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世博优化模型 排队论
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2010-08-24
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上海世博 如何让购票系统更加符合实际 充分利用资源
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世 博 会 优 化 模 型
黄海燕 曹东明 李自创
摘要:世博会是一个全球性的盛会,无论是从空间、还是从内容等角度来讲,涉及的
范围都非常广泛。2010 年上海世博会是由中国举办、上海承办的全球盛会,也是第一
次在发展中国家举办的综合类世博会。来自四面八方的游客络绎不绝,在世博园感受
各国的文化韵味。本文就参观世博会出现的各种情况展开讨论,提出改善的建议和意
见。
我们就不同的问题建立相应的模型进行求解,并对模型给出了评价与推广。
针对问题一,我们建立以下两个模型:
模型一,欲设计参观线路,我们首先将推荐度和排队时间列为参考因素,建立以
推荐度最高和排队时间最短为目标的多目标规划模型。运行 Matlab,分别得到全日参
观和夜晚参观两种情况下的非劣解。通过程序运行,又可知 n 的每项值时参观场馆的
剩余时间,再根据剩余时间的合理性,从非劣解中选取最优解,即确定参观的场馆个
数及对应的场馆。
模型二,在模型一的求解基础上,以总路程最短为目标,建立 0—1 规划模型。运
用 Lingo 求解,确定两种情况时适宜的参观线路。
然后就全日参观和夜晚参观两种情况对 t(参观的最长时间)赋值,运用模型一和
模型二求解。
针对问题二,我们通过整理查找的相关数据,绘出一周内每天参观的人数占总人
数的比例直方图。通过直方图,可看出周六的参观人数明显更多。就这一情况,我们
建议提高周六的门票价格,以缓解周六人群拥挤的状况,从而使周一至周日每天参观
的人数分布均匀。同时,使组织者收益更大。基于以上建议,我们对周六的门票价位
进 行 预 测 , 预 测 票 价 为 189 元 , 比 原 票 价 提 高 29 元 , 组 织 者 最 终 收 益 增 加
20.847222 万元。
针对问题三,站在参观者的角度,我们提出的第一个建议是提前开馆时间,假设
开馆时间为8:00。则t=16,仍然利用模型一进行求解。由结果可知,在理想状态下,参
观者最多可参观16个馆,比原先多参观一个馆,从而说明提前开馆时间对参观者有利。
第二个建议是增加检票口,缩短参观者排队进入世博园的时间,进而提高参观者在馆
内的参观时间。对于建议二,我们利用SPSS作回归分析,对8月16日不同时刻与其进场
人数的数据作拟合,得到两者的拟合曲线:
,
再令 ,求得 分钟,说明开馆210分钟内为需要排队的时间,此时入园总
人数 327000。同时,可求得平均每分钟每个检票口进入的参观者人数 =173人。
再根据式 (m为检票口个数),可求得 ,由此可知,当检票口个数
增加时,需要排队的时间减少。
1
关键词:世博会、建议、多目标规划、0—1规划、回归分析
一、 问题的重述
1.1 背景材料
世博会是一个全球性的盛会,无论是从空间、还是从内容等角度来讲,涉及的范围
都非常广泛。由于不受国体限制,更不受地域影响,也没有民族、宗教、文化经济水
平等因素大限制,参展国家可来自世界的各个角落,这就给主办国创造了足不出户便
可宣传自己、广交朋友的机会。同时,参展国送展的内容包罗万象,丰富多彩,并且
都是本国最具特色、最新、最先进的,东道主花较少的钱就能看到和学到很多的东西。
另外,举办城市将以此为契机,市政建设再上一个台阶。届时,四海兄弟、五洲朋友
和六方宾客云集,其中蕴藏了大小商机无数,举办国的第三产业又再度辉煌。当然,
更多的是宣传自己,推销自己,显示综合国力的机会。
世界博览会不是为了商业性的目的,而是世界上各个国家为了展示社会、经济、
