機場旅客行李托運差異化安檢模式安全性研究*

趙振武，唐百慧，張沉沉

(中國民航大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，天津 300300)

0 引言

經(jīng)調(diào)研，部分航空事故由恐怖分子將爆炸物品偷運至行李托運導(dǎo)致[1]。為避免旅客行李托運違禁物品，導(dǎo)致不安全事件發(fā)生，眾多學(xué)者對行李托運安檢系統(tǒng)進行大量研究：文獻[2-3]通過分析行李托運安檢系統(tǒng)成本效益與準確性發(fā)現(xiàn)，雙設(shè)備系統(tǒng)性能優(yōu)于單設(shè)備系統(tǒng)，并得到行李托運雙設(shè)備安檢系統(tǒng)最優(yōu)組合；Mclayl等[4]采用計算機輔助旅客預(yù)檢系統(tǒng)與雙設(shè)備安檢系統(tǒng)，進行選擇性行李托運檢查模式，得出預(yù)檢系統(tǒng)準確性優(yōu)于行李托運安檢裝置有效性。國內(nèi)目前大多針對行李自助托運系統(tǒng)設(shè)計以及行李托運自動識別技術(shù)進行研究，對于行李托運安檢系統(tǒng)研究較為有限[5]。本文對基于AT安檢機(基于 Advanced Technology 技術(shù)的多視角高速X光機)和CT安檢機(基于 Computed TomograMy 技術(shù)的三維成像X光機)設(shè)備組合的行李托運5級安檢系統(tǒng)進行安全性分析，考慮系統(tǒng)中人為因素，分析系統(tǒng)錯誤率隨安檢員判圖時間變化規(guī)律。由于高風(fēng)險旅客攜帶違禁品概率較高，普通旅客攜帶違禁品概率較低，提出對高風(fēng)險旅客實施嚴格行李托運安檢，對普通旅客實施常規(guī)安檢，研究差異化安檢模式對行李托運安檢系統(tǒng)影響。

1 行李托運5級安檢模式

AT安檢機與CT安檢機均需安檢員借助圖像判斷被檢行李中是否含有違禁物品，并給出報警決策。在行李托運5級安檢模式中：所有行李由AT安檢機完成初步檢查，未報警行李送至分揀機等待裝機，報警行李由CT安檢機進行進一步檢查；CT安檢機完成檢查后，將未報警行李送至行李分揀系統(tǒng)，報警行李送至開包間；由工作人員進行人工開包檢查，確定行李中是否含有違禁物品，若存在違禁物品，拒絕登機并報告上級，否則將行李送至分揀機等待裝機[6]。行李托運5級安檢模式流程如圖1所示。

圖1 行李托運5級安檢模式流程Fig.1 Level-5 security check procedure for checked baggage

對于多設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)報警必須與設(shè)備報警進行區(qū)分。行李托運5級安檢系統(tǒng)符合雙設(shè)備系統(tǒng)模型，可通過以下2種方式定義系統(tǒng)報警[7]：

Case1：任何1個設(shè)備報警均會觸發(fā)系統(tǒng)報警，記為SC1。說明任何設(shè)備都可以檢測違禁物品，任何單獨設(shè)備報警均被視為系統(tǒng)報警。

Case2：系統(tǒng)中所有設(shè)備報警即觸發(fā)系統(tǒng)報警，記為SC2。說明多個設(shè)備可互相檢查，被檢物只有當所有設(shè)備均觸發(fā)報警時，系統(tǒng)才發(fā)出警報。

Case1對行李檢查更嚴格，適合檢查風(fēng)險較高旅客行李；Case2檢查效率較高，國內(nèi)5級安檢模式利用該方法進行行李安檢。

2 差異化安檢模式

2.1 旅客風(fēng)險等級劃分

為識別和評價旅客風(fēng)險，需提前收集旅客信息，經(jīng)計算得到旅客風(fēng)險值[8]。旅客風(fēng)險值指旅客存在的風(fēng)險程度，旅客風(fēng)險值越大，旅客風(fēng)險程度越高，越容易對航空活動產(chǎn)生威脅。從理論角度，旅客風(fēng)險值不僅僅是個人所有相關(guān)屬性簡單疊加，因為當人存在多種屬性時，各屬性之間會相互影響，并且不同屬性不同組合將產(chǎn)生不同結(jié)果[9]。旅客風(fēng)險等級劃分在旅客購票時完成，值機時為旅客分配相應(yīng)安檢流程，并通過安檢系統(tǒng)內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)上傳旅客信息。將旅客分為普通旅客和高風(fēng)險旅客[10]，對不同風(fēng)險等級旅客的托運行李采取不同安檢流程。

