首都机场安全环建设与管理分析

2016-12-03李志斌

价值工程 2016年31期

李志斌

摘要：安全保障工作是首都机场正常运行的前提，是民航事业永恒的主题，也是国家安全工作的重点。本文以首都机场安全保障工作为研究背景，首先介绍了国内外安全工作发展现状，提出主要理论思想和存在的问题，以及安全闭环管理的思路。之后，在探讨构建首都机场安全防御系统的基础上，形成多层次的安全闭环管理，并通过分析影响安全闭环质量的因素及机场安全运行中客观存在的限制条件，确定变量和约束条件函数，建立最优化线性规划模型，以模拟实现机场安全运行保障资源的最优化配置。同时，由于机场运行中的动态不确定性，引入模糊逻辑控制理论，根据机场安全工作各影响因素的变化，建立模糊控制规则，实时调整优化资源配置，以满足机场安全工作中实时性要求。

Abstract： The security work is the premise of the normal operation of the capital airport， is the eternal theme of the civil aviation industry， and also the focus of national security work. This paper takes the capital airport security work as the research background to introduce the development of domestic and international security work， and put forward the main theoretical ideas and problems， as well as the ideas of safety of closed-loop management. Then， based on the discussion of the security defense system of the capital airport， the multi-level security closed-loop management is formed. Through analyzing the influencing factors of the quality and safety of closed-loop management and the existence limiting conditions of the airport security operation， the variables and constraint function are determined and the optimization model of linear programming is established to imitate the optimal allocation of the security resources for realizing the airport security operation. At the same time， due to the dynamic uncertainty in the airport operation， the fuzzy logic control theory is introduced. According to the changes of the influencing factors of the airport security work， the fuzzy control rules are established to adjust and optimize the allocation of resources and meet the real-time requirements of airport security work.

关键词：首都机场；安全环；线性规划；模糊逻辑

Key words： capital airport；safety collar；linear programming；fuzzy logic

中图分类号：F562 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0008-06

0 引言

安全，是一种状态，需要通过持续的危险识别和风险管理，将人员伤害或财产损失的风险降至并保持在可接受的水平或其以下。以前的航空保安工作大多采用被动反应式的管理模式，工作往往不连贯、不协调、标准不一致，存在着点线之间的缝隙。而安全闭环管理就是要对涉及空防安全的每个环节和节点都进行过程和结果控制，同时将他们串联成有关联关系、首尾相连的封闭管理流程，以求达到标准一致、系统完善、且可持续改进的一系列安全措施和行为的集合。

安全闭环工作的持续改进将带来安全管理模式的转变：由注重经验，关注“人为错误”转变为重视风险管理及提高人员安全意识；由被动反应式、“救火式”的事后管理转变为主动式、可知可控的前瞻性管理；使各级人员做到责任到位、压力到位、操作到位、监督到位，一级抓一级，层层落实，促使安全管理水平呈螺旋上升态势。

由于安全状态不易量化，要通过建设空防安全环来实现首都机场的安全管理，就要将安全环上各个节点的运行情况控制在最佳状态。首先，灰色预测、运筹学以及模糊综合评价等理论的成熟发展以及在诸多领域内的成功应用的经验为该课题的研究提供了理论保证；其次，科研项目“机场航站楼设计指南”的支撑，为作者深入实际调查提供了现实可行性；再次，MATLAB工具的强大功能为模型的求解及检验提供了技术上的可行性。

1 首都机场“安全环”防御系统构想

首都机场空防“安全环”以质量管理体系中“PDCA”的闭环管理方法为基本原则，结合本场的空防安全形势，提炼出“安全环”管理理念。所谓空防“安全环”是指通过物理资源及有效防控措施的集合，将控制区与公共区进行有效隔离，构建机场控制区标准一致的封闭环路，以确保进入安全环内的人和物体经过标准一致的安全措施，从而有效防止非法侵入行为，保证 “安全环”内的航空器及人员的安全。按照物理区域和安全防御性质以及首都机场各个安全管理层级之间的相互包容与影响关系构成一个多层级的安全闭环。

按照安全闭环管理的主旨，从系统安全的角度入手，分析提炼出围界围栏、围界建筑物、围界通道口、围界应急门、货运通道、机务通道、航站楼隔离区正常通道、航站楼隔离区非正常通道八个安全环要素。如图1所示。具体包括：

