景区游客游憩行为计算机仿真模型

景区游客游憩行为计算机仿真模型作者：黎巎来源：《旅游科学》2013年第05期摘要：本文针对我国重点景区在“十一”黄金周以及“五一”等小长假期间持续出现客流高峰而导致的游客游憩质量下降、游憩安全以及景区环境资源可持续利用等问题，从景区游客游憩行为出发，以基于Agent的Repast Simphony建模框架与地理信息系统ArcGIS Shape数据模型为元模型，建立了可动态模拟景区游客时空分布的游客行为仿真模型。

以颐和园景区长廊游览区为研究对象，基于“五一”小长假现场观测与跟踪数据对模型进行了校核与验证，对实验输出数据所反映的客流时空分布进行了分析，并对其在景区管理的实际应用进行了讨论。

关键词：游客行为；景区；仿真建模；主体收稿日期： 2012-12-10；修订日期： 2013-04-27基金项目：国家自然科学基金项目“基于Agent的景区游客游憩行为仿真建模研究”（41101111）；北京市教育委员会科技计划项目“基于Agent的景区游客游憩行为仿真建模研究”（SQKM201211417007）作者简介：黎巎（1975-），女，博士，北京联合大学旅游学院副教授，主要研究方向为游憩行为仿真、信息技术的旅游应用。

随着我国旅游业的发展，景区作为游客的核心吸引物正遭遇日益增长的客流压力。

根据各大景区的统计数据，近年来景区（特别是风景名胜区）的游客数量持续增长，个别景区在“十一”黄金周及“五一”等小长假甚至出现游客数量井喷的情况。

景区如何在大客流量下保障游客游憩质量、安全以及自然文化环境，是景区可持续发展必须要解决的关键问题。

采用计算机仿真方法，从景区游客个体微观行为及其形成的群体行为影响入手探索游客与景区环境之间的相互作用与影响、研究景区道路设置、设施配置、疏散措施等问题，对景区客流管理具有方法指导意义与实际应用价值。

景区游客行为仿真模型最早出现在20世纪70年代，早期为基于大型机的郊野使用仿真模型WUSM（Wildness Use Simulation Model）（Shechter，1975； Smith，Krutilla，1974）；90年代出现了基于仿真平台Extend的仿真系统（Lawson，Manning，2003； Lawson，et al.，2003）以及基于Agent技术的RBSim （Multiagent Recreation Behavior Simulator System）系统（Gimblett，et al.，2001； Itami，et al.，2003）。

由于基于Agent的计算机仿真技术能够对游憩行为与环境的相互影响与作用建模，并适应游憩系统的灵活变化，是目前景区游憩行为计算机仿真系统研究较多采用的方法，也是适应我国景区游憩行为计算机仿真系统建模的重要方法之一（黎巎，杜栓柱，2011）。

近些年国外基于Agent的景区游客计算机仿真系统不断出现，如MASOOR（MultiAgent Simulation of Outdoor Recreation）（Jochem，et al.，2006； Grobben，2004）、IRAS （Intelligent Recreational Agent Simulator）（Loiterton，Bishop，2008）、Kvintus （SkovPetersen，2008）等。

这些系统通过对游客在景区内的行为仿真，为景区的游客管理、游憩质量管理、景区承载力以及规划等问题提供有效支持并在实际中得到了应用。

在我国，基于Agent的景区游客游憩行为仿真相关研究尚处于起步阶段（邱荣旭，等，2009；张仁军，2006）。

而由于国外景区及其游客游憩行为与我国存在较大不同，如游客密度、行为偏好等，已有相关模型无法直接应用于我国景区的游客管理实践。

本文针对我国景区目前亟须解决的游客容量问题，采用基于Agent的仿真建模技术并结合地理信息系统，基于Repast Simphony （简称Repast S）和ArcGIS元模型提出了一种景区游客游憩行为仿真模型，选取颐和园景区内客流压力较大的长廊游览区对模型进行校核与验证。

该模型及其运行环境将为景区的游客管理、规划设计提供理论方法与工具支持。

1元模型Repast是美国芝加哥大学（Chicago College）和阿尔贡国家实验室（Argonne National Laboratory）开发的基于Agent的仿真平台，目前由非营利组织ROAD（Repast Organization for Architecture and Development）维护，是一个开源免费仿真平台。

Repast Simphony（本文简称Repast S）是Repast目前最新的版本，定义了基于Agent的仿真模型元模型架构，包含元模型要素、要素操作、互操作以及语义扩展等。

