基于Greenshields模型的横琴口岸旅检大厅智能排队等候系统技术应用研究

魏小强，李伟，官靖峰，宋永良，刘长山

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 珠海 519000）

1 引言

横琴口岸旅检大厅作为内地与澳门重要连接枢纽，通关效率作为交通枢纽重要评价指标。效率的高低决定了交通枢纽在经济发展中发挥的重要作用。为提升口岸枢纽通关速率，保证通关效率，本文提出采用智能排队等候系统，并对结论进行论证。

2 排队等候系统综述

2.1 通道类型

旅检大厅、车站等排队安检是旅客进站占时较长的几个环节。合理安排进站顺序，引导乘客合理有序进站，可以减少排队提升效率。排队通道通常有以下几种：

1）直线形通道：适合机场、车站多值机柜台情形，该方式通常效率高，但是通关口较少或值机柜台较少时，会浪费大量空间且顺序混乱。

2）双U互扣形：平常客流量正常时，大厅内的排队栏杆座可以摆放双U互扣形，每当节假日时就必须要换成Z字压缩形，才能确保进站口的人流秩序。再比如，展会或展览馆里面的排队栏杆座是用于禁止行人跨越、保护展品安全的一条界线，这种栏杆座根据展品情况，可摆成双U互扣形、或将展品四面包围摆放成圆形或方形。

3）S形通道：该通道适用于，值机柜台少，人流量较大的情况。该方式的主要作用为疏导混乱秩序，引导乘客有序排列，避免混乱事件的发生。

2.2 排队系统的作用

排队系统的引入，有效协调了客流量、各单位协调、乘客秩序之间的关系。系统通过入口终端引导、人流量监测、路径自定义及模式预设、窗口状态智能分析、排队出口智能提醒、快速应急疏散、人工操作模式等功能使通关更便捷。

3 横琴口岸旅检大厅概况

3.1 项目概况

横琴口岸出入境大厅分为两层：1楼出境大厅，旅客经过海关、边检区域，通过位于边检侧的智能排队通道进入澳门侧出境；2楼入境大厅，旅客通过位于澳门侧的智能排队通道进入边检、海关区域入境。每层设置7条智能排队通道。

3.2 旅检大厅通关概况

横琴口岸旅检大厅，通关情况复杂，以Q为单位时间的客流量，Qmax为最大单位时间客流量。存在Q＜Qmax，Q=Qmax，Q＞Qmax，3种通关情形。直线形通道适宜适用于Q＜Qmax情况；双U互扣形适宜Q=Qmax的情况；S形通道适宜Q＞Qmax较为拥堵的情形。单一通关系统无法适宜复杂多变的通关情况，本文论证蛇形排队通道在不同通关情况下的通关状况通过Greenshields模型分析不同系统在不同通关状况，根据权重计算各个通关系统综合通关能力，证实本文论证。

3.3 智能蛇形排队等候系统

智能排队等候系统有手动模式和自动模式两种工作状态。系统通过入口终端设备进行入口面向抓拍统计旅客人数，当旅客人数较少时，系统打开少数通道手动控制人员出入；当旅客人数较多时，系统识别切换自动模式自动打开多条通道控制人员出入。

4 基于Greenshields模型的通关分析

4.1 通道流量-密度关系

根据Greenshields模型理论，通道密度和人流量呈正比关系。当密度到达某个临界点时，行人的流量达到峰值；当密度继续增加时，人流量会呈现下降趋势，达到拥堵状态。

4.2 乘客排队密度关系

本文为验证智能蛇形排队在使用中对乘客流量的疏导作用，拟采用Greenshields模型对通关情况进行科学分析。Greenshields模型中交通量-速度公式为：

式中，V为具体通关客流速度；Vmax为通道的自由流速度；K为乘客密度，或称负荷强度；Kmax为乘客阻塞密度。

区域内单位时间线路总客运周转量N与线路长度L的比值，表示单位时间内，在单位运营长度上平均承担的客运周转量，一般计量单位为人/h或人/d，公式为：

假设大厅人员密度和通道密度的对比，根据常识，通道密度＞大厅密度；通道客流量＜大厅客流量。本文以单位时间客流量为通行能力判别依据。

通道通行情形分为3种：Q＜Qmax，Q=Qmax，Q＞Qmax。本文采用Greenshields模型公式对3种情形进行具体分析，

1）Q＜Qmax，通道客流量小于最大客流量时的状态，即K＜Kj（Kj为单位时间最大客流量时的乘客密度）。根据公式V=Q/K，当乘客流Q稳定时，密度越小速度越大，Q/K＞Q/Kj这种情况适用于客流量较少，或者小型通关卡口等情况。通道客流量小于最大客流量时，大厅不形成排队，也不形成拥堵。K=人数/通道面积，3种通道距离对比为S形＞U形＞直线形。

