趙振武，唐百慧，張沉沉

(中國(guó)民航大學(xué) 經(jīng)濟(jì)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(yùn)至行李托運(yùn)導(dǎo)致[1]。為避免旅客行李托運(yùn)違禁物品，導(dǎo)致不安全事件發(fā)生，眾多學(xué)者對(duì)行李托運(yùn)安檢系統(tǒng)進(jìn)行大量研究：文獻(xiàn)[2-3]通過(guò)分析行李托運(yùn)安檢系統(tǒng)成本效益與準(zhǔn)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(yùn)雙設(shè)備安檢系統(tǒng)最優(yōu)組合；Mclayl等[4]采用計(jì)算機(jī)輔助旅客預(yù)檢系統(tǒng)與雙設(shè)備安檢系統(tǒng)，進(jìn)行選擇性行李托運(yùn)檢查模式，得出預(yù)檢系統(tǒng)準(zhǔn)確性優(yōu)于行李托運(yùn)安檢裝置有效性。國(guó)內(nèi)目前大多針對(duì)行李自助托運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及行李托運(yùn)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于行李托運(yùn)安檢系統(tǒng)研究較為有限[5]。本文對(duì)基于AT安檢機(jī)(基于 Advanced Technology 技術(shù)的多視角高速X光機(jī))和CT安檢機(jī)(基于 Computed TomograMy 技術(shù)的三維成像X光機(jī))設(shè)備組合的行李托運(yùn)5級(jí)安檢系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析，考慮系統(tǒng)中人為因素，分析系統(tǒng)錯(cuò)誤率隨安檢員判圖時(shí)間變化規(guī)律。由于高風(fēng)險(xiǎn)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(duì)高風(fēng)險(xiǎn)旅客實(shí)施嚴(yán)格行李托運(yùn)安檢，對(duì)普通旅客實(shí)施常規(guī)安檢，研究差異化安檢模式對(duì)行李托運(yùn)安檢系統(tǒng)影響。

1 行李托運(yùn)5級(jí)安檢模式

AT安檢機(jī)與CT安檢機(jī)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(bào)警決策。在行李托運(yùn)5級(jí)安檢模式中：所有行李由AT安檢機(jī)完成初步檢查，未報(bào)警行李送至分揀機(jī)等待裝機(jī)，報(bào)警行李由CT安檢機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步檢查；CT安檢機(jī)完成檢查后，將未報(bào)警行李送至行李分揀系統(tǒng)，報(bào)警行李送至開包間；由工作人員進(jìn)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(jī)并報(bào)告上級(jí)，否則將行李送至分揀機(jī)等待裝機(jī)[6]。行李托運(yùn)5級(jí)安檢模式流程如圖1所示。

圖1 行李托運(yùn)5級(jí)安檢模式流程Fig.1 Level-5 security check procedure for checked baggage

對(duì)于多設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)報(bào)警必須與設(shè)備報(bào)警進(jìn)行區(qū)分。行李托運(yùn)5級(jí)安檢系統(tǒng)符合雙設(shè)備系統(tǒng)模型，可通過(guò)以下2種方式定義系統(tǒng)報(bào)警[7]：

Case1：任何1個(gè)設(shè)備報(bào)警均會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，記為SC1。說(shuō)明任何設(shè)備都可以檢測(cè)違禁物品，任何單獨(dú)設(shè)備報(bào)警均被視為系統(tǒng)報(bào)警。

Case2：系統(tǒng)中所有設(shè)備報(bào)警即觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，記為SC2。說(shuō)明多個(gè)設(shè)備可互相檢查，被檢物只有當(dāng)所有設(shè)備均觸發(fā)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)出警報(bào)。

Case1對(duì)行李檢查更嚴(yán)格，適合檢查風(fēng)險(xiǎn)較高旅客行李；Case2檢查效率較高，國(guó)內(nèi)5級(jí)安檢模式利用該方法進(jìn)行行李安檢。

2 差異化安檢模式

2.1 旅客風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

為識(shí)別和評(píng)價(jià)旅客風(fēng)險(xiǎn)，需提前收集旅客信息，經(jīng)計(jì)算得到旅客風(fēng)險(xiǎn)值[8]。旅客風(fēng)險(xiǎn)值指旅客存在的風(fēng)險(xiǎn)程度，旅客風(fēng)險(xiǎn)值越大，旅客風(fēng)險(xiǎn)程度越高，越容易對(duì)航空活動(dòng)產(chǎn)生威脅。從理論角度，旅客風(fēng)險(xiǎn)值不僅僅是個(gè)人所有相關(guān)屬性簡(jiǎn)單疊加，因?yàn)楫?dāng)人存在多種屬性時(shí)，各屬性之間會(huì)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(xiǎn)等級(jí)劃分在旅客購(gòu)票時(shí)完成，值機(jī)時(shí)為旅客分配相應(yīng)安檢流程，并通過(guò)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(xiǎn)旅客[10]，對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)旅客的托運(yùn)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(duì)普通旅客與高風(fēng)險(xiǎn)旅客托運(yùn)行李進(jìn)行不同程度安檢。由于普通旅客攜帶違禁物品概率相對(duì)較低，采用基于Case2模式的行李托運(yùn)5級(jí)安檢流程進(jìn)行檢查；高風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)旅客行李托運(yùn)5級(jí)安檢流程，如圖2所示。AT安檢機(jī)完成檢查，將報(bào)警行李送至開包間，未報(bào)警行李送至CT安檢機(jī)進(jìn)行檢查；CT安檢機(jī)檢查之后，將未報(bào)警行李送至行李分揀系統(tǒng)等候裝機(jī)，報(bào)警行李送至開包間。

