飞机就做问答题参考总结获奖论文材料.doc
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登机次序优化的探讨
摘要
乘客登机的时间优化问题一直困扰着国内外航班,航空公司希望减少登机时间来提高飞机的利用率。
本文首先模拟、分析现有五种登机模式，寻找到每种模式的优缺点以及减少登机时间的本质是要减少登机过程中发生走道干扰和作为干扰的次数。
在此基础上提出双栈缓冲并行模式,将乘客分组模式改为组对,利用飞机通道作为临时缓冲区,一次安排一个乘客组对登机入座。
仿真结果比当前最佳方案在登机时间上优化16%,对提高航空公司收益、改善服务质量和节约运营成本有着十分重要的应用价值。
关键词登机时间干扰模拟仿真双栈并行
一、问题重述
1.1问题背景
航空公司允许引领候机乘客以任何次序就座，但已经成为惯例的是首先引领有特殊需要的乘客就座，然后是头等舱的乘客就座他们坐在飞机的前部，最后引领持经济舱和商务舱机票的乘客从飞机后排开始向前按照排结组就座。
从航空公司的角度来看，除了考虑乘客的等候时间外，时间就是金钱，所以登机时间最好要减到最少。
飞机只有在飞行的时候才能为航空公司赚钱，而长的登机时间限制了一架飞机一天中可以飞行的次数。
诸如空中客车,可以容纳名乘客的大型机的发展就更要强调缩短登机（以及下机）时间的问题了。
1.2问题提出
（1）&d;q*a2|#e6L就乘客人数不同的飞机：
小型机，中型机和大型机，设计登机和下机时间的步骤并进行比较。
（2）8B8|/U）P%c1z;?
准备一份不超过两页纸（不空行打印）的实施概要，以便向航空公司业务主管、登机口执法人员以及空（地）勤人员阐明你们的结论。
二、问题假设
1.假设乘客均按登机牌号码入座。
因为如果乘客不对号人座,那么就有可能造成配载的计算重心与飞机的实际重心发生偏差，非满客时此规定尤为重要。
2.假设乘客每隔秒登机一次。
虽然乘客是连续登机的，但也需要一段时间才能完成登机，因此本文将时间均分到每个乘客。
3.假设在不超过秒的时间内每个乘客都能找到座位并就做完毕。
因为这样某乘客登机行为只可能影响到在他之后登机的一个人,对其他人没有后续影响。
三、符号说明和名词解释
：
为走道干扰因子，即单个走道干扰所花费的时间；
：
为座位干扰因子，即单个座位干扰所花费的时间；
：
每次登机过程中发生的走道干扰次数；
：
每次登机过程中发生座位干扰的次数。
四、问题分析
本文要求设计合理优化的登机、下机步骤，使乘客登机、下机的时间最小，以此来增加飞机在每个周期的飞行次数。
问题的重点在于尽可能减少每位乘客登机过程中遇到的座位干扰和走道干扰的次数。
要从定量的角度检验登机模式，我们就必须通过某种方法得到每种干扰的干扰因子（即单个干扰所花费的时间）和整个过程中所有乘客遇到的每种干扰次数之和，最后通过整合得到每种模式的登机时间。
对于干扰因子的求解，本文想通过多次模拟得到时间分布从而估算出干扰因子，此外我们还想到通过搜集现有数据得到干扰因子。
要提出一个更优的登机模式就必须基于已有的登机模式，取长补短。
因此我们决定首先模拟分析现有的五种登机模式，然后基于各种各模式的优点提出新的登机模式。
五、模型准备
5.1登机时间
值机时间是指发登机牌到旅客安检、托运行李、候机楼候机、排队登机等时间；从旅客进入飞机到在座位上坐好的时间为入座时间。
乘客登机时间是这两部分时间之和。
经波音公司调查，乘客登机时间主要来自于乘客入座时间（特别是大飞机,如A380）。
乘客入座时间来自于乘客入座的干扰,主要是座位干扰和通道干扰。
5.2现有的五种登机方式及步骤
（1）从后往前：
把乘客分为适当的几组，按一定的次序从机舱的尾部就做一直到机舱前面结束就做。
（2）区间轮换制度：
把乘客分为适当的几组，第一组从机舱前开始就做，第二组从机舱尾部就做，第三组接着第一组向后继续就做，第四组接着第二组，依次类推一直到中间都做好了。
（3）从外向内：
首先靠着窗户的就做，然后中间的就做，最后靠走道的就做。
（4）反向金字塔系统：
首先是后窗与中间就坐，然后是前窗与中间，再接着是后面的的走廊过道，最后是前面的走廊过道。
（5）没有限制：
由于人可以自主的寻找到最优的方式就做，因此不增加任何安排。
六、模型建立与求解
6.1模型建立
6.1.1干扰描述
l座位干扰：
靠在窗户的乘客入座时，外面的座位上已经有乘客就坐，这时外边的这位的乘客需要起身给刚来的这位乘客让开位置使他能够顺利入座。
如图1中A要越过B、B要越过C都会产生走道干扰。
l走道干扰：
在走道上前进的旅客遇到其他旅客阻挡,不能继续前进,需要等待；当前面没有旅客阻挡时,才可以前进。
如图1中当E就座后D/F要越过E才能就座会产生座位干扰。
图1
