智能旅檢通道模式下機場旅客安檢效率研究

常 敏，李光飛，吝特高，劉 勇，張 寬，徐小波

（1.中國民用航空局第二研究所，成都 610041；2.民航成都物流技術有限公司，成都 611430）

在現(xiàn)有機場安檢規(guī)范下，如何提高機場旅客安檢（簡稱旅檢）效率和提升旅客安檢體驗，是航站樓運行保障工作的重要研究方向之一[1-2]。近年來，機場智能旅檢系統(tǒng)開始在各個機場推廣和應用。智能旅檢系統(tǒng)集成了X 光安檢機、自動回筐、可疑行李自動分流及復檢、毫米波人體成像安全檢查設備、人臉識別等新技術[3]。智能旅檢系統(tǒng)的應用不僅降低了安檢工作人員的勞動強度，同時也提升了旅客的安檢體驗，是未來機場安檢設備的發(fā)展方向。

為提高機場安檢效率，國內(nèi)外學者通過建立機場旅檢流程仿真模型開展了相關研究。文獻[4]建立了一種安全控制模型，使用FlexSim 軟件開發(fā)了基于安全控制理論的排班系統(tǒng)，對機場安檢員的工作時間表進行了合理設計，并基于旅客到達分布規(guī)律和排隊理論預測了安檢通道的開放數(shù)量。曹永昌等[5]通過數(shù)學建模方式建立安檢流程網(wǎng)絡模型，對安檢流程瓶頸環(huán)節(jié)進行分析，進而得到預檢節(jié)點和安檢通道的最優(yōu)設置比例。以上研究側重于安檢通道的合理分配和安檢員調(diào)度及管理的優(yōu)化，并未涉及安檢通道的布局研究。趙振武等[6]基于Anylogic 對常規(guī)安檢通道各環(huán)節(jié)進行建模仿真，給出安檢各環(huán)節(jié)的時間參數(shù)，并提出增加整理位將有助于緩解旅客擁堵。包鄰淋[2]通過分析旅客到達分布規(guī)律建立基于服務標準的安檢資源配置優(yōu)化模型。上述研究通過仿真分析方法，從宏觀或微觀角度研究了常規(guī)安檢通道的資源配置和安檢主要瓶頸環(huán)節(jié)等，為智能旅檢通道的優(yōu)化布置方案提供了方向。然而，智能安檢通道作為一種新技術，其布局方案會對安檢效率產(chǎn)生影響。

本研究將通過調(diào)研某機場旅檢各環(huán)節(jié)實際數(shù)據(jù)，基于Anylogic 對智能旅檢各個環(huán)節(jié)進行仿真分析，確定最匹配的智能旅檢通道行李放置位和整理位及輸送速度等關鍵參數(shù)，提出智能旅檢通道最優(yōu)布局方案，為機場智能安檢設備的布局設計提供參考。

1 智能安檢通道系統(tǒng)

典型的智能旅檢通道系統(tǒng)如圖1 所示，主要部件為電動滾筒輸送機，由置包臺、X 光安檢機、行李整理位、可疑行李復檢線、可疑行李分流線、空筐檢測裝置和開包臺等組成。

圖1 典型智能旅檢通道系統(tǒng)Fig.1 Typical intelligent passenger security system

當旅客進入安檢區(qū)后，首先在置包臺取出其下方的行李筐，將隨身攜帶的行李等裝筐，置包臺上的登機牌閱讀器通過讀取旅客證件信息將旅客和隨身行李進行綁定。電動滾筒輸送機將行李筐傳輸至X 光安檢機，安檢合格的行李直接傳輸至行李整理位，旅客將筐內(nèi)所有行李等物件取出。若發(fā)現(xiàn)可疑行李，則通過分流裝置將可疑行李自動分流至可疑行李分流線，并傳輸至尾部的開包臺，提醒旅客去開包檢查。開包檢查后的行李通過可疑行李復檢線將行李再次送入X光安檢機進行檢查。

在行李輸送線下方，設置有行李筐回傳線。當旅客在行李整理位整理完行李后，空筐被輸送至空筐檢測裝置，空筐檢測裝置通過視覺識別方式檢查空筐內(nèi)有無遺漏物品。合格的空筐通過輸送線運送到置包臺下方，進入下一個循環(huán)。

