智能旅检通道模式下机场旅客安检效率研究
常 敏，李光飞，吝特高，刘 勇，张 宽，徐小波
（1.中国民用航空局第二研究所，成都 610041；
2.民航成都物流技术有限公司，成都 611430）
在现有机场安检规范下，如何提高机场旅客安检（简称旅检）效率和提升旅客安检体验，是航站楼运行保障工作的重要研究方向之一[1-2]。近年来，机场智能旅检系统开始在各个机场推广和应用。智能旅检系统集成了X 光安检机、自动回筐、可疑行李自动分流及复检、毫米波人体成像安全检查设备、人脸识别等新技术[3]。智能旅检系统的应用不仅降低了安检工作人员的劳动强度，同时也提升了旅客的安检体验，是未来机场安检设备的发展方向。
为提高机场安检效率，国内外学者通过建立机场旅检流程仿真模型开展了相关研究。文献[4]建立了一种安全控制模型，使用FlexSim 软件开发了基于安全控制理论的排班系统，对机场安检员的工作时间表进行了合理设计，并基于旅客到达分布规律和排队理论预测了安检通道的开放数量。曹永昌等[5]通过数学建模方式建立安检流程网络模型，对安检流程瓶颈环节进行分析，进而得到预检节点和安检通道的最优设置比例。以上研究侧重于安检通道的合理分配和安检员调度及管理的优化，并未涉及安检通道的布局研究。赵振武等[6]基于Anylogic 对常规安检通道各环节进行建模仿真，给出安检各环节的时间参数，并提出增加整理位将有助于缓解旅客拥堵。包邻淋[2]通过分析旅客到达分布规律建立基于服务标准的安检资源配置优化模型。上述研究通过仿真分析方法，从宏观或微观角度研究了常规安检通道的资源配置和安检主要瓶颈环节等，为智能旅检通道的优化布置方案提供了方向。然而，智能安检通道作为一种新技术，其布局方案会对安检效率产生影响。
本研究将通过调研某机场旅检各环节实际数据，基于Anylogic 对智能旅检各个环节进行仿真分析，确定最匹配的智能旅检通道行李放置位和整理位及输送速度等关键参数，提出智能旅检通道最优布局方案，为机场智能安检设备的布局设计提供参考。
典型的智能旅检通道系统如图1 所示，主要部件为电动滚筒输送机，由置包台、X 光安检机、行李整理位、可疑行李复检线、可疑行李分流线、空筐检测装置和开包台等组成。
图1 典型智能旅检通道系统Fig.1 Typical intelligent passenger security system
当旅客进入安检区后，首先在置包台取出其下方的行李筐，将随身携带的行李等装筐，置包台上的登机牌阅读器通过读取旅客证件信息将旅客和随身行李进行绑定。电动滚筒输送机将行李筐传输至X 光安检机，安检合格的行李直接传输至行李整理位，旅客将筐内所有行李等物件取出。若发现可疑行李，则通过分流装置将可疑行李自动分流至可疑行李分流线，并传输至尾部的开包台，提醒旅客去开包检查。开包检查后的行李通过可疑行李复检线将行李再次送入X光安检机进行检查。
在行李输送线下方，设置有行李筐回传线。当旅客在行李整理位整理完行李后，空筐被输送至空筐检测装置，空筐检测装置通过视觉识别方式检查空筐内有无遗漏物品。合格的空筐通过输送线运送到置包台下方，进入下一个循环。
相较于常规安检通道，智能安检通道取消了前传环节中人工搬运空筐的环节，减少了旅客在放包位置的等待时间；
同时，可疑行李的自动分流和自动复检，使得安检流程更加流畅。
机场旅检主要环节[7-8]包括旅客验证、放包、手检、整理包、开包复检等环节。手检主要由安检员完成旅客人身检查，整体工作效率提升空间不大；
验证环节工作效率主要取决于安检通道区拥堵情况，工作效率提升空间也不大。因此，旅检的主要改进环节在于放包、整理包和开包复检等环节。由于安检为各个环节效率耦合的排队模型，单纯提高某个环节的效率对安检整体效率提升有限。因此，建立基于Anylogic 的智能旅检通道仿真模型，研究不同布局参数下智能旅检通道的整体效率，从而确定各环节的匹配参数。
Anylogic 软件具有多种模型库，如行人库、轨道库、流程建模库等，在目前交通行业的车流、旅客流仿真中得到广泛应用。本研究采用Anylogic 公开的评估专用版本，建立某机场智能安检通道1 ∶1 的3D 模型，如图2 所示。模型设置有集成X 光安检机的智能旅检通道，采用金属门对旅客进行初步人身检查。通过设置相应的逻辑和参数，可对较难实现的环境和大量重复试验情况进行分析。
图2 某机场智能旅检通道3D 模型Fig.2 A 3D model of an airport intelligent passenger security check system
根据实际旅客安检流程，采用Anylogic 行人库及物料库建立旅客安检流程，模拟旅客及随身行李的安检流程。通过在某机场调研中发现，机场旅客的安检效率数据个体差异较大，具有较大的随机性。因此，结合相关研究[9-13]和机场实际调研获得的数据样本，设定模型各环节参数如表1 所示。
表1 模型各环节参数Tab.1 Procedure parameters in the model
尽管旅客个体差异较大，但旅检主要环节花费时间在一定范围内遵循均匀分布函数（uniform）及三角分布函数（triangular）的规律。因此，在不同布局模式下，所有的环境参数设定是一致的。
根据国内对常规安检通道的分析结论[6]，行李放置位长度和行李整理位长度等对安检效率影响较大。因此，本研究重点研究智能旅检模式下行李放置位和整理位数量及输送带速度对旅客安检时间的影响。