①围界：指将空侧与陆侧进行有效隔离的物理介质，主要指围栏。

②围界建筑物：指座落在围界上的、可通过门窗与外界形成贯通的建筑物。

③围界通道口：指人员、车辆、物品从公共区直接进入飞行区的通道。

④围界应急门：指在应急或特殊情况下开启的围界通道。

⑤货运通道：指由货运区进入飞行区的必经通道。

⑥机务通道：指机务维修区与飞行区贯通的通道，包括机库、机务专用安检通道。

⑦航站楼隔离区正常通道：指通向隔离区的旅客及工作人员通道。

⑧航站楼隔离区非正常通道：指通向隔离区的禁止人员通行的通道。

建立空防“安全环”通过策划、实施、检查、改进四个步骤来实现。策划环节，明确安全环概念，从系统安全角度入手进行梳理，提炼出围界围栏、围界建筑物、围界通道口、围界协议门、机务维修区、货运通道、航站楼隔离区正常通道、航站楼隔离区非正常通道等八要素防控节点，查找分析薄弱项。实施环节，从硬件上加强安防设施、设备整改，提升技防科技含量；从管理上，建立完整、规范的安全环标准体系，为安全环运作提供支持。检查环节，建立内、外部检查评估的长效机制，进一步完善内部监察体系，构建四级监察网络，组建专业化监察员队伍。改进环节，通过内、外部检查、审计等手段，以及内部监察所发现的问题，逐一落实整改，建立改进机制的可控程序。

多层次安全闭环从功能上由外向内分为五层，分别为：信息预警决策、公共区域抽检、通道安全检查、控制区监控巡视和航空器监护。如图2所示。

2 研究理论基础

①为提高首都机场各闭环区域内的安全性和资源配置的有效性，运用最优化技术，采取线性规划的方法，建立首都机场“安全环”防御系统基础模型，研究资源配置与利用的最优组合，从而完善首都机场对非法干扰行为的防御能力，加强对场内人员和航空器及设施设备的保障力度。

②由于首都机场的安全保障工作是动态且不间断的过程，因此，在研究中需要引入模糊控制理论，建立首都机场“安全环”防御系统动态模型，使得整个系统能根据时间不同、首都机场客流、航班数量、开启通道数等不同而实时调节各个环节在安全管理中的权重，以达到实时优化资源配置、提升安全性能的效果。

3 首都机场“安全环”防御系统线性规划建模

经过对首都机场的整体分析可以看出，航站楼和围界所组成的闭环区域，是首都机场安全保障的物理空间范畴。这是机场安全的基本闭环，向外和向内延伸扩展，形成多层次闭环：基础环是安全技术检查，向外有首都机场公共区抽检预检巡视环、信息决策环，向内则包括控制区监视巡视环和航空器监护环。以基础环作为研究重点，以此向内层和外层扩展以实现整个“安全环”防御系统的建模过程。

3.1 建立基础“安全环”线性规划模型

在基础“安全环”内，包括旅客检查通道，行李检查通道，货物邮件检查通道，车辆检查通道，商检和工作人员检查通道。每个通道口都是突破该物理闭环进入首都机场隔离区的途径。因此，在这些通道处做好安全检查，保证进入隔离区的人和物的合法和安全性，是提高空防安全和首都机场内部安全的关键。

根据经过安检通道的人流和物流的性质不同，将其划分为旅客流、工作人员流、行李流、货物流、商品流和车辆流。应对不同的过检人流和物流所产生的安全隐患，需要最优分配每个检查过程中的人员设置。应用线性规划理论，以寻求首都机场航站楼及围界所组成的闭环区域的最大安全环境为目标，将旅客检查通道安检工作人员数、行李检查通道安检工作人员数、商品检查通道安检工作人员数、货物检查通道安检工作人员数、车辆检查通道安检工作人员数和工作人员检查通道的安检工作人员数设定为变量。这里的人员数是个虚数概念，其代表该类通道工作人员所提供的总的安全力度。设定每个工作人员所提供的安全力度是固定值，定义工作人员数为X；每个闭环节点处对安全指标的影响系数为C。根据不同时期对安全等级的制度性要求，以及各个节点处需要人员的最低要求和资源限制对配备人员的限制，建立条件约束函数。据此，建立线性规划模型的目标函数为：

以首都机场安全管理的多年工作经验为依据，设定了保障安全的基本岗位。人流检查一般包括验证、开机、开包、手检、维序及宣传岗位，货物检查，行李检查包括判图、开包岗位，而且三号航站楼拥有国际领先的五级行检技术，每一级根据设备设置来设定岗位。因此，所有节点的安检工作人员数必须时刻保证不少于所有安检岗位数。同时，考虑到首都机场物理环境，例如设备数量、场地面积、通道内工作人员的容纳量等因素的制约，以及资金流的限制，可以得到其它几个约束条件。所有通道上的工作人员不能超过每个通道上所需设备量，不能多于通道内安检人员的最大负荷量，尤其是旅客检查通道内。因此，约束条件可表示为：