相較于常規(guī)安檢通道，智能安檢通道取消了前傳環(huán)節(jié)中人工搬運空筐的環(huán)節(jié)，減少了旅客在放包位置的等待時間；同時，可疑行李的自動分流和自動復檢，使得安檢流程更加流暢。

2 仿真模型建立

機場旅檢主要環(huán)節(jié)[7-8]包括旅客驗證、放包、手檢、整理包、開包復檢等環(huán)節(jié)。手檢主要由安檢員完成旅客人身檢查，整體工作效率提升空間不大；驗證環(huán)節(jié)工作效率主要取決于安檢通道區(qū)擁堵情況，工作效率提升空間也不大。因此，旅檢的主要改進環(huán)節(jié)在于放包、整理包和開包復檢等環(huán)節(jié)。由于安檢為各個環(huán)節(jié)效率耦合的排隊模型，單純提高某個環(huán)節(jié)的效率對安檢整體效率提升有限。因此，建立基于Anylogic 的智能旅檢通道仿真模型，研究不同布局參數(shù)下智能旅檢通道的整體效率，從而確定各環(huán)節(jié)的匹配參數(shù)。

Anylogic 軟件具有多種模型庫，如行人庫、軌道庫、流程建模庫等，在目前交通行業(yè)的車流、旅客流仿真中得到廣泛應用。本研究采用Anylogic 公開的評估專用版本，建立某機場智能安檢通道1 ∶1 的3D 模型，如圖2 所示。模型設置有集成X 光安檢機的智能旅檢通道，采用金屬門對旅客進行初步人身檢查。通過設置相應的邏輯和參數(shù)，可對較難實現(xiàn)的環(huán)境和大量重復試驗情況進行分析。

圖2 某機場智能旅檢通道3D 模型Fig.2 A 3D model of an airport intelligent passenger security check system

3 參數(shù)設置

根據(jù)實際旅客安檢流程，采用Anylogic 行人庫及物料庫建立旅客安檢流程，模擬旅客及隨身行李的安檢流程。通過在某機場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，機場旅客的安檢效率數(shù)據(jù)個體差異較大，具有較大的隨機性。因此，結合相關研究[9-13]和機場實際調(diào)研獲得的數(shù)據(jù)樣本，設定模型各環(huán)節(jié)參數(shù)如表1 所示。

表1 模型各環(huán)節(jié)參數(shù)Tab.1 Procedure parameters in the model

盡管旅客個體差異較大，但旅檢主要環(huán)節(jié)花費時間在一定范圍內(nèi)遵循均勻分布函數(shù)（uniform）及三角分布函數(shù)（triangular）的規(guī)律。因此，在不同布局模式下，所有的環(huán)境參數(shù)設定是一致的。

根據(jù)國內(nèi)對常規(guī)安檢通道的分析結論[6]，行李放置位長度和行李整理位長度等對安檢效率影響較大。因此，本研究重點研究智能旅檢模式下行李放置位和整理位數(shù)量及輸送帶速度對旅客安檢時間的影響。

4 不同行李放置位和整理位組合仿真

4.1 組合仿真參數(shù)

目前，不同廠家配置有不同規(guī)格的行李放置位和行李整理位智能旅檢產(chǎn)品，如2 個行李放置位、3 個行李整理位和3 個行李放置位、4 個行李整理位等多種模式。相較于傳統(tǒng)的安檢通道，智能旅檢通道的行李放置位相互之間無干擾，可同時進行行李放置和行李整理。因此，本研究將形成不同數(shù)量行李放置位和行李整理位組合，以模擬不同行李放置位和整理位組合對安檢效率的影響，如表2 所示（傳遞帶速度均為0.2 m/s）。

表2 不同放置位和整理位組合仿真參數(shù)Tab.2 Integrated simulation parameters at different placement and sorting positions

4.2 組合仿真結果

使用Anylogic 軟件中的time measure 模塊，分別以旅客到達安檢口、完成行李提取后為時間測量起點和終點，對旅檢時間進行統(tǒng)計并取其平均值，獲得旅檢平均歷時。采用不同行李放置位及行李整理位的組合模型，設置相應參數(shù)以及運行時間，待仿真運行平穩(wěn)后，獲取旅客安檢平均歷時隨運行時間的變化規(guī)律，仿真結果如圖3 所示。

圖3 不同行李放置位和整理位組合安檢平均歷時Fig.3 Average time of security check at different placement and sorting positions