6.1.2乘客进舱流程图
基于以上两种干扰，本文得到了乘客进舱的大致流程图（不包括特殊情况），如图所示。
排队进入飞机舱门
每位乘客经历走道干扰、座位干扰、找到座位顺利完成就座
完成登机过程
图2
6.1.3干扰次数的计算
n走道干扰次数的计算
根据假设
（2）和假设（3），本文认为走道干扰只会发生在相邻两位乘客之间。
如果后一位乘客的座位在前一位乘客座位的前面或者前一位乘客和后一位在同一排，在这两种情况下势必要发生一次走道干扰。
因此，我们首先设置一个初值为零的变量代表走道干扰的次数，接着用随机数代表乘客模拟登机过程，登机过程中每当遇到走道干扰情况设置变量就累计加一，一直到登机过程结束。
当然对于多次模拟时我们可以先设置一元素均为零的一维数组来记录每次模拟得到的登机时间。
n座位干扰次数的计算
座位干扰只发生在同一小排中（即走道得一侧，走道两侧的同一排互不干扰）。
每位乘客有种位置可选，分别为、、，因此在同一小排的位乘客先后的到达顺序可能为：
这种情况。
因此，我们首先设置一个初值为零的变量代表座位干扰次数，接着用随机数代表乘客模拟登机过程。
对于每一位乘客，首先判断在他之前的所有乘客中是否有和他在同一排的；接着根据他们之间的位置关系判断是否发生座位干扰，登机过程中如果发生座位干扰则设置变量累计加一，一直到登机过程结束。
多次模拟时可以效仿记录走道干扰次数的方法。
6.1.4登机时间的计算
乘客登机的时间主要来自于乘客入座时间（特别是大飞机,如A380）。
乘客入座时间来自于乘客入座的干扰,主要是座位干扰和通道干扰，因此每种模式对应的干扰总时间均为：
其中：
为走道干扰因子，即单个走道干扰所花费的时间；
为座位干扰因子，即单个座位干扰所花费的时间；
、可以根据不同的机型和实际情况设置。
6.2模型的求解
模型的求解主要依赖于计算模拟各种登机模式。
利用6.1的模型计算出每种模式下多次登机时间，最后求和平均得到每种登机模式需要的大致时间。
为了定量的比较每种模式的优劣，本文利用MATLAB7.0模拟出多种登机模式，得到各种模式的登机时间。
知己知彼；百战不殆，我们首先模拟出现今经常采用的几种登机模式，得到每种登机模式的登记时间。
6.2.1模拟现有登机模式
如果我们事先对138个座位进行编码（如图3），然后我们利用随机数模拟乘客拿着登机牌入座，那么我们就可以得到对应登机实际情况的混乱程度，并且我们可以通过程序得到每位模拟乘客在登机过程中遇到的每种干扰次数，最终得到整个登机过程中每种干扰发生的总次数。
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图三座位编码
接着，根据模拟时设置的环境收集相关数据得到每种模式下的干扰因子，最后利用模型计算公式
（1）得到登机时间。
（1）从后往前
在候车室的时候先把乘客大体上分成五组排队，按照表一中不同颜色对应区域进行分组，每组中乘客顺序不做要求：
这五组依次序登机，但每一组中的乘客并没有一定得先后顺序，具体情况如表二所示（所示内容仅多次模拟中的一次）：
表一从前到后模式的分组
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表二模拟的乘客登机顺序
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注：
表格中的数值代表计算机模拟出的拿有特定登机牌的人，从第一个人开始，横向依次进入机舱，寻找自己对应的座位就坐。
从后到前模式中乘客先从机舱的尾部开始入座,直到所有旅客就坐完毕。
这种方法的优点就是走道干扰次数少,不足之处是座位干扰次数增加。
（2）区域轮换模式
按登机牌上的号码先把乘客分成5组，如表三所示不同颜色代表不同组。
这5组得按次序从小到大的依次登机，首先第一组从后面往前排，然后第二组从前往后排，然后依次奇数组从后往前，偶数组再从前往后排，直到都登机结束。
表三区间轮换模式的分组
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区域轮换模式基于从后向前模式减少了走道干扰，增加了座位干扰。
（3）从外向内
首先把乘客分为三组，如表四所示不同颜色代表不同组。
这三组得按照有外到内的次序登机。
表四从外向内模式的分组
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从外到内模式中靠近窗户的乘客先入座,中间一排的乘客其次,靠近走道的乘客最后就坐。
这种方法的优点是座位干扰次数减少，走道干扰次数增加。
（4）反金字塔模式
将乘客按照表五的颜色区域进行分组。
表五反金字塔模式的分组
