机场旅客行李托运差异化安检模式安全性研究*

赵振武，唐百慧，张沉沉

(中国民航大学 经济与管理学院，天津 300300)

0 引言

经调研，部分航空事故由恐怖分子将爆炸物品偷运至行李托运导致[1]。为避免旅客行李托运违禁物品，导致不安全事件发生，众多学者对行李托运安检系统进行大量研究：文献[2-3]通过分析行李托运安检系统成本效益与准确性发现，双设备系统性能优于单设备系统，并得到行李托运双设备安检系统最优组合；Mclayl等[4]采用计算机辅助旅客预检系统与双设备安检系统，进行选择性行李托运检查模式，得出预检系统准确性优于行李托运安检装置有效性。国内目前大多针对行李自助托运系统设计以及行李托运自动识别技术进行研究，对于行李托运安检系统研究较为有限[5]。本文对基于AT安检机(基于 Advanced Technology 技术的多视角高速X光机)和CT安检机(基于 Computed TomograMy 技术的三维成像X光机)设备组合的行李托运5级安检系统进行安全性分析，考虑系统中人为因素，分析系统错误率随安检员判图时间变化规律。由于高风险旅客携带违禁品概率较高，普通旅客携带违禁品概率较低，提出对高风险旅客实施严格行李托运安检，对普通旅客实施常规安检，研究差异化安检模式对行李托运安检系统影响。

1 行李托运5级安检模式

AT安检机与CT安检机均需安检员借助图像判断被检行李中是否含有违禁物品，并给出报警决策。在行李托运5级安检模式中：所有行李由AT安检机完成初步检查，未报警行李送至分拣机等待装机，报警行李由CT安检机进行进一步检查；CT安检机完成检查后，将未报警行李送至行李分拣系统，报警行李送至开包间；由工作人员进行人工开包检查，确定行李中是否含有违禁物品，若存在违禁物品，拒绝登机并报告上级，否则将行李送至分拣机等待装机[6]。行李托运5级安检模式流程如图1所示。

图1 行李托运5级安检模式流程Fig.1 Level-5 security check procedure for checked baggage

对于多设备系统，系统报警必须与设备报警进行区分。行李托运5级安检系统符合双设备系统模型，可通过以下2种方式定义系统报警[7]：

Case1：任何1个设备报警均会触发系统报警，记为SC1。说明任何设备都可以检测违禁物品，任何单独设备报警均被视为系统报警。

Case2：系统中所有设备报警即触发系统报警，记为SC2。说明多个设备可互相检查，被检物只有当所有设备均触发报警时，系统才发出警报。

Case1对行李检查更严格，适合检查风险较高旅客行李；Case2检查效率较高，国内5级安检模式利用该方法进行行李安检。

2 差异化安检模式

2.1 旅客风险等级划分

为识别和评价旅客风险，需提前收集旅客信息，经计算得到旅客风险值[8]。旅客风险值指旅客存在的风险程度，旅客风险值越大，旅客风险程度越高，越容易对航空活动产生威胁。从理论角度，旅客风险值不仅仅是个人所有相关属性简单叠加，因为当人存在多种属性时，各属性之间会相互影响，并且不同属性不同组合将产生不同结果[9]。旅客风险等级划分在旅客购票时完成，值机时为旅客分配相应安检流程，并通过安检系统内部信息网络上传旅客信息。将旅客分为普通旅客和高风险旅客[10]，对不同风险等级旅客的托运行李采取不同安检流程。

2.2 差异化安检流程

差异化安检模式指对普通旅客与高风险旅客托运行李进行不同程度安检。由于普通旅客携带违禁物品概率相对较低，采用基于Case2模式的行李托运5级安检流程进行检查；高风险旅客携带违禁物品概率较高，采用基于Case1模式建立的高风险旅客行李托运5级安检流程，如图2所示。AT安检机完成检查，将报警行李送至开包间，未报警行李送至CT安检机进行检查；CT安检机检查之后，将未报警行李送至行李分拣系统等候装机，报警行李送至开包间。

图2 高风险旅客行李托运5级安检流程Fig.2 Level-5 security check procedure for checked baggage of high-risk passengers

3 安检流程建模

3.1 2种类型的错误

行李托运状态包括含有违禁品T和不含违禁品NT；每级安检发出信号包括报警A和不报警NA。因此，安检结果将可能出现2种类型错误即Ⅰ型错误和Ⅱ型错误[11]：

1)Ⅰ型错误：行李中不含违禁品时报警，用A|NT表示。若行李在AT安检机检查过程中发生Ⅰ型错误，需进一步安检，使行李安检时间延长，降低安检效率。

2)Ⅱ型错误：行李中含有违禁品时不报警，用NA|T表示。Ⅱ型错误会严重影响系统安全性，给航空器、机上人员及社会造成巨大损失[12]。

根据高风险旅客行李托运5级安检流程，建立高风险旅客行李托运错误概率公式，如式(1)～(2)所示：

1)Ⅰ型错误概率

(1)

2)Ⅱ型错误概率

(2)