2.2 差異化安檢流程

差異化安檢模式指對普通旅客與高風(fēng)險旅客托運行李進行不同程度安檢。由于普通旅客攜帶違禁物品概率相對較低，采用基于Case2模式的行李托運5級安檢流程進行檢查；高風(fēng)險旅客攜帶違禁物品概率較高，采用基于Case1模式建立的高風(fēng)險旅客行李托運5級安檢流程，如圖2所示。AT安檢機完成檢查，將報警行李送至開包間，未報警行李送至CT安檢機進行檢查；CT安檢機檢查之后，將未報警行李送至行李分揀系統(tǒng)等候裝機，報警行李送至開包間。

圖2 高風(fēng)險旅客行李托運5級安檢流程Fig.2 Level-5 security check procedure for checked baggage of high-risk passengers

3 安檢流程建模

3.1 2種類型的錯誤

行李托運狀態(tài)包括含有違禁品T和不含違禁品NT；每級安檢發(fā)出信號包括報警A和不報警NA。因此，安檢結(jié)果將可能出現(xiàn)2種類型錯誤即Ⅰ型錯誤和Ⅱ型錯誤[11]：

1)Ⅰ型錯誤：行李中不含違禁品時報警，用A|NT表示。若行李在AT安檢機檢查過程中發(fā)生Ⅰ型錯誤，需進一步安檢，使行李安檢時間延長，降低安檢效率。

2)Ⅱ型錯誤：行李中含有違禁品時不報警，用NA|T表示。Ⅱ型錯誤會嚴重影響系統(tǒng)安全性，給航空器、機上人員及社會造成巨大損失[12]。

根據(jù)高風(fēng)險旅客行李托運5級安檢流程，建立高風(fēng)險旅客行李托運錯誤概率公式，如式(1)～(2)所示：

1)Ⅰ型錯誤概率

(1)

2)Ⅱ型錯誤概率

(2)

根據(jù)普通旅客行李托運5級安檢流程，建立普通旅客行李托運2種類型錯誤概率公式，如式(3)～(4)所示：

1)Ⅰ型錯誤概率

(3)

2)Ⅱ型錯誤概率

(4)

3.2 判圖準確度隨安檢員判圖時間變化

AT安檢機與CT安檢機使用過程中，均需安檢員對設(shè)備掃描圖進行判圖。考慮不同安檢員識別違禁物品時間不同，將安檢員識別違禁物品時間作為動態(tài)指標，研究安檢員判斷掃描圖準確度隨時間變化規(guī)律。

假設(shè)AT安檢機與CT安檢機獨立工作，由公式(1)～(4)可得，不同安檢模式下2種類型錯誤概率。AT安檢機與CT安檢機工作內(nèi)容包括圖像掃描與安檢員判圖決策。安檢員判圖決策符合Druryc[13]提出的搜索-決策檢查模型，該模型假設(shè)視覺檢查任務(wù)由目視搜索與決策組成，且相互獨立。由于物品檢查時間有限，模型假設(shè)決策通常伴隨目視搜索完成而完成，在目視搜索時間內(nèi)，安檢員需給出通過或拒絕的決定。以AT安檢機為例，AT安檢機檢查階段2種類型錯誤概率如式(5)～(6)所示：

(5)

(6)

3.3 系統(tǒng)錯誤率

行李托運差異化安檢系統(tǒng)分為高風(fēng)險旅客行李托運5級安檢系統(tǒng)與普通旅客行李托運5級安檢系統(tǒng)。2個子系統(tǒng)采用不同模式進行安檢，如圖3所示。

圖3 行李托運差異化安檢模式Fig.3 Differential security check mode of checked baggage

整個系統(tǒng)2種類型錯誤概率如式(7)～(8)所示：

(7)

