基于排队理论的公墓祭扫服务系统建模与仿真研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 1.69MB 57 页 15积分
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目 录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ·······················································································1
§1.1 研究的背景和意义 ............................................................................................1
§1.1.1 研究背景 ..................................................................................................1
§1.1.2 研究意义 ..................................................................................................2
§1.2 国内外研究现状 ................................................................................................2
§1.2.1 有关排队论的应用研究现状 .................................................................2
§1.2.2 有关人流的研究现状 .............................................................................3
§1.2.3 有关排队模型仿真的研究 .....................................................................3
§1.2.4 有关 Extend 的研究现状 ....................................................................... 4
§1.3 论文研究内容 ....................................................................................................5
第二章 排队理论基础 ············································································ 7
§2.1 排队论概述 ........................................................................................................7
§2.1.1 基本的排队系统 ......................................................................................7
§2.1.2 排队系统的基本组成 ..............................................................................8
§2.1.3 排队系统的主要指标 ............................................................................12
§2.1.4 经典排队系统 ........................................................................................12
§2.2 排队系统模型条件 ..........................................................................................13
§2.2.1 公墓系统概况 ........................................................................................13
§2.2.2 公墓祭扫人群数据的收集 ...................................................................13
§2.2.3 公墓排队系统的构建及基本假设条件 ................................................13
§2.3 公墓祭扫人群数据来源及相关参数分析 ......................................................14
§2.3.1 祭扫人群到达时间间隔分布拟合 ........................................................14
§2.3.2 公墓服务系统容量的确定 ....................................................................16
第三章 祭扫人流量影响因素分析及其时间特征模型 ··································· 19
§3.1 清明祭扫人流量数据影响因素分析 ..............................................................19
§3.1.1 影响祭扫人群总数量的主要因素 ........................................................19
§3.1.2 影响祭扫人群流量时间分布的主要因素 ............................................20