文化、科技各方面的成就以及发展的前景。它的参加者主要是各个国家的政府和其他
国际经济组织。现在意义上的世博会是从 1851 年在伦敦举办的世界博览会开始的,
迄今为止已经在世界上 13 个国家和 24 个城市中举行过。举办世博会将会对举办国的
社会经济的发展起到巨大的作用,也将会对世界各国交流和合作起到很大的促进作用。
所以,世界上各个成员国都竞相地希望举办世博会。
2002 年 12 月 3 日,中国成功获得 2010 年上海世博会的举办权,实现世博史上
无发展中国家成为综合性世界博览会举办国的历史性突破。中国政府曾就举办世博会
向国际展览局作出郑重承诺,全力支持举办中国 2010 年上海世博会,全国各地也以
各种方式给予积极支持。2003 年,上海正式启动世博会的筹备工作,由于“非典”,等
客观原因筹备工作一度受到影响。经过调整,开展了组织构建、调研、举办或参与相
关活动等工作。在办博组织机构尚未正式建立的情况下,由原来的申博机构组织召开
各类国际性研讨会和论坛,参加与世博会相关的国际会议,举办大型纪念性活动,接
待国内、国外访团的参观和学习。广大群众对世博会的认知和了解度不断提升。
2 月 22 日,该回顾展和黄浦江沿岸开发周年规划成果展在上海城市规划馆揭幕,
上海世博会的倒计时钟也同时启动。世博回顾展以翔实的文字资料、300 多件实物和
400 多幅图片,回顾申博 3 年难忘的历程。世博会历史回顾展通过一系列动人的故事
讲述世博会对社会发展的影响。黄浦江两岸开发周年规划成果展向观众展示上海灿烂
的前景。该展览展期 3 个月。
1.2 基本信息
1.2.1 2010 上海世博会园区介绍
上海世博会场地位于南浦大桥和卢浦大桥之间,沿着上海城区黄浦江两岸进行布
局。世博园区规划用地范围为 5.28 平方公里,其中浦东部分为 3.93 平方公里,浦西
部分为 1.35 平方公里。围栏区域(收取门票)范围约为 3.28 平方公里。
2
园区规划
上海世博会规划方案综合步行适宜距离、人体尺度和参观者的认知度等因素,提
出了“园、区、片、组、团”5 个层次的结构布局,即:
园——5.28 平方公里的世博会园区建设用地范围,包括围栏区和围栏区外的配套
设施用地,其中浦东 3.93 平方公里和浦西 1.35 平方公里;
区――3.22 平方公里的世博会围栏区,其中浦东 2.47 平方公里和浦西 0.75 平方
公里;
片——5 个编号分别是 A、B、C、D、E 的功能片区,平均用地面积为 60 公顷;
组——12 个平均用地规模为 10~15 公顷的展馆“组”,包括浦东 8 个组和浦西 4
个组;
团——26 个平均用地规模约为 2~3 公顷的“展馆团”,每个“展馆团”可布置 40~
45 个办展单元,每个“展馆团”的总建筑面积约 2~2.5 万平方米。每个团按方便和就近
的原则,设置小型餐饮、购物、电信、厕所、母婴服务等公共服务设施。
国家馆按照该国所在洲的地理位置以“展馆团”为基本单位,划定和布置办展单元,
共分三类:第一类为自建馆,第二类为租赁馆,第三类为免费向发展中国家提供的联
合馆。
A 片区位于浦东世博轴以东、云台路以东、白莲泾以西的 A 片区,集中布置中国
馆和除东南亚外的亚洲国家馆。
B 片区位于 A 片区西侧、浦东卢浦大桥以东,包括主题馆、大洋洲国家馆、国际
组织馆和公共活动中心以及演艺中心等建筑。
3
C 片区位于浦东卢浦大桥以西的后滩地区,规划布置布置欧洲、美洲、非洲国家
馆和国际组织馆。在入口处布置一处约 10 公顷的大型公共游乐场。
D 片区位于浦西世博轴以西,拟保留中国现代民族工业的发源地江南造船厂大量
历史建筑群的特色,改造设置为企业馆。在其东侧利用原址内保留的船坞和船台,规
划室外公共展示和文化交流场所。
E 片区位于浦西世博轴以东,新建独立企业馆,设立最佳城市实践区。
1.2.2 世博园门票简介
1) 个人票类型:
1、指定日普通票 ¥200 ;
2、指定日优惠票 ¥120 ;
3、平日普通票 ¥160 ;