基于以上线性规划优化模型，即可根据旅客流量、货物流量、行李流量、商品流量及工作人员流量的变化，调整各个通道的人员配置及人员的安全管控力度；动态调整通道开启数量和各个环节在安全管理中的权重，以实时调整安检人员的安全防范强度。从而，实现整个管理过程的动态循环，时时优化安全管理中的人员配置和管控力度。

3.2 建立其他安全环线性规划模型

在对基础“安全环”进行建模后，向外展开和向内收缩可以发现，“公共区域抽检巡视环”、“控制区内的监控巡视环”以及“飞行器的监护环”均与设施设置相关。安全质量与巡视效果、抽检强度以及监护效果成正比，而人员的投入是其决定因素，因此对这三个“安全环”统一规划，匹配相应的资源。

4 首都机场“安全环”防御系统动态建模

基于首都机场客流量、航班量、货流量等时刻变化的客观条件，以及机场内部设施设备设置的改进和故障问题等影响因素，机场的保障工作需要实时调动各环节的管控作用，以节约不必要的人力、物力和财力消耗。因此，在建立了防御系统的基础模型后，需要进一步优化改进。引入模糊逻辑的方法，更加简单、高效地完成调节控制过程，利用科学的控制理论方法代替管理人员的实时追踪分析，从而提高首都机场科学管理水平。

4.1 输入输出量的确定及描述

基础安全环内各变量的调节因子分布受旅客流量、行李流量、商品流量、货物流量、车辆流量、工作人员流量影响，并与各通道种类的开启通道数量和安检设备数有关。因此，将其通道数、过检量和安检设备量作为模糊控制系统的输入变量。而公共区抽检预检巡视环、控制区巡视环、监护环与门禁、监控等设施数以及航班数相关，因此，将设施数和航班数设为输入变量。而信息环作为最外层的保护环，对安全工作的贡献主要受到传递过程和法律规章执行力度的影响，传递过程越多，信息失真和出现断层的几率越大；法律规章执行力度越强，信息传递的准确性越好。因此，在信息决策环，将传递路径和执行力度作为输入变量。从而建立了两个多输入多输出控制器、一个多输入单输出控制器，完成了首都机场多层级安全闭环的模糊控制管理。

4.2 隶属度函数的确定

隶属度函数的确定是模糊控制应用的基础，所以，正确地构造隶属度函数是模糊控制的关键问题。每个变量使用连续型论域，采用简单的线性化处理方法，所有的隶属度函数采用高斯函数。

由于基础安全环内的开启通道量、设备量和过检量决定安全环内安全工作人员的工作质量。所以，将开启通道量输入变量D1的论域（基本通道数，最大通道允许数）划分为{ZD，SD，MD，BD}（Z：zero，S：small，M：middle，B：big，D：door），其中基本通道数指通道过检最低通道要求数，最大通道允许数指首都机场客观物理条件限制的允许设置的最多通道数；过检量变量D2的论域（最低流量过检数，最高流量过检数）划分为NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}（N：negative， P：positive）；机场安全环作为最大的安全防线，其所占安全保障的权重最大，将此控制器，即控制器1输出变量的论域（1，100）划分为{NA，SA，MA，BA} （N：none，S：small，M：middle，B：big，A：affect）。由于公共区抽检预检巡视环、控制区巡视环、监护环均与门禁、监控等设施数以及航班数相关。因此将此三个安全环放在一起进行考虑，统称为预检巡视监护环，设计多输入多输出模糊控制器。将设施量输入变量的论域（基础设施数，最大设施支持数）划分为{ZI，SI，MI，BI}（Z：zero，S：small，M：middle，B：big，I： installatione），其中基础设施数为必须开启和巡视的监控和门禁数，最大设施支持数为物理条件和财力条件所决定的首都机场提供门禁和监控设施数；航班数输入变量N2的论域（最少航班数，最多航班数）划分为NH，NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}（N：negative，H：huge， P：positive）。由于，相对于基础安全环，此三个安全环相对基础环所占安全保障工作的权重较小，将此控制器，即控制器2输出变量的论域（1，50）划分为{NA，SA，MA，BA} （N：none，S：small，M：middle，B：big，A：affect）。