2）Q=Qmax为通道客流量等于最大客流量时的状态。即K=Kj，根据公式V=Q/K。当乘客流Q稳定时，Q/K＞Q/Kj这种情况适用于客流量适中，刚好达到瓶颈状态，处于排队状况但通行能力未受影响。3种通道距离对比为S形＞U形＞直线形。

3）Q＞Qmax，通道客流量大于最大客流量时的状态。即K＞Kj，根据公式V=Q/K。当乘客流Q稳定时，Q/K＞Q/Kj，这种情况客流量较大，超过最大客流量，处于排队状况。在秩序未能有序安排时，很大概率会产生拥堵。此时扩展排队区域使用S形排队系统能显著提高排队所占面积并降低乘客密度。代入公式V=Q/K，当密度K降低时，V便会显著提升。蛇形排队系统在开启S形路线时通道面积往往是直线形的3～4倍，在相同乘客的状况下扩大容量的同时，降低密度，维持秩序。

5 基于Greenshields模型与矩阵分析的排队系统综合评价

5.1 Greenshields模型速度与密度

根据上文公式（1）可得出：

如1图所示，Q=VK，当K和V达到临界值时，Q的值最大；当K持续增大，速度V会降低，流量Q也会降低。绘制乘客密度和速度对比图，如图1所示（Vf为单位时间内客流量最大时的速度）。

图1 乘客密度-速度对比图

根据图1中Q和K之间的关系判断，当流量和密度未达到最大密度和流量时，曲线斜率为正，表明通道内未达到拥堵状况；当流量和密度达到最大密度和流量时，曲线斜率为负，表明通道已经达到拥堵。绘制乘客密度与客流量对比图，如图2所示。

图2 乘客密度-客流量对比图

5.2 横琴口岸项目的Greenshields模型分析

根据横琴口岸近年来数据统计。横琴口岸大厅等候区面积为14 228 m2，根据口岸2021年统计数据6个月实现通关3 920 000人·次。设计要求日通关量将达到220 000人。横琴口岸大厅面积为14 228 m2，通关大厅区长度约为10 m。根据口岸2021年统计数据6个月实现通关3 920 000人·次。口岸乘客密度K，2021年为0.025人/（m/s）；最大预期为0.254人/（m/s）；人正常步行速度为最大为1.5 m/s。本文根据横琴口岸项目设计预期，假定未拥堵情况下最大预期为0.254人/（m/s），根据公式计算出最大客流量Qmax。已知V＞0，K＞0；求VK的最大值，可得出：

得：

表1 各状态密度-客流量-速度统计表

5.3 多种通道模式的矩阵分析

根据多种通道长度种类的不同分析，拟认为直线形通道长度为10 m；U形通道长度为20 m；S形取路径为直线形通道长度的4倍，为40 m。由于距离不同，根据K=N/L可算出：在相同面积、相同人数的同一大厅中U形密度为N/20；直线形N/10；S形密度为N/40。以日通关量为220 000人的设计要求，等候大厅为10 m为基准。根据公式对不同通道在不同乘客密度下的速度进行矩阵分析，并列出表格，见表2。

表2 不同情况下在不同通道的速度表m/s

对不同通道在不同客流量下的密度进行分析，并列出表格，见表3。

表3 不同客流量下不同通道的乘客密度表人（/m/s-1）

因为复合通道可以在不同的情形选择最优，U形通道在直线形通道密度达到最大时开启，可直接降低1/2的密度；在直线形通道拥堵时开启S形通道模式，可直接减少3/4的密度，但最大密度时仍保留为直线形最大密度，故提升了速度，提升了流量[1]。

5.4 列出矩阵

1）综合情况下通道的速度

2）综合情况下通道的密度

3）V矩阵和U矩阵相乘得出乘客流量综合矩阵Q

5.5 结论

通过Greenshields模型和矩阵分析，得出流量Q综合矩阵，Q矩阵中可以看出智能通道系统由于综合能力较强，能进行适时调整，选择最适宜的排队方式。本章节以横琴口岸项目为例，结合Greenshields模型和矩阵分析，得出以横琴口岸设计要求，证明蛇形通道系统为最适合的通关方式。

6 结语

本文通过Greenshields模型和矩阵分析分别对4种通道模式进行具体分析，结合横琴口岸项目设计要求。代入口岸日通关220 000人的设计要求和通关大厅距离，通过Greenshields模型计算乘客密度、行走速度、客流量等，列举4种方式在不同状态下速度；通过Greenshields模型计算4种模式下不同状态下的乘客密度；结合矩阵分析计算综合客流量得出智能蛇形通道是最适宜横琴口岸项目的通道模式。

作为“一国两制”下探索珠澳合作新模式的示范项目，横琴口岸是促进珠海以及珠江口西岸地区发展、促进粤港澳深度合作的新平台。智能排队等候系统可以自动检测人员流动情况，合理开放排队通道。同时，对口岸通关执勤人员而言，工作压力将减小。该系统也必然将在今后的通关口岸、火车站、机场等人员流动大的建筑中得到更多的运用。