机场旅客人身检查双设备系统的安检成本研究.pdf
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1、第 卷第 期运 筹 与 管 理 ,年 月 收稿日期:基金项目:天津市教委科研计划项目()作者简介:赵振武(),男,山东潍坊人,副教授,博士,研究方向:机场安全,民航旅客安检,航空货运安保;王军杰(),通讯作者,男,山东日照人,硕士研究生,研究方向:民航安全与应急管理;郑文悦(),女,河北唐山人,硕士研究生,研究方向:民航安全与应急管理。机场旅客人身检查双设备系统的安检成本研究赵振武,王军杰,郑文悦(中国民航大学 安全科学与工程学院,天津 )摘要:为了节约机场旅客人身安检成本,研究基于通过式金属门和毫米波人体成像设备的双设备系统,在确保系统安全性的前提下,对安检成本进行优化。人身安检设备在检查旅
2、客时会产生错误报警和错误放行两类错误,通过正态分布模拟安检设备的响应,利用设备报警阈值控制两类错误发生的概率。所有旅客经过一阶段通过式金属门检查后,然后根据通过式金属门的报警情况确定是否进行二阶段毫米波人体成像设备检查,组合双设备的报警情况确定系统报警和系统放行。在两类错误可接受范围内分析两种安检规则的安全性,确定严格和普通安检通道最佳的安检规则。针对两种安检规则,以系统两类错误为限制条件,分别建立安检成本的非线性规划模型,最后利用蒙特卡罗模拟法求解。结果表明:安检规则 适合普通安检通道,安检规则 适合严格安检通道;两种规则的最低安检成本相近,安检规则 的人均安检成本低于安检规则 。关键词:安
3、检成本;两类错误;安检规则;蒙特卡罗模拟中图分类号:文章标识码:文章编号:():,(,):,()“”,:,:,:;,:,;,:,;,:;引言民航安检是空防安全的重要组成部分,是防止旅客及其随身行李中携带违禁品进入航空器的最后一道防线 。在旅客人身检查过程中,安检设备运行时会产生错误报警和错误放行两类错误,错误放行会导致旅客携带违禁品进入航空器,错误报警会占用安检资源。两类错误会影响系统的安全性且会带来安检成本的浪费。由于安检系统产生的两类错误是无法消除的,因此在系统两类错误可接受范围内,优化安检成本具有重要的研究意义。国内外众多学者就机场安检成本展开了研究,与本文相关的文献主要分为两个方面,其
4、中在系统安检成本分析方面:和 对机场旅客分类安检系统的风险水平和安检成本进行分析,从整体上证明了该系统在安全性和经济效益方面的优势,但其未考虑系统运行时的旅客检查成本。和 基于两阶段安检系统,利用排队论和博弈论验证了该系统在检查准确性及成本方面均优于一阶段安检系统,但其成本模型未考虑因错误报警和错误放行导致的费用;顾扬等 利用动态安检资源分配模型计算安检通道开放数量,对比不同人员数量配置对安检效率和成本的影响,其研究假设每条安检通道仅有一台检查设备,设备性能和类型未纳入数学模型中;和 基于多级加权报警系统,在考虑安检系统的生命周期成本的情况下,优化系统错误放行率,但该模型未对错误报警率进行限制
5、,导致系统错误报警率较高。在系 统 安 检 成 本 优 化 方 面:和 建立多目标优化模型来优化人身安检系统安全性、成本和时间,根据不同批次的旅客风险水平,通过模拟进化理论求解最佳设备的组合,由于该方法求解设备组合的随机性较强,可 能 会 使 现 实 安 检 工 作 趋 于 繁 琐 复 杂;等 在给定的客流量和设备布局的前提下,将影响成本的因素定量化,利用集成优化算法求解安检成本模型,但其研究未对安检规则进行安全性分析;基于双设备安检系统,考虑两类错误为定值,建立最小化安检成本模型,通过枚举法求解最佳设备组合,但在日常安检设备运行中,两类错误会根据设备的阈值进行改变,因此两类错误并不是定值;姚
6、加林和潘学成 运用 编程,计算最优安检设备开放台数,使得安检设备的运行费用和旅客排队等待时间成本之和最小,但其模型未对系统安全性进行分析;陈晓红等 基于排队理论,以旅客等待时间和安全水平为约束条件,研究传统和分类安检模式下的成本问题,但研究未体现在两种安检模式下设备配置和安检规则的差异性。基于上述分析,本文针对机场旅客人身安检系统,在确保系统安全性的前提下,就机场客流量增多而引发的成本问题进行优化。与已有研究相比,运 筹 与 管 理 年第 卷本文的创新性主要体现在:()本文将安检设备的响应模拟为正态分布,考虑设备的两类错误概率随阈值的可变性;()本文对两种安检规则进行安全性和适用性分析,通过权
7、衡比较其各自优势,为普通和严格安检通道分配最佳的安检规则。双设备安检系统 双设备系统构建为实现民航安检“提质增效”工作目标,目前国内许多机场正进行差异化安检模式的探索与尝试,然而工作的侧重点多集中于对受检对象的差异化,对于旅客人身安检多为传统的一阶段通过式金属门检查,安检通道的设备配置较为落后。国际航空运输协会(,)提出了“未来安全检查站”的设想,通过一系列的安全检查设备的单独或组合使用,结合旅客信息进行风险评估,为不同风险程度的旅客分配差异化安检通道,如图 所示。图中普通和严格安检通道的人身安检系统为通过式金属门和毫米波人体成像设备的组合,目前美国大多数机场已开始使用通过式金属门和毫米波人体
8、成像设备的双设备组合,其中通过式金属门为第一阶段检查,毫米波人体成像设备为第二阶段检查,本文拟对此双设备系统进行研究。图 未来安全检查站 安检性能指标旅客经过一系列检查后,安检仪器发出报警()和放行()的两类结果。这两类结果包含四种可能:()正确报警()旅客携带违禁品时,安检仪器发出报警信号。()错误报警()旅 客 未 携带 违 禁品时,安检仪器发出报警信号。()正确放行()旅客未携带违禁品时,安检仪器发出放行信号。()错误放行()旅客携带违禁品时,安检仪器发出放行信号。旅客是否携带违禁品的状态()是一个二元随机变量,表示旅客未携带违禁品,表示旅客携带违禁品。利用条件概率表示安检系统对旅客的反
9、应,正确报警概率为 (),错误报警概率为 (),正确放行概率为 (),错误放行概率为 (),如图 所示。图 系统反应由于安检设备的性能参数是保密的,为更好地模拟设备响应,做出如下假设:()设备响应值服从正态分布;()两条分布的曲线相互交错 。设备响应分布如图 所示,上半部分模拟为旅客未携带违禁品,下半部分模拟为旅客携带违禁品,响应值大于设备报警阈值 时安检仪器发出报警信号,反之,安检仪器发出放行信号。两条正态曲线的波动和交错的面积越小表明设备检测性能越佳。若增大设备阈值 会使 降低、增加,若减小设备阈值 会使 增加、降低。图 设备响应分布 正态分布参数的假设在机场安检流程中,对旅客和行李进行一
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