国土安全对每一个国家来说都很重要,而边境安全是其中极为重要的一方面,一直被政府和公民所关注。边境安全包括陆地、海域以及领空安全。2001年911事件发生后,美国在大部分的入境关口都采取了更加严格的管理和监控。这使得越来越多的试图非法入境者开始转向通过陆地边境进入。然而,由于美国与墨西哥和加拿大的边境线极长,在每一个地方设立关卡显然是不现实的,这就导致更多的责任落到边境巡逻上。为了加强边境安全体系,许多工作已经在这个领域展开。只是,边境沿线道路复杂,而此前关于边境安全的研究大都没有考虑实际的边境地理信息,这使得它们在实际应用中存在着某种程度的不准确性。为了给出一个准确的巡逻模型和解决边境巡逻难题的方案以促进边境安全,对边境巡逻系统的结合地理信息系统(GIS)的仿真建模研究于是显示出其重要性。在本文中,本文的主要目的是通过考虑地理信息的仿真建模研究,在有限的资源条件下提高边境巡逻系统的效率。本文在总结分析边境安全问题,包括相关的政府项目政策和学术研究的基础上,对边境巡逻问题进行了较为深入的研究,主要完成了以下四方面的研究工作:(1)提炼了边境巡逻的主要问题和研究的案例对象。通过对美国边境巡逻的实际背景分析,本文提炼了有限资源的分配和巡逻的路径选择问题,并以南德州边境巡逻系统为研究对象。(2)基于从地理信息系统(GIS)软件提取的数据,一个南德州巡逻系统的基础仿真模型被构建。捕获率,即捕获入侵者数除以总的入侵者数,是本研究主要关注的对象;而每个巡逻站派出的巡逻者的速度和每个巡逻站的巡逻者数量,是本文所要研究的因素。(3)根据系统有无反馈因子,可以从基础模型延伸出开环仿真模型和闭环仿真模型。对于开环仿真模型,本文设计了不同参数的实验,并对结果进行了单因素分析和交叉因素分析,以确定系统效率的主要影响因素且予以关注。对于闭环仿真模型,本文主要是对三个主要操作变量的灵敏度进行分析;当同时考虑经常性的小批量入侵和偶尔的大规模入侵时,结果证明闭环模型更有效。(4)进一步提出了自动选择模型。前两个模型在路径网络更复杂时的可扩展性不够好,而在自动选择模型中,Visual Basic Application(VBA)编程被更多地应用来控制Arena和Excel之间GIS数据的交互,以实现路径的自动选择;相较于前两个模型,当考虑到更多的现实条件,如不同道路的不同限速和边境检查站(checkpoint)等时,该模型会更加灵活。综上所述,本文为解决在南德州地区的边境安全巡逻问题和改善边境巡逻策略提供一个新的方法,也为进一步的研究作了铺垫。文中所构建的模型可以应用于大多数巡逻系统以及其他与资源分配和路径选择密切相关的问题,如灾害应急、物流配送等。