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user: 3. 机场通关安检排队系统的优化问题 机场安检的目的在于预防具有不良企图之旅客(携带危险物品)登机，危险旅客(或物品)的出现频率对机场和民用航空器的安全水平息息相关。在安全检查系统有两种可能发生的错误情形，分别为错误警报(False Alarm)和错误放行(False Clear)，都会造成相当的损失。尤其是当错误放行时，让危险分子通过安检站，后果不堪设想。若在安检时针对每个通关旅客做仔细检查，会相应增加旅客的通关时间，后面等待检查的旅客排队线也会愈长，使得安检成本也随之大幅上升。过往安检系统降低危险的方法是增加检查设备和安检人员，然而此方法必然会增加不少的检查成本和检查时间，相对应的通关效率就会随之下降。所以，机场安全水平和通关效率往往是取舍的目标。 本研究拟找出更合适的机场通关安检排队线设计，探讨在旅客风险分类的基础上，优化分配待检旅客至各等级安检站的决策变量，权衡机场通关安全水平和通关效率。机场安检系统预先根据航空器乘客的身分特性赋予风险值，再将其分配至不同安检能力的检查站，让安检人员聚焦高风险性的待检旅客接受严密的检查，以达成安检系统的风险管理。每种等级的安检站是根据其筛选能力与设备精确度而设置，待检旅客的风险值愈高，则检查的严格程度愈高。改善安检系统应聚焦在待检旅客的风险管理，即分类不同风险的待检旅客至适当的安检通道，而非增加安检复杂性和增加设备(及人力)来降低风险。风险评估能给予安检决策参考，当系统能准确的判别出待检旅客的风险性，此时低风险性的待检旅客能节省不少等待时间，检查效率和降低风险两个具冲突性的目标都能顾及。 3.1. 具两种安检能力的通关安检优化问题 我们探讨基于风险分类的机场通关安检流程，通过建构通关安检排队线的仿真模型，研究决策变量分别对安检系统的安全水平和通关时间之影响，达成通关安检系统的优化运作。如图1的机场安检流程图所示，本文所考虑基于风险分类的机场安检系统具有两种安检通道：严格安检通道(Selectee Lane)对通关旅客的检查较为严格，而常规安检通道(Normal Lane)对通关旅客的检查则相对宽松。机场安检人员利用风险查核系统数据库提供的信息标注通关待检旅客的风险值，先根据旅客个人身分、有无犯案前科、历史信用数据等属性可以赋予每个通关旅客相对应的风险值。利用预先设定的风险门阀值(赋值介于0%与100%之间)，我们可将待检旅客区分为不同的风险等级(Selectee或Non-Selectee)，再根据待检旅客的风险值指派前往两种安检能力的安检站。旅客的风险值(Risk Value)是经由查核系统得知，大部分文献假设旅客的风险值服从截断指数分布(Truncated Exponential Distribution)，例如McLay [ 1 ] 、Wang [ 4 ] 、Lee与Jacobson [ 9 ] 等。风险值较高的旅客指派至安全检查较严密的严格安检通道，待检旅客有概率p被指派至严格安检通道；而风险值较低的旅客指派至检查较宽松的常规安检通道，待检旅客有概率(1-p)被指派至常规安检通道。本研究将风险门阀值θ当作决策变量进行系统仿真数据分析，通过设定适当的门阀值θ，使安检系统的安全水平和通关效率达到优化。 我们将机场通关安检排队线建构成一计算机仿真模型，求解通关安全检查的优化问题。在机场安检优化模型中，决策变量之一是待检旅客被指派至不同安检站的风险门阀值θ，属于连续型变量；而另一种决策变量是安检设备的配置数，即常规安检通道和严格安检通道的安检设备数s 1 及s 2 ，属于离散型变数。此优化问题为：在满足可容许的通关时间和总预算限制下，如何决定指派旅客前往不同检查站的风险门阀值及各安检站的设备数，使得机场安检系统的安全水平SL 和通关时间W达到优化。 3.2. 安检排队系统的Arena仿真模型 本研究采用仿真软件Arena作为建构模拟机场通关安检系统模型的工具。Arena是美国Rockwell Software公司开发的通用仿真软件，具有对象连接与嵌入(Object Linking and Embedding，简称OLE)功能、可视化界面、模拟处理器、数据输入分析、数据输出分析、统计分析模块以及动画演示等功能。Arena软件具有使用方便、界面美观、动画显示等优点，可轻易地建立通关安检排队模型，而且能依据用户需求设置系统模块参数进行动态模拟运行，并进行实时分析和优化。 