從圖3 可知，安檢平均歷時隨時間增長逐漸趨于穩(wěn)定，為便于比較，取仿真運行最后時刻的安檢平均歷時值進行比較，如表3 所示。

從表3 可知，相同數(shù)量放置位情況下，適當增加整理位有助于提高安檢效率；但當放置位數(shù)量固定，整理位增加到一定數(shù)量時，增加整理位將不會再提高安檢效率。在現(xiàn)有參數(shù)情況下，3 個放置位和4 個整理位模式（方案4）安檢效率最高，其安檢平均歷時200.290 s，相較于2 個放置位和4 個整理位模式的（方案3）安檢效率提高約13.55%。

表3 不同放置位和整理位組合下的安檢效率Tab.3 Airport passenger security check efficiency at integrated placement and sorting positions

5 不同輸送帶速度仿真

5.1 仿真參數(shù)

在整個旅客安全檢查流程中，輸送帶速度將影響隨身行李的安檢速度。輸送帶速度太快會造成行李滯留在整理位上，造成行李堵塞；輸送帶速度太慢，旅客等待行李時間過長，不僅影響旅客出行體驗，同時也會降低旅檢效率。由于受諸多技術參數(shù)的影響，安檢機速度在取得準入許可證時就已經(jīng)確定，約為0.2 m/s，故保持安檢機速度不變，適當調(diào)整行李輸送帶速度，取輸送帶速度為0.25、0.30、0.35、0.40 m/s，采用第4 節(jié)中方案4 布局模式（放置位為3，整理位為4），對不同輸送帶速度下的安檢效率進行仿真驗證，具體參數(shù)設置如表4 所示。

表4 不同輸送帶速度仿真參數(shù)Tab.4 Simulation parameters of different conveyor belt speeds

5.2 仿真結果

采用同樣的仿真參數(shù)及測量方法，得到不同輸送帶速度下的安檢平均歷時結果，如圖4 所示。根據(jù)圖4，同樣取仿真運行最后時刻的安檢平均歷時值進行比較。

從圖4 可知，在相同布局模式下，提高輸送帶速度，對安檢平均歷時影響并不大，如在0.25、0.30、0.35 m/s 時，安檢平均歷時基本處于恒定，尤其在輸送帶速度為0.30 m/s 時，在相同時間段內(nèi)，其安檢平均歷時一半以上運行時間小于200 s。由于輸送帶速度太快或太慢，均會造成人或行李的等待。因此，當輸送帶速度達到一定程度時，提高速度不僅不能提高安檢效率，同時會對安檢效率產(chǎn)生負面影響。在現(xiàn)有配置及參數(shù)情況下，輸送帶速度為0.30 m/s 時，以仿真結束時刻為例，其安檢效率較輸送帶速度為0.40 m/s 時提高約3%。

圖4 不同輸送帶速度安檢平均歷時Fig.4 Average time of passenger security check at different conveyor belt speeds

表5 不同輸送帶速度的安檢效率Tab.5 Airport passenger security check efficiency at different conveyor belt speeds

6 結語

通過相關研究及實地調(diào)研，獲得了旅客安全檢查各環(huán)節(jié)相關數(shù)據(jù)，并利用Anylogic 建立智能旅客安全檢查仿真模型，分析了智能旅檢中行李放置位、行李整理位以及輸送帶速度對安檢效率的影響。仿真結果表明：3 個整理位和4 個放置位為最優(yōu)布局方案；行李輸送帶速度對提升安檢效率影響并不明顯，但適當提高行李輸送帶速度，安檢平均歷時趨于平緩，尤其輸送帶速度為0.30 m/s 時，在仿真過程中，其安檢平均歷時一半以上運行時間內(nèi)小于200 s。

由于旅客安檢為多參數(shù)、多流程的多個排隊模式的耦合結果。除了智能旅檢通道的設備布局方案會對其效率產(chǎn)生影響外，旅客的行為參數(shù)、季節(jié)因素、各機場的旅檢標準等都會對安檢效率產(chǎn)生影響。在機場規(guī)劃智能安檢通道時，應結合機場旅檢各環(huán)節(jié)大數(shù)據(jù)和當?shù)匕矙z規(guī)范等進行綜合分析，以確定適合當?shù)貦C場的最優(yōu)智能旅檢通道布局參數(shù)。