4、当日普通票 ¥160 ;
5、当日优惠票 ¥100 ;
6、3 次票 ¥400 ;
7、7 次票 ¥900 ;
8、当日夜票 ¥90;
注:
①、个人票即一人一票,入园当日单次出入。
②、指定日票是根据上海世博会会期参观客流预测,对可能出现的部分客流高峰日采
取限定参观日期、上浮价格、限量销售等调控措施设置的票种。指定日票分为指定日
普通票和指定日优惠票两种。
③、参考近几届世博会客流规律,结合上海世博会实际情况,2010 年“五一”假期(5
月 1 日-5 月 3 日)、“十一”假期(10 月 1 日-10 月 7 日)、上海世博会闭幕前一周
(10 月 25 日-10 月 31 日)被设为指定日,指定日天数共 17 天。
2)团体票类型:
1、普通团队票: 仅向世博游指定旅行社销售
·适用于 15 人以上(含 15 人)的团队
2、学生团队票: 仅向世博游指定旅行社和教育机构销售
·30 人以上(含 30 人)的学生团队
·指定日除外
·统一提前购票,统一预约入园
·入园当日单次出入
1.2.3 世博园场馆交通
世博园区(包括园外水门)将提供轨道交通、地面公交、水上交通 3 种交通服务方式,
4
分别设有 1 条轨道交通线、3 条地面公交线、2 条观光线、5 条越江轮渡线、4 条入园
水门航线、3 条离园水门航线。据介绍,除了园内的高架步道观光线 10、博成路观光
线 10,以及 3 条离园水上交通航线 60,其他的世博会园区公共交通全部免费。
为满足上海世博会运行期间参观者的交通服务需求,结合前期交通运行实际情况,
世博园区公共交通线路进行了优化调整。园区(包括园外水门)现设有 1 条轨道交通线、
4 条地面公交线、5 条观光线、5 条越江轮渡线、4 条入园水门航线、3 条离园水门航
线、1 条园区水上夜景游览专线,提供轨道交通、地面公交、水上交通三种服务方式。
各类交通方式的行车路线、线路及站点设置和运营时间具体的信息请登陆
http://2010.qq.com/a/20100411/000006.htm
二、 问题的分析
2010 年中国上海世界博览会 5 月 1 日正式隆重拉开帷幕。
在中国的盛情诚邀下,最终有 189 个国家、57 个国际组织确认参展上海世博会,
打破了 2000 年德国汉诺威世博会保持的 177 个国家和国际组织参展的纪录,改写了
历届世博会国际参展方数量的历史。截止到 5 月 17 日,参观者已经达到 295.68 万人,
其中 5 月 26 日一天就达到 34 万多人,热门场馆出现了排队几个小时的现象。
面对以上人群拥挤、等候时间长等降低参观者满意度的现象,作为组织者,就馆
外的排队秩序、门票的销售,馆内的交通安全等要做出更合理的改善。作为参观者,
在参观世博园之前,必定会搜索相关的资料,最终确定参观场馆的类型。本文我们就
上海世博会的近况,分别站在组织者和参观者的角度提出我们的建议和意见。
对于问题(1),参观者欲确定参观线路,关键在于确定参观哪些场馆。因此,我
们首先着手解决这一关键问题。通过资料搜索,我们将资料中的推荐程度和平均排队
时间作为参考因素选择场馆。先对场馆的规模赋权值,有超小型、小型、中型、大型
和超大型这五种场馆,分别赋权值为 1、2、3、4、5,再假设在这五种场馆中参观的
时间分别为 0.5 小时、1 小时、1.5 小时、2 小时和 2.5 小时。通过以上步骤后,再以
推荐度最高和排队时间最短为目标,建立多目标规划模型。就全日参观和夜晚参观两
种情况,运行 Matlab,对 n 赋值(n=1,2,……),确定 n 的最大值,即白天或夜晚
最多参观的场馆个数。与此同时,我们可以得到 n 的每一种情况下的参观剩余时间,
选择最合理的剩余时间,确定两种情况时参观者参观的场馆个数及对应的场馆。解决
了这一关键处后,我们再以总路程最短为目标,通过 0—1 规划并利用 Lingo 求解,确
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