建模者需基于Repast S元模型的语法与语义，通过计算机编程构建目标模型，从而运行模型，进行仿真实验。

本研究采用Repast S 2.0。

ArcGIS则提供仿真建模与地理空间相关时所需的地理数据模型，为仿真模型提供地理环境要素。

本研究采用ArcGIS 9.3。

Tourism Science旅游科学景区游客游憩行为计算机仿真模型景区游客行为仿真模型基于Repast S仿真模型要素和ArcGIS地理数据模型要素构建。

这些建模要素统一称为基于Repast与ArcGIS的仿真建模元模型，作为景区游客行为仿真建模的基础架构。

元模型是具体模型的高层抽象化、高度模块化的底层基础结构，定义构建具体模型所需的基本要素及其之间的关系。

基于元模型，不同具体模型在高层次上具有了一致的语法与语义，有利于之间的互操作。

基于Repast S（Howe，et al.，2006）与ArcGIS的仿真建模元模型中主要要素及其之间的关系如下所述。

（1） Agent（主体）：Agent表示被建系统中客观存在、具有主观决策能力的、并可相互区别的微观个体，具有一定的属性和主动行为。

（2）Context（环境）：Context是Agent的抽象组织，也可理解为Agent的容器。

Context提供了定义Agent及其之间交互的基础场所，但不提供Agent之间交互的机制。

Context具有内部状态与行为，其状态的保持、改变等主要受到其所包含的Agent及其交互行为的影响，是微观Agent个体状态和行为的宏观呈现。

Agent可在多个Context之间移动。

Context可以嵌套，即含有subContext，嵌套的Context表示被建模系统由多个子系统构成。

（3） Projection（结构）：Projection表示Agent之间的交互关系，为Agent之间的交互提供一种基础结构。

Context中Agent之间的关系可以是多种。

Repast S 2.0预定义了连续空间（Continuous Space）、地理（Geography）、网格（Grid）、网络（Network）等Projection。

Agent的具体行为可基于这些基础结构实现，这种将Agent之间的基本关系——结构与Agent具体行为分层独立的方式既保障Agent之间的交互有一定的一致语义，又使得Agent的具体行为能够灵活实现。

（4）地理环境：地理环境是Agent行为的实际地理空间。

ArcGIS提供多种地理数据模型表示地理环境，如Shape文件、地理数据库（Geodatabase）等。

2模型构建针对景区及其游客游憩行为特征，基于上述仿真建模元模型，构建景区游客游憩行为仿真模型架构如图1所示。

图1景区游客游憩行为仿真模型架构该架构由四大要素构成：景区各类Agent，Agent的抽象组织Context与子Context，Agent 之间的交互结构Projection以及以Shape文件表示的景区地理要素。

景区Agent包含5类：游客Agent、区域Agent、道路Agent、停留点Agent以及连接点Agent；其中区域Agent是道路Agent、停留点Agent以及连接点Agent的集合（见图1中的实线连接线）。

景区所有Agent的抽象组织为景区Context；根据建模需要可构建各种由Agent组成的子Context。

各类Agent之间的交互结构类型（Projection type）有两种：地理型（Geography）与网络型（Network）；连接点Agent之间的关系结构为网络型，其余Agent之间的关系为地理型（见图1中的虚线连接线）。

以Shape文件表示的地理要素生成景区区域Agent、道路Agent、停留点Agent以及连接点Agent（见图1中带箭头的连接线）。

2.1Context（环境）与Projection（结构）定义本模型的Context包含3层（见图2）：景区Context，景点Context和游客Context，道路Context、停留点Context、连接点Context和区域Context。

图2景区游客游憩行为仿真模型Context所有Context包含年、季节、星期、时间、天气等属性。

其中，停留点Context还包含海拔、建筑物宽度、高度等属性。

除了连接点Context中的Agent结构为网络型外，其他Context 中Agent之间的结构定义均为地理型。

游客在景区的游憩行为与景区的地理数据密切相关，如道路、海拔、自然风光等。

2.2Agent定义景区游客游憩行为仿真模型包括游客、道路、连接点以及停留点（区域）4类Agent。

2.2.1游客Agent游客Agent表示景区内的游客。

游客Agent有ID、名称、游憩类别（观光、休闲、晨练等）、年龄段、偏好、团散分类等静态特征属性和与游憩行为相关的游憩方向、游憩速度、景点停留时间、是否离开景区等动态特征属性。

动态特征属性随游憩过程中的时空地理环境要素变化而取不同值，其游憩行为基于自身动态特征属性值与地理环境要素值。

（1）游憩方向。

游客Agent到达任何一个停留点（区域）Agent（具体解释见2.2.3，下同）后，都要对下一步（step）要移动的方向进行决策。

游客的方向决策与下一步可达停留点（区域）的属性相关，如状态、吸引力等，也与Context的某些属性相关，如季节、时间（游客在景区的游憩方向选择具有很强的节律性，并与自身的生理节奏相一致）；游客Agent可基于预定义的与当前Context属性、可达停留点属性相关的决策规则进行决策。

在游客对下一步可达停留点的属性值未知情况下（如，对景区内吸引物不熟悉），其一般选取典型线路游览。

景区一般都设计有与景区内吸引物、服务设施相关的典型游览线路，通过景区地图、信息指示、导引标志以及导游向游客传递。