基于复杂系统控制的景区游客时空分流导航管理研究，本文主要内容关键词为：景区论文,游客论文,时空论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
当前，复杂系统理论的应用研究已经不再局限于研究纯粹的物理系统，从系统的角度对服务过程进行跟踪控制研究已经引起了大量学者的关注。而在旅游景区，基于实时调度数据进行实时动态仿真预测，进一步反馈指导调度决策，从游客分流管理角度构建景区管理耗散结构，目前还没有相关文献进行研究。按照马斯洛的需求层析理论，经济的发展使人的低层次物质需要基本得到满足，其对人们行为的激励作用逐渐降低，高层次的需要将取而代之，成为激励人们行动的主要动力。旅游业作为一种新兴的服务业，适时满足了人们日益增长的这种高层次需求，从而为旅游地的经济发展做出贡献。然而，当旅游地游客规模发展到一定程度，生态环境的恶化就会通过环境承载力来限制游客规模的继续增长，这也间接限制了旅游地经济的持续发展和潜在游客的需求[1]。因此，如何在相对固定的景区旅游环境承载力约束下，借助先进的通信技术，通过构建旅游地复杂系统的实时监控与管理调控系统，充分挖掘景区旅游资源的潜在承载力，使景区旅游进入复苏阶段，这对于景区旅游可持续发展意义重大。
2 景区游客分流复杂系统的控制思想
对于一个系统来说，控制的首要目的是达到满意的性能指标；另一目的是消除浑沌所呈现的不稳定现象[2]，研究系统一般演变规律就是要探索系统状态的变化规律[3]。景区游客分流系统的复杂性之一在于其分流的对象是人，人的从众心理使景点之间的客流量在某一时间段上呈现出特定的空间分布律，形成系统熵增；相反，人对于拥堵的排斥心理则构成该空间分布律的分流需求。景区游客分流系统的另外一个复杂性是由作为子系统的景点负荷在时间和空间上的耦合关系所形成的。这种耦合关系在一定程度上反映了旅游系统的某种分流秩序，而该分流秩序实质上是对系统状态变化的反映。景区游客分流系统的第三个复杂性体现在上述系统状态变化的随机性上，这种随机性决定了对系统预测控制的动态性。因此以形成景区管理耗散结构为目标，从时间维度划分系统将有助于研究的深入进行。
图1 九寨沟旅游部分景点负荷均值与峰值
景区通常会出现周期性的短期局部饱和与超载现象，因此努力控制游客接待数量是景区管理中的一项重要工作，但这必将导致景区经济效益受损，以九寨沟为例，图1显示其景点负荷均值都小于50%，但很多景点负荷峰值超过了80%，另有一些景点负荷峰值低于20%，景区内景点负荷很不均衡[4]，而且实际游客规模还未达到景区环境容量时，就明显感觉到分流压力，该现象已经影响到景区的可持续发展。应该注意到：旅游环境容量是一个容量体系，景区中各景点的最小值容量决定了整个景区的环境容量值，于是，在景区管理实践中，应该对各景点游客数量进行实时监控，采用时空分流的方法来缓解景区局部景点的旅游饱和与超载压力[5]，Calow认为可以通过对生态环境进行管理和调控，使系统达到“最佳状态”[6]。Steven R.Lawson等建立计算机仿真模型对Arches国家公园的景区社会承载力进行实时监控和适应性管理[7]。这些研究证明运用计算机仿真模型来监控景区客流状态并给出实时调控方案是可行的。本文尝试从复杂系统控制的角度研究在有限容量的景区空间内，以旅游日为旅游周期，研究游客分流导航管理的耗散结构体系构建过程。根据景区旅游特点，采用三阶段的动态离散系统进行探索性分析，后期将对每个阶段进一步进行实证研究，使景区形成时空有序结构。
3 景区动态分流反馈控制系统分析
3.1 初态阶段—聚类分流
图2是九寨沟2001至2007年10月3日各时段平均进沟人数统计图。分析可知，有88.3%(共19386人)的游客集中在早晨7：30～10：00进沟，因此初态阶段要解决的主要问题是如何用有限的观光车迅速将沟口的游客疏散到不同景点，以降低该时段游客对沟口的压力，同时满足分流区域的环境容量限制，我们称之为初态分流。
图2 2001年至2007年10月3日平均进沟人数时段统计
3.2 稳态阶段—实时预测反馈调度分流
稳态阶段主要针对初态分流后景点之间客流的时空导航过程进行研究，也是本文研究的核心内容。研究发现，在同一时刻，不同景点的负荷状态存在较大差异，用能量观点来看各景点的负荷状态，某一景点的负荷越大，表明该景点相对于其下游景点的势能(称为负荷势，简称势)越大。实际上，景区存在局部饱和与超载现象是对各景点之间存在显著负荷势的应证，正是负荷势驱动客流从高势景点向低势景点流动，但由于旅游羊群效应的存在以及旅游路线的相对固定，某段时间内系统状态趋于孤立系统的平衡状态，此时系统熵值最大。必须通过分流行为，将系统转为开放系统，不断与外界进行状态信息交换，以形成旅游耗散结构。
3.2.1 基于马尔可夫过程的动态预测引擎
3.2.2 基于系统动力学的仿真预测引擎