信息环的安全效力由信息传递的路径和决策执行力度决定，信息传递路径可以由传达层级量化，决策执行力可以由执行约束等级量化。因此，将输入变量信息传递的路径M1的论域（信息始端，终端层级）划分为{SL，ML，BL，LL}（S：small ，M： middle， L：big，L：layer），将输入变量决策执行力M2的论域（最低执行等级，最高执行等级）划分为{ZG，SG，MG，BG}（Z：zero ，S：small，M：middle ，B：big，G：grade）。相对其他安全环，信息环所占安全工作的权重较小，因此，将此控制器，即控制器3输出变量的论域（1，20）划分为{NA，SA，MA，BA}（N：none，S：small，M：middle，B：big，A：affect）。

4.3 模糊规则的确定

模糊控制中，最核心的问题是模糊规则的建立[34-36]。模糊控制系统是由一系列基于专家知识语言来描述的，并用一系列模糊条件描述的模糊控制规则构成模糊控制规则库以实现控制效果。基于模糊控制理论，模糊规则反映输入与输出量之间的关系。

①控制器1的模糊规则表如表1所示。

②控制器2的模糊规则表如表2所示。

③控制器3的模糊规则表如表3所示。

5 动态模糊线性规划系统分析

5.1 基础安全环（图3）

由于基础安全环对安全保障工作的影响较大，将其各环节的系数设定在[1，100]变化，表示在安全建设管理中的权重变化情况。

由以上输入输出曲面可以直观的发现，开启通道量和过检量适中时，输出面曲面有一个很明显的突起，各检查系数比较大，表示在这一阶段，旅客检查环节提供的安全权重较大；开启通道数较多时，随着过检量的增多，输出曲面形成一个平滑的曲面，各检查系数基本保持稳定，表示在通道量足够多时，过检量在可容纳范围内增长，对旅客检查环节提供的安全权重几乎没有影响；开启通道非常少的情况下，随着过检量的增大，呈现一个上升的曲面，各检查系数明显快速增大，说明在通道量过少时，过检量越大，此环节各人员所提供的安全权重越大。观察图形可以看出，曲面很不规则，表明基础安全环内控制难度比较大，资源配置调节任务比较复杂，在保障工作中，需要加大力度，重点防御。

5.2 预检巡视安全环（图4）

由于预检巡视监护环较基础安全环对安全保障工作的影响程度较次之，将其各环节系数设定在[1，50]变化，表示该环在安全建设管理中的权重变化。由以上输入输出曲面可以直观的发现，随着航班量的增多，形成一个平滑而上升的曲面，各环节系数保持稳定，表示航班量的增多，需要监护和预检、巡检的数量增多，要求各环节所提供的安全权重逐渐增长；同时，随着设施量的增多，曲面趋于平滑，略微有些上浮，表明设施量一定程度上影响着安全系数。观察图形可以看出预检巡视监护环的曲面比较光滑，说明在实际安全防御过程中，这三个环节的安全工作是相对较容易控制的环节，资源配置的调节比较简单。但作为保障工作，任何一个环节的过失都可能造成不可弥补的后果，因此，仍然需要高度重视。

5.3 信息决策环（图5）

由于信息安全环对安全保障工作的影响程度较小，将其系数设定在[1，20]变化，表示该环节的在安全建设与管理中的权重变化。由输入输出曲面可以直观的发现，随着信息传递路径的增大，决策执行力的减小，信息安全环的输出形成一个较为光滑的下降曲目。表示信息传达所经过的层级越多，执行力越差，信息安全环所提供的安全水平越低。安全工作中，信息的作用毋庸置疑，在进行各环节的管理工作中，重视提高信息决策的执行力度，避免信息传递堵塞，是提高安全保障工作的一个有效措施。

5.4 综述

通过模糊逻辑理论的引入，使得首都机场“安全环”防御系统能够动态调节线性规划模型中的权重系数。根据上文设计线性规划的变量和约束条件以及目标函数，通过MATLAB可以验证最优化的效果。针对客流量和航班量适中阶段抽样验证资源的配置情况。此阶段旅检、行检、商检、货检、车检和工作人员检查量也相对适中，可以代表一个普遍的情况。根据首都机场资源条件和运行状况，针对不同安全检查类别配置常态下的各影响因素如表4，5，6所示。

基于所配置常态下的各影响因素的值，通过MATLAB线性规划模型并调用设计的模糊控制器，优化出的线性规划变量（工作人员数）和目标值（安全指标）如表7所示。

经过优化后的系统，在人员的利用上考虑到各安全管理环节的特点和实时性，在一定程度上可以节省人力、物力和财力成本，并保证机场更加顺畅安全的运行，为首都机场创造更好的安全环境，在一定程度上提高国家的空防安全质量。

参考文献：

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