(8)

結(jié)合高風(fēng)險旅客比例m以及行李托運中攜帶違禁物品概率，得到系統(tǒng)錯誤報警概率PFA與錯誤通過概率PFC，如式(9)～(10)所示：

(9)

(10)

式中：PT1表示高風(fēng)險旅客行李托運中攜帶違禁物品概率；PT2表示普通旅客行李托運中攜帶違禁物品概率。

4 實例分析

4.1 差異化安檢模式與Case1,Case2安檢模式對比

結(jié)合公式(1)～(10)，研究當t1為0～20 s，t2=10 s時，差異化安檢模式、Case1安檢模式、Case2安檢模式下PFA、PFC隨t1變化規(guī)律，如圖4～5所示。

圖4 差異化安檢模式與Case1,Case2的PFCFig.4 PFC of differential security check mode, Case1 and Case2

圖5 差異化安檢模式與Case1,Case2的PFAFig.5 PFA of differential security check mode, Case1 and Case2

由圖4～5可知，隨t1增加，3種模式PFC均降低，PFA均增大，說明延長t1可有效提高系統(tǒng)安全性，但一定程度上會降低安檢效率；Case1模式PFA在0.106 2～0.287 4之間變化，PFC在0.000 2～0.003之間變化，具有較高PFA及較低PFC；Case2模式PFA在0～0.020 9之間變化，PFC在0.003 9～0.017之間變化。差異化安檢相較于Case2模式，在PFA小幅度增加的情況下降低PFC，說明其安全性在一定程度上優(yōu)于Case2模式。

4.2 t1,t2變化時差異化安檢系統(tǒng)分析

結(jié)合公式(1)～(10)研究當m=0.1，t1為0～20 s，t2=1 s,5 s,10 s,15 s,20 s時，差異化安檢系統(tǒng)PFA、PFC在不同t2值下隨t1變化規(guī)律，如圖6～7所示。

圖6 判圖時間不同的PFCFig.6 PFC with different time of the identifying image

圖7 判圖時間不同的PFAFig.7 PFA with different time of the identifying image

由圖6～7可知，隨t1,t2增加，PFC降低，PFA增加，說明延長t1,t2可有效提高系統(tǒng)安全性，但一定程度上會降低安檢效率；從水平方向看，當t1較小時，曲線變化幅度較大，當t1>10 s時，曲線趨于平緩；從垂直方向看，當t2較小時，曲線間距較大，當t2>10 s時，曲線間距逐漸減小。說明當t1,t2>10 s時，系統(tǒng)安全性提高緩慢，因此，將t1,t2控制在10s以內(nèi)可得到較低PFC，且不會浪費過多時間。

4.3 m變化時差異化安檢系統(tǒng)分析

結(jié)合公式(1)～(10)研究t1為0～20 s，t2=10 s時，差異化安檢系統(tǒng)PFA、PFC在m=0.1,0.3,0.7時，隨t1變化規(guī)律，如圖8～9所示。由圖8～9可知，隨m增大，PFA增大，PFC減小。說明增加行李托運嚴格檢查比例，可提高系統(tǒng)安全性，但一定程度上會降低安檢效率。

圖8 高風(fēng)險旅客比例不同時PFCFig.8 PFC with different proportions of high-risk passengers

圖9 高風(fēng)險旅客比例不同時PFAFig.9 PFA with different proportions of high-risk passengers

5 結(jié)論

1)在行李托運5級安檢系統(tǒng)中，基于安檢模式Case1,Case2，提出行李托運差異化安檢模式，其安全性優(yōu)于Case2安檢模式。

2)將安檢時間t納入系統(tǒng)安全性，得到延長安檢員判圖時間可有效提高系統(tǒng)安全性，但PFA與PFC相互制約，在一定程度上降低安檢效率。為平衡安檢效率與安全性，將安檢員判圖時間控制在10 s以內(nèi)。

3)機場可結(jié)合實際情況，建立行李托運差異化安檢模式，并適當調(diào)整差異化安檢策略。在行李托運安檢高峰期，可適當加快安檢員判圖速度，或減少嚴格安檢行李托運比例，提升安檢效率，節(jié)約安檢資源。