景区内游客的旅游过程可以看成由一系列排队子模型组合而成的系统，各排队子模型相互作用，通过串行连接或并行替代，从而达到各景点之间的预测分流效果。对于单个景点，某时刻影响其负荷变动的因素主要有：该景点的游客逗留时间、当前景点对其下游景点的负荷势、上游景点对该景点的负荷势、分流时间等。图3比较详细地描述了景点分流影响因素之间的关系。
图3 分流系统演化反馈图
考察某个景点，其负荷是当前逗留人数与景点容量的比值，景点负荷增大，将促进游客分流速率，抑制游客向当前景点的汇流速率；当前景点的分流速率取决于当前景点与其下游景点的负荷势，负荷势越大，当前景点的游客分流速率就越大，这将造成下游景点负荷上升，当前景点逗留人数下降→负荷下降，于是两者之间的负荷势缩小→分流速率减小；同样，当前景点的游客汇流速率取决于上游景点与当前景点的负荷势；上游景点若某景点的游客逗留时间较长，则其逗留人数不断增加，进一步增加了游客无效逗留时间，形成恶性循环，直至拥堵；以上因果关系图仅描述了反馈结构的基本方面，不能表示不同性质变量的区别，进一步用流图表示，可得到单景点排队子模型的系统动力学模型。
图4 单景点系统动力学模型
当前景点及其上下游景点的负荷势影响着汇流速率和分流速率。由以上分析可知，景区预测系统是随时空演化的复杂适应系统，各要素在相互适应的基础上耦合在一起，通过调度系统实现与外界物质、信息流的交换，不断修正预测参数，完善预测系统的结构与功能。
3.2.3 基于耗散结构理论的仿真调度引擎
景区游客分流调度问题是具有复杂性的问题，它一方面要满足分流需求，尽量提高游客满意度；另一方面，由于其活动范围在自然景区，因此要考虑景区的可持续发展，既要均衡各景点负荷，还要避免交通阻塞。因此，如何在景区已经建立的信息系统基础上，根据及时反馈的预测信息，合理制定景区内车辆调度方案，实现景区旅游可持续发展是景区车辆调度系统研究的根本目的。据上文所述，景点之间的负荷势决定了分流速率，该分流速率即为仿真调度的输入需求，用N表示景区中景点个数，
某时刻分流行为发生在吸引力达到一定水平的吸引子上。每次分流行为结果反馈至预测引擎，对系统产生一个效用值，对资源的调度及选择的分流下游景点应该满足该效用值最大化，使得系统向有序化发展，逐步形成耗散结构。
3.3 终态阶段—汇流
终态阶段景区的客流方向相对固定，都指向沟口，是初态阶段的逆向过程。但与初态聚类分流有很大区别：初态阶段游客相对集中，此时车辆的容量利用率一般较高，因此其目标主要是游客分流时间最小化(兼顾分流点的承载力)；而终态阶段，在经历了稳态阶段的实时预测反馈调度分流后，景区内的客流分布相当分散，此时必须要考虑车辆容量的利用率，否则可能造成潜在的汇流拥堵现象和经济效益问题。
4 景区动态分流反馈控制系统结构
以上稳态分流分析过程，需要结合预测及调度算法模块、仿真运行引擎、人机交互模块、实时信息收集器(RFID)以及相应数据库等硬件设施才能得以实现。这些模块之间的交互作用，可以用图5表示。
图5 实时预测反馈调度分流控制系统结构
前期基于门禁分流的景区旅游线路设计是稳态预测分流的基础，结合RFID反馈的初态聚类分流结果，推进仿真钟，进行Δt内的一步游客流预测，产生t+Δt时刻景区状态及Δt内各景点之间的客流量；使用调度引擎，得出Δt内的车辆调度方案，展示给调度中心；调度中心参考仿真调度方案进行实际调度，调度后的景区状态通过RFID收集并反馈修正基础信息库；将仿真钟时间回滚，回到预测前的系统状态，按照实际调度数据将仿真钟推进到当前时刻，输出预测调度与真实调度方案的性能指标值，并计算一次调度产生的系统效用，提供给人及交互模块进行分析，以便改进模型算法或为景区调度管理人员的实际调度行为提供智力支持。至此，系统模型完成了一步仿真预测调度。使用修改后的模型再次进行一步仿真预测调度，以此类推，便形成一整天的预测反馈仿真调度结果。
5 结语
将仿真预测与实际调度指令相结合，形成与实际同步的实时预测反馈调度系统，有助于及时发现行进中的突发事件，采取相应措施，形成具有自学习性能的仿真调度系统。研究不仅为景区旅游规划者提供了游客调度方案的智力支持，更重要的是解决了现今旅游环境承载力理论研究缺乏综合性、系统性、动态预测和实时调度的问题，使旅游地可持续发展战略切实可操作。
本文从对九寨沟个案的研究出发，以复杂系统控制论为理论基础，按照时间维度对系统进行划分，以形成景区分流管理耗散结构为目标，将整个研究分为初态阶段的聚类分流、稳态阶段的实时预测反馈调度分流和终态阶段的汇流调度三个阶段，并阐述了本次研究的整体框架，其中稳态阶段的实时预测反馈调度部分采用面向对象的实时预测和基于耗散结构理论的仿真调度两个引擎来实现。由于本文的研究重点在于阐述整个研究的实现框架，因此第3节中并没有进行针对性分析，所提出方法的正确性和有效性还有待后期研究中用实际案例进行佐证，因此，各子系统的具体建模实现过程将作为后期的研究重点。