§3.2 公墓及人流状况 .............................................................................................21
§3.2.1 公墓祭扫人群时间特征分析 ................................................................21
§3.2 祭扫人群到达时间特征模型 ..........................................................................24
§3.2.1 到达人群流量标准化处理 ....................................................................24
§3.2.2 公墓祭扫人群到达时间特征模型 ........................................................24
§3.2.3 公墓祭扫人群离开时间特征模型 ........................................................26
第四章 公墓祭扫服务系统仿真建模 ························································ 28
§4.1 系统仿真概述 ..................................................................................................28
§4.1.1 仿真系统及仿真模型的分类 ................................................................28
§4.1.2 仿真的优缺点 ........................................................................................29
§4.1.3 仿真常使用的软件工具 ........................................................................30
§4.2 Extendsim 仿真软件简介 ............................................................................... 30
§4.2.1Extendsim 主要功能 .............................................................................. 30
§4.2.2Extendsim 的特点 .................................................................................. 32
§4.3 Extendsim 仿真模型的基本功能及建立 ....................................................... 32
§4.3.1 排队系统仿真模型的基本功能 ............................................................33
§4.3.2Extendsim 仿真主要模块 ...................................................................... 34
§4.3.3 建立公墓排队服务系统仿真模型 ........................................................35
§4.3.4 模型校核与验证 ....................................................................................39
§4.3.5 运行仿真模型 .......................................................................................40
第五章 仿真结果分析 ···········································································42
§5.1 仿系统的主要指标分析 ..................................................................................42
§5.2 调整仿真模型部分参数 ..................................................................................42
§5.2.1 改变到达过程中的人流量 ....................................................................42
§5.2.2 改变市民祭扫时间 ................................................................................44
第六章 结论与展望 ··············································································47
§6.1 结论 ..................................................................................................................47
§6.1.1 全文总结 ...............................................................................................47