圖2 高風(fēng)險(xiǎn)旅客行李托運(yùn)5級(jí)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(cuò)誤

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

1)Ⅰ型錯(cuò)誤：行李中不含違禁品時(shí)報(bào)警，用A|NT表示。若行李在AT安檢機(jī)檢查過(guò)程中發(fā)生Ⅰ型錯(cuò)誤，需進(jìn)一步安檢，使行李安檢時(shí)間延長(zhǎng)，降低安檢效率。

2)Ⅱ型錯(cuò)誤：行李中含有違禁品時(shí)不報(bào)警，用NA|T表示。Ⅱ型錯(cuò)誤會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)安全性，給航空器、機(jī)上人員及社會(huì)造成巨大損失[12]。

根據(jù)高風(fēng)險(xiǎn)旅客行李托運(yùn)5級(jí)安檢流程，建立高風(fēng)險(xiǎn)旅客行李托運(yùn)錯(cuò)誤概率公式，如式(1)～(2)所示：

1)Ⅰ型錯(cuò)誤概率

(1)

2)Ⅱ型錯(cuò)誤概率

(2)

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

1)Ⅰ型錯(cuò)誤概率

(3)

2)Ⅱ型錯(cuò)誤概率

(4)

3.2 判圖準(zhǔn)確度隨安檢員判圖時(shí)間變化

AT安檢機(jī)與CT安檢機(jī)使用過(guò)程中，均需安檢員對(duì)設(shè)備掃描圖進(jìn)行判圖?？紤]不同安檢員識(shí)別違禁物品時(shí)間不同，將安檢員識(shí)別違禁物品時(shí)間作為動(dòng)態(tài)指標(biāo)，研究安檢員判斷掃描圖準(zhǔn)確度隨時(shí)間變化規(guī)律。

假設(shè)AT安檢機(jī)與CT安檢機(jī)獨(dú)立工作，由公式(1)～(4)可得，不同安檢模式下2種類型錯(cuò)誤概率。AT安檢機(jī)與CT安檢機(jī)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(jué)檢查任務(wù)由目視搜索與決策組成，且相互獨(dú)立。由于物品檢查時(shí)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(shí)間內(nèi)，安檢員需給出通過(guò)或拒絕的決定。以AT安檢機(jī)為例，AT安檢機(jī)檢查階段2種類型錯(cuò)誤概率如式(5)～(6)所示：

(5)

(6)

3.3 系統(tǒng)錯(cuò)誤率

行李托運(yùn)差異化安檢系統(tǒng)分為高風(fēng)險(xiǎn)旅客行李托運(yùn)5級(jí)安檢系統(tǒng)與普通旅客行李托運(yùn)5級(jí)安檢系統(tǒng)。2個(gè)子系統(tǒng)采用不同模式進(jìn)行安檢，如圖3所示。

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

整個(gè)系統(tǒng)2種類型錯(cuò)誤概率如式(7)～(8)所示：

(7)

(8)

結(jié)合高風(fēng)險(xiǎn)旅客比例m以及行李托運(yùn)中攜帶違禁物品概率，得到系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)警概率PFA與錯(cuò)誤通過(guò)概率PFC，如式(9)～(10)所示：

(9)

(10)

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

4 實(shí)例分析

4.1 差異化安檢模式與Case1,Case2安檢模式對(duì)比

結(jié)合公式(1)～(10)，研究當(dāng)t1為0～20 s，t2=10 s時(shí)，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(shuō)明延長(zhǎng)t1可有效提高系統(tǒng)安全性，但一定程度上會(huì)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(shuō)明其安全性在一定程度上優(yōu)于Case2模式。

4.2 t1,t2變化時(shí)差異化安檢系統(tǒng)分析

結(jié)合公式(1)～(10)研究當(dāng)m=0.1，t1為0～20 s，t2=1 s,5 s,10 s,15 s,20 s時(shí)，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(shí)間不同的PFCFig.6 PFC with different time of the identifying image

圖7 判圖時(shí)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(shuō)明延長(zhǎng)t1,t2可有效提高系統(tǒng)安全性，但一定程度上會(huì)降低安檢效率；從水平方向看，當(dāng)t1較小時(shí)，曲線變化幅度較大，當(dāng)t1>10 s時(shí)，曲線趨于平緩；從垂直方向看，當(dāng)t2較小時(shí)，曲線間距較大，當(dāng)t2>10 s時(shí)，曲線間距逐漸減小。說(shuō)明當(dāng)t1,t2>10 s時(shí)，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(huì)浪費(fèi)過(guò)多時(shí)間。

4.3 m變化時(shí)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(shí)，差異化安檢系統(tǒng)PFA、PFC在m=0.1,0.3,0.7時(shí)，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(shuō)明增加行李托運(yùn)嚴(yán)格檢查比例，可提高系統(tǒng)安全性，但一定程度上會(huì)降低安檢效率。

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

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

5 結(jié)論

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

2)將安檢時(shí)間t納入系統(tǒng)安全性，得到延長(zhǎng)安檢員判圖時(shí)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(shí)間控制在10 s以內(nèi)。

3)機(jī)場(chǎng)可結(jié)合實(shí)際情況，建立行李托運(yùn)差異化安檢模式，并適當(dāng)調(diào)整差異化安檢策略。在行李托運(yùn)安檢高峰期，可適當(dāng)加快安檢員判圖速度，或減少嚴(yán)格安檢行李托運(yùn)比例，提升安檢效率，節(jié)約安檢資源。