如图2的Arena模型流程图所示，它囊括了所有用来定义模拟图1的机场安检流程图对象和数据对象。在Arena软件可视化环境中用来构建模型的基本单元称为模块，构建仿真模型的过程就是选取、放置和连接模块，并进行模型相关的参数设置。模块分为两类：流程图模块(Flowchart Module)和数据模块(Data Module)，流程图模块包括Create、Dispose、Process、Decide、Batch、Separate、Assign和Record等，数据模块包括Entity、Queue、Resource、Variable、Schedule和Set等。我们利用Create模块功能来 图1. 基于风险分类的机场安检流程图 图2. 本文提出的安检系统Arena模型流程图 生成通关旅客实体，安检系统中的每个待检旅客都在命名为Arrive的Create模块中产生；Process模块是安检系统的旅客检查队列，待检旅客在命名为Selectee Lane和Normal Lane的Process模块中进行安全检查；Dispose模块是Arena仿真软件中每个实体离开的模块。必须注意的是，Arena仿真模型要按照逻辑顺序连接Create、Process和Dispose等模块，我们可以透过单击“Connect”按钮或是选择菜单命令进行模块间的连接。 本文构建基于风险分类的机场安检Arena仿真模型流程(如图2所示)，具体使用的模块说明如下：我们以Arrive模块生成实体，表示待检旅客到达机场通关安检系统。Assign Risk Value模块用来赋予每个实体的风险值，例如可以截断指数分布随机赋予一个介于0与1之间的数值。Risk Classification判断模块将每个实体的风险值与风险门阀值进行大小比较，用来区分高风险旅客和低风险旅客，使之分别进入相应的安检通道。Normal Lane模块表示常规检查站，而Selectee Lane模块表示严格检查站。Queue Record 1模块记录常规安检通道当前的排队人数，而Queue Record 2模块记录严格安检通道当前的排队人数。我们使用True Selection or False Error模块来计算错误放行(False Clear)的概率，分别纪录通过常规检查站的真实危险旅客人数和安全旅客人数；而Correct Selection or False Error模块则用来计算错误警报(False Alarm)的概率，判别通过严格检查站的真实危险旅客人数和安全旅客人数。我们利用Correct Number标签纪录正确进行分类安检的实体个数，并用Correct Number标签纪录发生错误分类安检的实体个数。Take off模块表示旅客离开安检站。 在Arena模型中，Create模块可设置的参数包括：名称(Name)、实体类型(Entity Type)、到达间隔时间分布类型(Time between Arrivals Type)、每次到达的实体个数(Entities per Arrival)、实体最大数量(Max Arrival)等参数。Process模块可以设置的参数包括：名称(Name)、类型(Type)、活动(Action)等，其中活动可以选取延迟类型(Delay Type)、占用–延迟–释放(Seize Delay Release)、单位(Units)和分配(Allocation)等。在仿真实验运行中，每个模块都有其产生或处理的实体个数说明，队列上方的圆点代表待处理。 我们可以透过Run Setup设置重复仿真运行参数(Replication Parameters)，例如重复仿真次数(Number of Replications)、仿真暖机时间(Warm-Up Period)、仿真运行长度(Replication Length)、基本时间单位(Base Time Units)、开始日期与时间(Star Date and Time)等运行参数。 在Arena仿真实验运行结束后，如果要查看Arena仿真实验的数值结果，可以在Reports中查看总报告、重复实验报告以及资源报告等仿真实验数据，其中Category Overview报告提供了仿真实验的主要统计信息，而分类汇总报告(Category by Replications)则汇总了仿真模型队列的等待时间和等待人数的平均值、最大值和最小值等统计结果。