§6.1.2 存在的不足 ...........................................................................................47
§6.2 工作展望 .........................................................................................................48
参考文献 ··························································································· 49
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ··································53
一、论文 ..................................................................................................................53
二、科研项目 ..........................................................................................................53
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
清明节，又叫踏青节，按阳历来说，它是在每年的 4月4日至 6日之间，是
我国传统节日，也是最重要的祭祀节日，是祭祖和扫墓的日子。直到今天，清明
节祭拜祖先，悼念已逝的亲人的习俗仍很盛行。扫墓俗称上坟，祭祀死者的一种
活动。汉族和一些少数民族大多都是在清明节扫墓。
近些年还作为国家的法定假日，在欢度节日的同时也将面临另一个难题—人
流、车流拥堵。在 2009 年仅在上海清明期间就有 700 多万名市民出行祭扫，而其
中有三分之一的扫墓市民会在清明当天参加祭扫。因此，拥堵问题很难避免。显
然，解决或缓解清明期间的拥堵成为一个亟待解决的重大课题。这个的问题特点
是短时间（清明节祭扫日仅为 5天）、小空间（仅在公墓范围内），高密度的人流
等，这个问题也可以运用一些数学模型、物理模型或利用仿真软件进行模拟和实
验，以帮助人们解决现实中的人流拥堵问题。
上海散布于各区县的 40 多家公墓，为排堵经济提供了一定量的研究对象。从
排堵经济的高度看，要得出某种排堵手段对排堵的灵敏度，就必须在某一个“样
本”（例如某一个公墓）中进行定量的试验。40 多家公墓为这种严谨的科学试验提
供了很好的对象，本文将上海某地区的一个公墓作为研究对象进行实验，为解决
拥堵问题提供理论支持。
§1.1 研究的背景和意义
§1.1.1 研究背景
在古代，清明节期间的活动不仅仅是祭祖扫墓，民间还有踏青、植树、放风
筝、荡秋千等一系列饶有情趣的风俗活动，而这些活动如今已经基本消失，扫墓
几乎成为清明节唯一的重要活动。2009 年清明节期间全国祭扫群众超过 4亿人次，
其中上海的祭扫人流车流集中“井喷”，祭扫大军将达 700 万人次、车流 60 万辆
次，成为各大墓园面临的首要问题。而且上海在全国范围内属于老龄化比较严重
的城市，这使上海将在较长时间内死亡人口呈现增长趋势，也就是说清明期间将
要参加祭扫的市民将逐年增多，拥堵情况也将不断升级。除此之外，自 2008 年起，
国家还颁布了一项很重要的政策，即国务院将清明节与端午节、中秋节作为传统
节日定为法定假日。使得清明节期间很多的上班族也加入了祭扫大军，使祭扫人
流、车流更为集中、更拥堵，这一政策使得相关部门在清明祭扫时期的管理工作
更为严峻。
基于排队理论的公墓祭扫服务系统建模与仿真研究
2
清明节祭扫高峰时期的车辆的拥堵、人流集中、拥挤现象严重，为保证上海
市民祭扫出行安全、减少由于自然和人为造成的各种灾害（例如、火灾、踩踏、
连环性交通车祸、大面积和长时间交通瘫痪等现象）。做到有准备、有对策，防患
于未然，对未来祭扫高峰时段的人流特征进行分析以及仿真模拟是非常必要的。
§1.1.2 研究意义
清明祭扫属于大型活动，人流数量大，聚散频繁、集中等特点。对于这种人
流大量聚集和分散的祭扫活动，研究人流的分布特征，有助于构建活动安全问题
的系统框架。如果对人流管理系统合理，将有助于解决人流拥堵、交通瘫痪，甚
至会危害到人员安全的等各种问题。面对各种情况，也将更加方便民政、公安、
交通、城管等各部门的协作管理，有效的处置出现的各种紧急情况。
在服务行业中，公墓服务系统是一种比较特殊的服务系统，而由于每年公墓
使用率的增加，祭扫人数也不断增加，特别是在传统节日—清明节期间，公墓服
务系统所面临的服务问题也变得越来越严峻。由于人们集中祭扫，祭扫园区会在
短时间内聚集大量的人流，使得发生突发事件的可能性大大增加，如踩踏、发生
意外或在等危险时的疏散问题等。怎样在这种特殊时期做好有效、有序的管理，
尽量减少危险发生成为一个值得研究的问题。因此，本文通过结合排队理论，构
建排队服务系统，并进行服务系统的模拟仿真，获取相关参数；通过仿真模拟改
变系统中条件，做到防患于未然，以减少危险发生，是本文研究的目的。
§1.2 国内外研究现状
§1.2.1 有关排队论的应用研究现状
排队论应用研究 排队论是运筹学的一个分支，又称随机服务系统理论或等待
线理论，是研究要求获得某种服务的对象所产生的随机性聚散现象的理论。排队
论起源于 1909 年丹麦哥本哈根电话公司 A.K 爱尔朗发表的题为《概率与电话通话
理论》一文。排队论起初是与电话呼叫中心、通信问题[1]相关，其显著特征是解决
系统中随机到达、等待服务的排队问题。
目前，排队论在服务事业得到了广泛应用，如在城市服务性行业中，银行服
务系统[2]、超市收费系统[3]、公路收费系统[4]、医院门诊服务系统[5]等方面无一不
是应用到排队理论；在城市交通方面，黄本笑在《基于排队论的公交站点停车位
优化及实证分析》[6]中以排队论为理论基础，结合武汉市公交运营实际情况，通过
用排队模型评价公交站点现有停车位的合理性；沈艳松在《基于排队论的地铁站
台设施客流延误分析》
[7]中通过对地铁站台乘客的疏散过程分析，利用确定性排队
第一章 绪 论
3
论方法，建立地铁车站楼梯和自动扶梯设施的简化客流延误模型。然后，根据一
