00—15:00 3 2.20 1.94 261 396
    15:00—17:00 4 1.71 1.42 288 393
    17:00—19:00 4 2.10 1.77 329 362
    19:00—21:00 5 1.91 1.91 0 347
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    表  6  UMS和CAT的调查和运营成本

    Table  6.   Investigation and operation costs of UMS and CAT

    类型 城市候机楼 市区移动站点
    资本投资(单个站点)/百万元 38.1~317.9(建造成本:5 000~40 000 m2 6.4~25.6(年租金:2 000~10 000 m2 2(特种车辆价格)
    年度运营成本(单个站点)/百万元 6.4~63.6 3.2~16.4 ≈0.6
    站点数量 3~6 3~6 12~18
    总成本(20年)/百万元 498.3~9 539.4 576.0~5 040.0 168.0~252.0
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    表  7  具有恒定数量的UMS和随机乘客分布的结果(N=3)

    Table  7.   Results with constant number of UMS with random passenger distributions (N=3)

    模式 COF /(km) C1 /(km) C2 /(km) 计算时间/(s)
    市区移动站点 服务时段1 5.70 4.48 1215 639
    服务时段2 5.61 4.31 1298 627
    服务时段3 5.67 4.34 1330 637
    服务时段4 5.82 4.45 1371 641
    服务时段5 5.55 4.31 1236 648
    服务时段6 5.57 4.34 1229 638
    服务时段7 5.35 4.15 1204 631
    服务时段8 5.53 4.29 1239 637
    平均 5.60 4.33 1265 637
    城市候机楼 7.48 4.56 2918 681
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  • 收稿日期:  2021-10-21
  • 网络出版日期:  2022-07-25

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