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 經濟與管理學院，天津 300300)

0 引言

經調研，部分航空事故由恐怖分子將爆炸物品偷運至行李托運導致[1]。為避免旅客行李托運違禁物品，導致不安全事件發生，眾多學者對行李托運安檢系統進行大量研究：文獻[2-3]通過分析行李托運安檢系統成本效益與準確性發現，雙設備系統性能優于單設備系統，并得到行李托運雙設備安檢系統最優組合；Mclayl等[4]采用計算機輔助旅客預檢系統與雙設備安檢系統，進行選擇性行李托運檢查模式，得出預檢系統準確性優于行李托運安檢裝置有效性。國內目前大多針對行李自助托運系統設計以及行李托運自動識別技術進行研究，對于行李托運安檢系統研究較為有限[5]。本文對基于AT安檢機(基于 Advanced Technology 技術的多視角高速X光機)和CT安檢機(基于 Computed TomograMy 技術的三維成像X光機)設備組合的行李托運5級安檢系統進行安全性分析，考慮系統中人為因素，分析系統錯誤率隨安檢員判圖時間變化規律。由于高風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，提出對高風險旅客實施嚴格行李托運安檢，對普通旅客實施常規安檢，研究差異化安檢模式對行李托運安檢系統影響。

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，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

對于多設備系統，系統報警必須與設備報警進行區分。行李托運5級安檢系統符合雙設備系統模型，可通過以下2種方式定義系統報警[7]：

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

Case2：系統中所有設備報警即觸發系統報警，記為SC2。說明多個設備可互相檢查，被檢物只有當所有設備均觸發報警時，系統才發出警報。

Case1對行李檢查更嚴格，適合檢查風險較高旅客行李；Case2檢查效率較高，國內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 旅客風險等級劃分

為識別和評價旅客風險，需提前收集旅客信息，經計算得到旅客風險值[8]。旅客風險值指旅客存在的風險程度，旅客風險值越大，旅客風險程度越高，越容易對航空活動產生威脅。從理論角度，旅客風險值不僅僅是個人所有相關屬性簡單疊加，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生不同結果[9]。旅客風險等級劃分在旅客購票時完成，值機時為旅客分配相應安檢流程，并通過安檢系統內部信息網絡上傳旅客信息。將旅客分為普通旅客和高風險旅客[10]，對不同風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等候裝機，報警行李送至開包間。

圖2 高風險旅客行李托運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

行李托運狀態包括含有違禁品T和不含違禁品NT；每級安檢發出信號包括報警A和不報警NA。因此，安檢結果將可能出現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安全性，給航空器、機上人員及社會造成巨大損失[12]。

根據高風險旅客行李托運5級安檢流程，建立高風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指標，研究安檢員判斷掃描圖準確度隨時間變化規律。

假設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，該模型假設視覺檢查任務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，模型假設決策通常伴隨目視搜索完成而完成，在目視搜索時間內，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 系統錯誤率

行李托運差異化安檢系統分為高風險旅客行李托運5級安檢系統與普通旅客行李托運5級安檢系統。2個子系統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2種類型錯誤概率如式(7)～(8)所示：

(7)

(8)

結合高風險旅客比例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于Case2模式。

4.2 t1,t2變化時差異化安檢系統分析

結合公式(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PFA、PFC在不同t2值下隨t1變化規律，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，系統安全性提高緩慢，因此，將t1,t2控制在10s以內可得到較低PFC，且不會浪費過多時間。

4.3 m變化時差異化安檢系統分析

結合公式(1)～(10)研究t1為0～20 s，t2=10 s時，差異化安檢系統PFA、PFC在m=0.1,0.3,0.7時，隨t1變化規律，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，可提高系統安全性，但一定程度上會降低安檢效率。

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

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

5 結論

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

2)將安檢時間t納入系統安全性，得到延長安檢員判圖時間可有效提高系統安全性，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。

3)機場可結合實際情況，建立行李托運差異化安檢模式，并適當調整差異化安檢策略。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，節約安檢資源。