根据普通旅客行李托运5级安检流程，建立普通旅客行李托运2种类型错误概率公式，如式(3)～(4)所示：

1)Ⅰ型错误概率

(3)

2)Ⅱ型错误概率

(4)

3.2 判图准确度随安检员判图时间变化

AT安检机与CT安检机使用过程中，均需安检员对设备扫描图进行判图。考虑不同安检员识别违禁物品时间不同，将安检员识别违禁物品时间作为动态指标，研究安检员判断扫描图准确度随时间变化规律。

假设AT安检机与CT安检机独立工作，由公式(1)～(4)可得，不同安检模式下2种类型错误概率。AT安检机与CT安检机工作内容包括图像扫描与安检员判图决策。安检员判图决策符合Druryc[13]提出的搜索-决策检查模型，该模型假设视觉检查任务由目视搜索与决策组成，且相互独立。由于物品检查时间有限，模型假设决策通常伴随目视搜索完成而完成，在目视搜索时间内，安检员需给出通过或拒绝的决定。以AT安检机为例，AT安检机检查阶段2种类型错误概率如式(5)～(6)所示：

(5)

(6)

3.3 系统错误率

行李托运差异化安检系统分为高风险旅客行李托运5级安检系统与普通旅客行李托运5级安检系统。2个子系统采用不同模式进行安检，如图3所示。

图3 行李托运差异化安检模式Fig.3 Differential security check mode of checked baggage

整个系统2种类型错误概率如式(7)～(8)所示：

(7)

(8)

结合高风险旅客比例m以及行李托运中携带违禁物品概率，得到系统错误报警概率PFA与错误通过概率PFC，如式(9)～(10)所示：

(9)

(10)

式中：PT1表示高风险旅客行李托运中携带违禁物品概率；PT2表示普通旅客行李托运中携带违禁物品概率。

4 实例分析

4.1 差异化安检模式与Case1,Case2安检模式对比

结合公式(1)～(10)，研究当t1为0～20 s，t2=10 s时，差异化安检模式、Case1安检模式、Case2安检模式下PFA、PFC随t1变化规律，如图4～5所示。

图4 差异化安检模式与Case1,Case2的PFCFig.4 PFC of differential security check mode, Case1 and Case2

图5 差异化安检模式与Case1,Case2的PFAFig.5 PFA of differential security check mode, Case1 and Case2

由图4～5可知，随t1增加，3种模式PFC均降低，PFA均增大，说明延长t1可有效提高系统安全性，但一定程度上会降低安检效率；Case1模式PFA在0.106 2～0.287 4之间变化，PFC在0.000 2～0.003之间变化，具有较高PFA及较低PFC；Case2模式PFA在0～0.020 9之间变化，PFC在0.003 9～0.017之间变化。差异化安检相较于Case2模式，在PFA小幅度增加的情况下降低PFC，说明其安全性在一定程度上优于Case2模式。

4.2 t1,t2变化时差异化安检系统分析

结合公式(1)～(10)研究当m=0.1，t1为0～20 s，t2=1 s,5 s,10 s,15 s,20 s时，差异化安检系统PFA、PFC在不同t2值下随t1变化规律，如图6～7所示。

图6 判图时间不同的PFCFig.6 PFC with different time of the identifying image

图7 判图时间不同的PFAFig.7 PFA with different time of the identifying image

由图6～7可知，随t1,t2增加，PFC降低，PFA增加，说明延长t1,t2可有效提高系统安全性，但一定程度上会降低安检效率；从水平方向看，当t1较小时，曲线变化幅度较大，当t1>10 s时，曲线趋于平缓；从垂直方向看，当t2较小时，曲线间距较大，当t2>10 s时，曲线间距逐渐减小。说明当t1,t2>10 s时，系统安全性提高缓慢，因此，将t1,t2控制在10s以内可得到较低PFC，且不会浪费过多时间。

4.3 m变化时差异化安检系统分析

结合公式(1)～(10)研究t1为0～20 s，t2=10 s时，差异化安检系统PFA、PFC在m=0.1,0.3,0.7时，随t1变化规律，如图8～9所示。由图8～9可知，随m增大，PFA增大，PFC减小。说明增加行李托运严格检查比例，可提高系统安全性，但一定程度上会降低安检效率。

图8 高风险旅客比例不同时PFCFig.8 PFC with different proportions of high-risk passengers

图9 高风险旅客比例不同时PFAFig.9 PFA with different proportions of high-risk passengers

5 结论

1)在行李托运5级安检系统中，基于安检模式Case1,Case2，提出行李托运差异化安检模式，其安全性优于Case2安检模式。

2)将安检时间t纳入系统安全性，得到延长安检员判图时间可有效提高系统安全性，但PFA与PFC相互制约，在一定程度上降低安检效率。为平衡安检效率与安全性，将安检员判图时间控制在10 s以内。

3)机场可结合实际情况，建立行李托运差异化安检模式，并适当调整差异化安检策略。在行李托运安检高峰期，可适当加快安检员判图速度，或减少严格安检行李托运比例，提升安检效率，节约安检资源。