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反金字塔模式基于从外到内的模式，避免座位干扰，从而也只有走道干扰。
6.2.2不同模式数据分析
从后向前模式
区间轮换制度模式
从外向内模式
反金字塔模式
双栈缓冲模式
座位干扰次数
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0
0
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过道干扰次数
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登机所需时间（min）
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109
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36.6
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对上文所述的五种模式的分析，我们发现要想减少登机时间，只有尽可能的减少座位干扰和过道干扰次数。
在座位相同的情况下，我们发现既有座位干扰和过道干扰的“从后到前“的登机模式所需的时间比只有过道干扰的“从外到内”登机模式所需的时间多，由此我们得到完成一次过道干扰所需的时间小于完成一次干扰所需的时间，所以在我们设计的新模式时候，要尽可能的使过道干扰的次数大于座位干扰的次数。
我们通过对“从后到前”模式和“区域轮换”模式的分析，发现“从前到后“模式所需的登机时间小于“区间轮换”模式所需的时间，所以所以在我们设计的新模式时候，把乘客进行分组，要尽可能的安排坐在飞机后面的乘客先上飞机。
6.2.3设计的新模式
双栈缓冲并行模式：
基于上文的分析及具体要求，我们引入了一个新模式：
双栈缓冲并行模式。
首先，将旅客分成若干组,旅客按分组序号的顺序进入飞机,偶数组按“从外向内”模式进入机舱的尾区,奇数组按”从后到前”模式进入机舱的前区。
具体情况如表六所示：
表六双栈缓冲并行模式的分组
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现在面临的问题是如何利用飞机的客舱通道进行分组,以减少旅客入座过程的干扰,加快旅客入座的时间。
为此本文设计了一种有效的旅客登机模式,即双栈缓冲并行模式,这种模式的优势在于：
将旅客分成组对，在每个组对中，偶数组的旅客按“从外到内”模式入座，2i+1组的旅客按“从后到前”模式入座。
注意到，由于飞机通道缓冲区的作用，每个组对的前一组旅客不会干扰到后一组旅客入座。
即前一组旅客入座过程与后一组旅客入座过程是并发进行的，当把两组旅客入座时间设计为相等时，前一组旅客的干扰时间可以忽略不计。
或者说，在一个组对中的两组旅客用同一个时间段完成登机的入座过程。
基于这种并行模式得到机舱分组如下:
颜色代表分组顺序，奇数组按“从后向前”模式进入,偶数组按“从外到内”模式进入。
具体步骤如下：
1、把所有乘客按照上面方法分为2N+1组。
第一组为头等舱旅客，优先进入。
2、根据飞机的座位布局、行数和列数，计算在每个组对中,前组OI旅客入座的干扰数和后组BF旅客入座的干扰数，使两组旅客入座干扰数相等。
进而划分出两组分别的旅客数量。
3、经济舱的旅客按分组序号的先后顺序依次进舱，以一个一个的组对形式，安排旅客的入座过程。
从<2,3>,<4,5>⋯⋯<2N,2N+1>，直至全部旅客都入座就绪为止。
4、优缺点比较
BF模式：
旅客先从机舱的两头入座，当两头的旅客坐满之后，中间的旅客再入座，直到所有旅客就座完毕。
这种方法的优点就是走道干扰时间少，不足之处是座位干扰时间增加。
OI模式：
靠近窗户的旅客先入座，中间一排的旅客其次，靠近走道的旅客最后就坐。
这种方法的优点是座位干扰时间大大减少，不足之处是走道干扰时间增加。
双栈并行模式:
：
结合前两者的优缺点，使旅客的分组更加优化，在并行模式的前提之下大大减少了座位干扰的时间。
七、模型评价与改进
7.1模型评价
模型优点：
（1）本文模拟了多种登机模式，根据结果分析了每种登机模式的优缺点。
（2）本文思路清晰，在分析已有模式的基础上取长补短改进登机模式。
模型缺点：
（1）我的假设过于理想，一旦发生突发情况可能导致不同的结果。
7.2模型改进
（1）对走道干扰考虑不够实际，因为走道干扰有可能发生在三个人间或四个人之间，即第三或第四个乘客要穿过前面两个或三个乘客到达之间的座位。
因此，我们可以根据情况改变对走道干扰的求解。
八、参考文献
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