4.1 组合仿真参数
目前，不同厂家配置有不同规格的行李放置位和行李整理位智能旅检产品，如2 个行李放置位、3 个行李整理位和3 个行李放置位、4 个行李整理位等多种模式。相较于传统的安检通道，智能旅检通道的行李放置位相互之间无干扰，可同时进行行李放置和行李整理。因此，本研究将形成不同数量行李放置位和行李整理位组合，以模拟不同行李放置位和整理位组合对安检效率的影响，如表2 所示（传递带速度均为0.2 m/s）。
表2 不同放置位和整理位组合仿真参数Tab.2 Integrated simulation parameters at different placement and sorting positions
4.2 组合仿真结果
使用Anylogic 软件中的time measure 模块，分别以旅客到达安检口、完成行李提取后为时间测量起点和终点，对旅检时间进行统计并取其平均值，获得旅检平均历时。采用不同行李放置位及行李整理位的组合模型，设置相应参数以及运行时间，待仿真运行平稳后，获取旅客安检平均历时随运行时间的变化规律，仿真结果如图3 所示。
图3 不同行李放置位和整理位组合安检平均历时Fig.3 Average time of security check at different placement and sorting positions
从图3 可知，安检平均历时随时间增长逐渐趋于稳定，为便于比较，取仿真运行最后时刻的安检平均历时值进行比较，如表3 所示。
从表3 可知，相同数量放置位情况下，适当增加整理位有助于提高安检效率；
但当放置位数量固定，整理位增加到一定数量时，增加整理位将不会再提高安检效率。在现有参数情况下，3 个放置位和4 个整理位模式（方案4）安检效率最高，其安检平均历时200.290 s，相较于2 个放置位和4 个整理位模式的（方案3）安检效率提高约13.55%。
表3 不同放置位和整理位组合下的安检效率Tab.3 Airport passenger security check efficiency at integrated placement and sorting positions
5.1 仿真参数
在整个旅客安全检查流程中，输送带速度将影响随身行李的安检速度。输送带速度太快会造成行李滞留在整理位上，造成行李堵塞；
输送带速度太慢，旅客等待行李时间过长，不仅影响旅客出行体验，同时也会降低旅检效率。由于受诸多技术参数的影响，安检机速度在取得准入许可证时就已经确定，约为0.2 m/s，故保持安检机速度不变，适当调整行李输送带速度，取输送带速度为0.25、0.30、0.35、0.40 m/s，采用第4 节中方案4 布局模式（放置位为3，整理位为4），对不同输送带速度下的安检效率进行仿真验证，具体参数设置如表4 所示。
表4 不同输送带速度仿真参数Tab.4 Simulation parameters of different conveyor belt speeds
5.2 仿真结果
采用同样的仿真参数及测量方法，得到不同输送带速度下的安检平均历时结果，如图4 所示。根据图4，同样取仿真运行最后时刻的安检平均历时值进行比较。
从图4 可知，在相同布局模式下，提高输送带速度，对安检平均历时影响并不大，如在0.25、0.30、0.35 m/s 时，安检平均历时基本处于恒定，尤其在输送带速度为0.30 m/s 时，在相同时间段内，其安检平均历时一半以上运行时间小于200 s。由于输送带速度太快或太慢，均会造成人或行李的等待。因此，当输送带速度达到一定程度时，提高速度不仅不能提高安检效率，同时会对安检效率产生负面影响。在现有配置及参数情况下，输送带速度为0.30 m/s 时，以仿真结束时刻为例，其安检效率较输送带速度为0.40 m/s 时提高约3%。
图4 不同输送带速度安检平均历时Fig.4 Average time of passenger security check at different conveyor belt speeds
表5 不同输送带速度的安检效率Tab.5 Airport passenger security check efficiency at different conveyor belt speeds
通过相关研究及实地调研，获得了旅客安全检查各环节相关数据，并利用Anylogic 建立智能旅客安全检查仿真模型，分析了智能旅检中行李放置位、行李整理位以及输送带速度对安检效率的影响。仿真结果表明：3 个整理位和4 个放置位为最优布局方案；
行李输送带速度对提升安检效率影响并不明显，但适当提高行李输送带速度，安检平均历时趋于平缓，尤其输送带速度为0.30 m/s 时，在仿真过程中，其安检平均历时一半以上运行时间内小于200 s。
由于旅客安检为多参数、多流程的多个排队模式的耦合结果。除了智能旅检通道的设备布局方案会对其效率产生影响外，旅客的行为参数、季节因素、各机场的旅检标准等都会对安检效率产生影响。在机场规划智能安检通道时，应结合机场旅检各环节大数据和当地安检规范等进行综合分析，以确定适合当地机场的最优智能旅检通道布局参数。
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