组假设的数据，运用该模型模拟分析车站站台乘客在楼梯和自动扶梯设施处的延
误状况。
由此可见，排队论的应用范围十分广泛，几乎遍及人类活动的各个领域，且
日益深入到国民经济各部门的设计和生产中去。在许多尖端科学技术部门，例如
自动控制系统的可靠性问题，核子物理学等应用排队论亦有广阔的前景。
§1.2.2 有关人流的研究现状
人群拥挤踩踏事故的发生极其突然，且社会影响重大。澳大利亚的 Lee 等[8~9]
利用公开事故数据，引入连续行人流模型并通过实例对人群拥挤和踩踏事故分别
进行定量分析，并预测了人群行为规律；目前，国外对人群的研究主要体现在对
人群动力学的研究，即通过构建相关的宏观或微观模拟模型来分析正常或紧急状
况下的人群行为。
张青松 [10]对人群拥挤踩踏事故最容易发生的“滞留”阶段建立了滞留人数定量
计算模型 SCM，用于反映人群拥挤程度随时间的变化；此外，还有偏重于社会管
理方面的对人群拥挤踩踏事故的研究。胡志莹等[11]总结大型社会活动造成人群拥
挤事故的主要原因，提出了全过程集中化管理的大型社会活动人群拥挤事故防范
系统；寇丽平 [12]对群体挤踏事件发生的各种原因进行分析，提出了避免此类事件
发生的预防措施。
国内外对人群动力学研究的相关计算机模型将人看作连续流动介质的宏观模
型，可以直接利用流体力学的相关研究成果。宏观模型最早由 Fruin[13]提出，后来
又出现了排队模型[14]、路径选择模型[15]和随机模型[16]等。
§1.2.3 有关排队模型仿真的研究
排队模型的仿真的研究涉及很多方面，如交通、商业、军事等领域均有研究，
下面介绍以上几方面的部分研究成果。
在交通运输方面，何倩在《排队系统仿真在高速公路收费站中的应用》[17]中
对高速公路收费站交通流特性进行分析，建立收费站排队系统模型，并运用 C++
语言编程对收费站的排队系统模型进行仿真，得出了系统中车辆的平均等待时间
等；苗明在《港口集装箱装卸工艺系统仿真优化研究》[18]中基于离散事件系统建
模与仿真优化方法对港口一个作业路的机械设备进行最优配备。
在军事方面，贺川的《基于排队论的防空武器系统效能仿真》[19]一文中以使
用Visual C++模拟排队论模型为例，介绍了实现防空武器系统效能仿真的方法，分
析了实现 Visual C++仿真排队论模型的要点，同时分析了模型中变量的取值范围与
基于排队理论的公墓祭扫服务系统建模与仿真研究
4
意义，对解决效能仿真问题具有借鉴价值。
宋振峰在《基于 Matlab 的M/M/m 排队模型的仿真》
[20]中使用基于事件调度(ES)
的离散事件的仿真方法，以静态仿真的思想实现动态系统的仿真，利用 Matlab 语
言对 M/M/m 模型进行了仿真；倪菊等人在《基于虚拟现实的地铁客流仿真系统的
实现》[21]一文中，针对对地铁客流的各种状况提出了基于虚拟现实的地铁客流仿
真系统的设计思想和实现方法，并根据抽样数据建立了泊松分布数学模型，产生
泊松分布的随机数来模拟客流数，并应用三维技术最终实现地铁客流的三维仿真。
在生产方面，许洁在《基于排队论的在线订单生产系统指标优化与仿真》[22]
中针对具有交货时间上限的在线定单生产系统，建立一种基于排队论的批到达蒙
特卡洛仿真模型。并运用 MATLAB 软件仿真，验证模型的正确性。
在商业方面，李军在《排队论和 Witness 在超市服务台优化》[23]一文中应用工
业工程的思想和排队论的方法，以及 Witness 软件对收银台前排队过程进行仿真，
并改善方案，提高超市服务效率。
除以上仿真软件及仿真语言外，还有基于 Arena[24]、Extend 等仿真软件应用于
排队模型仿真。下面着重介绍一下 Extend 在应用方面的发展。
§1.2.4 有关 Extend 的研究现状
在本文中，我们采用的是仿真软件 Extend 的升级版本 Extendsim，它是由美国
Image That 公司于 1988 年推入市场的可对离散和连续时间系统仿真的高灵活性、
高扩展性仿真平台。作为通用仿真软件，其对常见系统都可以进行建模和仿真，
并可以动画显示整个系统的工作过程，直观、生动。Extendsim 软件不仅功能强大，
界面友好，而且操作简单。我们可以使用 Extendsim 开发很多领域内的实时过程的
动态仿真模型。目前 Extendsim 用的最多的是在工业、物流、商业等领域。
在Extend 的使用方面，国内目前有一部分企业已经开始使用 Extend 进行仿真
为其决策提供支持，例如宝钢的冶金铁路网建设与使用决策系统。国内也有学者
开始使用这种软件来模拟实际问题，如陈冲的基于 Extend 的大型露天矿卡车调度
系统仿真[25]，张英的基于 Extend 的排队规则仿真研究等[26]，以及施围的基于 Extend
的物流仿真系统[27]等。
国外与此相关的文献较多，如 Benjamin Wang，Robert E.Manning[28]，John
R.Clymer[29]，L.F.Perrrone，F.P.Wieland[30]，Janis Trone，Angela Guerin，Amber D，
Clay[31]在机场协调，解决航空港流量，安检口的安检效率、垃圾投放、生产调度、
物流网络等等很多方面的问题都有相关的模拟模型。
摘要：

目录摘要ABSTRACT第一章绪论·······················································································1§1.1研究的背景和意义............................................................................................1§1.1.1研究背景...................................................................................

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作者：陈辉 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：57 页 大小：1.69MB 格式：PDF 时间：2024-11-19

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