應用模擬最佳化於智慧機場查驗設施配置與效率之研究以 NSGA-II 結合離散事件模擬為例V5

應用模擬最佳化 於智慧機場查驗設施配置與效率之研究 以 NSGA-II 結合離散事件模擬為例 Efficiency Analysis of Optimal Immigration Facility Configuration in Smart Airports Using a Simulation–Optimization Approach: A Case Study Integrating NSGA-II and Discrete Event Simulation 簡 報 人 : 長榮大學 航運管理學系 黃 泰 林 教授 作 者 : 簡華成1 郭昱詳3 宋宥甫2 黃泰林4 日期 : 115 年 08月 25 日 中 華 民 用 航 空 學 會簡報目錄3 01.研究緒論 研究背景 航空旅運量成長迅速 →隨著全球航空旅運需求快速復甦並持續成長，IATA預測至2040年全球航空旅運 人次將較現今成長近一倍，突破80億人次。 智慧機場發展 →隨著人工智慧、大數據及資料分析技術日益成熟，機場得以運用相關技術提升營 運效率、優化資源配置，並進一步提供旅客更加智慧化與個人化的服務。 傳統靜態規劃限制 →傳統規劃多以固定需求及平均到達率作為規劃基礎，未能充分考量旅客實際到達 之隨機性與尖峰波動特性，致使設施配置難以符合實際營運需求。 最適化「Optimum」原則 →近年全球機場規劃，大原則要求設施規劃不僅考量尖峰需求，更應整合使用者行 為模型、設備特性與作業限制，以取得「介於過度與不足之間的合理設計容量」 01 02 03 044 01.研究緒論 核心問題 ✓ 旅客需求具隨機性與變動性 ✓ 查驗通關效率與營運成本需權衡 ✓ 傳統方法難以提供最佳解 本研究採用科學模擬決策支援 研究動機-兼顧效率與營運成本議題5 01.研究緒論 透過模擬分析旅客行為與 系統運作，優化人工與自 助查驗通道配置，縮短平 均等待時間，提升整體通 關效率。 以尖峰小時旅客流量為基 礎，評估各配置方案對等 待時間之影響，尋求最小 化 旅 客 平 均 等 待 時 間 。 考量人力配置與設備投資 成本，尋求成本效益最佳 化之配置方案，以降低整 體系統營運成本 建立最佳配置方案模擬評 估架構，提供機場營運單 位作為資源配置與營運管 理之決策依據。 提 升 通 關 效 率 降 低 旅 客 等 待 時 間 控 制 營 運 成 本 提 供 營 運 決 策 依 據 01 02 03 04 研究價值 透過離散事件模擬與最佳化方法，可因應旅客行為的不確定性，協助機場達成營運效能與優化旅客體驗的雙重目標。 研究目的6 02.文獻回顧與研究方法 • 將DES與NSGA-II整合於機場出境查驗設施配置問題 • 考量旅客動態行為與多目標(本研究設定等待時間、人力成本)，提供貼近實務配置方案 過 去 研 究 多 侷 限 於 單 一 方 法 ， 無 法 同 時 兼 顧 通 關 流 程 的 動 態 特 性 與 多 目 標 最 佳 化 需 求 本 研 究 整 合 D E S 與 N S G A - I I ， 嘗 試 填 補 文 獻 缺 口 ， 提 供 更 具 實 務 價 值 的 最 佳 配 置 方 案 研究類型 DES模擬 最佳化方法 多目標考量 動態旅客行為 缺口說明 本研究定位 傳統模擬研究 (僅使用DES) 僅評估特定情境， 無法提供最佳 配置組合。 方法整合創新 結合DES與NSGA-II， 兼顧流程動態性與 最佳化需求 傳統最佳化研究 (僅使用演算法) 未考慮流程動態 與旅客行為， 結果不夠真實。 數據與模型整合 以DES模擬真實流程， 提供演算法更精準的 績效評估 單目標或單一情境 最佳化研究 僅考量單一目標 (如等待時間) 無法兼顧成本。 多目標最佳化 同時最小化等待時間與 人力成本，取得效率與 成本的平衡 本研究 (DES+NSGA-II) 整合方法與多目標 考量，提供更接近 實務的最佳解。 實務應用導向 提出具彈性與可操作性 的查驗設施最佳配置的 建議 文獻回顧與本研究定位7 02.文獻回顧與研究方法 研究方法-NSGA-II+DES • 本研究DES結合NSGA-II建立模擬最佳化架構，並在多目標條件下尋求出境查驗設施配置之最佳解 整合離散事件模擬與最佳化，尋找兼顧效率與成本之最佳配置方案8 02.文獻回顧與研究方法 為了解與客通關行為與需求、掌控現況與問題，並作為出境查驗系統規劃與設計之依據，本研究進行多面 向之前期調查與資料蒐集，已建立本研究之研究參數，並更接近實際營運情況 前期研究參數設定與調查-19 02.文獻回顧與研究方法 • 依據前期實際旅客行為調查與統計資料，將旅客依通關行為選擇分為三類，並設定不同占比做為模擬基礎，比例為確保後續 模擬狀態出現非整數解或有大於實際可設置數量，將數據已取至小數點後第1位。 60.4% 30.1% 9.5% • 如特殊身分(例:軍人)、偏好人工查驗、無法使用自助報到等旅客 • 如熟悉自助設備、無特殊需求、追求快速通關之旅客。 偏好使用自助通關旅客 (傾向使用自助通道) 中性旅客 (依排隊長度選擇) • 對查驗通關方式無特定偏好，依現場排隊長度或人員引導彈性選擇 上述比例將做為離散事件模擬(DES)之旅客行為設定依據，藉以反映在不同情境下旅客之查驗通關選擇行為 固定人工通關旅客(指定使用人工櫃檯) 前期研究參數設定與調查-210 02.文獻回顧與研究方法 通關流程 本研究模擬國際機場出境查驗區，採人工與自助通關並存之配置，旅客依行為特性選 擇通道進行查驗，透過前期調查數據並依據蒐集特性訂定旅客行為選擇機制，並考量 實際空間不可能有無上限之櫃台數量，爰設置櫃台總數上限為32座(即人工+自助≤32) 出境查驗配置示意