机场旅客智能安检系统的仿真和优化

陈舒颖，李 博，靳成学

(中船重工海为郑州高科技有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

机场安检环节包括旅客人身安检和随身行李安检，两者同步进行，系统设置多个行李筐整理位，通过RFID技术及人脸识别技术集成旅客信息和行李过检信息；依据安检机判检结果对安全货物和可疑货物进行自动分流处理，对待检货物和开包货物进行自动合流处理；通过空框收集回传模块自动回传行李筐。

本研究在保证完整安检流程的基础上，改进了传统安检过程中的不足，在国内首次推出智能旅客安检系统。自2018年投入应用以来，已在多个机场部署，接受了超过3 000万人次旅客的实际使用检验，为更多机场旅客安检提供了更加便利的安检服务。

1 机场旅客智能安检系统设计

1.1 总体方案设计

机场旅客智能安检系统主要分为两个方面，第一个是机场监控管理系统在人员流动量大、密集的机场候机登机、行李提取、机场商业设施、停车场以及购票等区域通过固定架摆放摄像头来实时检测识别人脸目标；第二个是需要在安检口设置人员信息采集核实区域，对在待测区域内旅客人脸进行快速检测识别[1]。

机场安检系统则是主要由摄像头、照明系统、固定支架、身份证阅读器和本地电脑组成，用于确认该旅客身份的真伪。机场监控管理系统主要由摄像头、照明系统、固定支架、交换机与本地终端组成，数据传输主要由本地终端和交换机组成，实时通过数据传输系统输送到本地终端。终端系统则会对原始输入图像进行检测识别并将检测结果显示在界面上[2]。

1.2 机场安检系统结构设计

在旅客进入安检系统的人脸采集区域后，设置的多摄像头系统开始工作，将旅客3个角度的图像经过以太网交换机快速传输到本地电脑，本地电脑中搭载的机场人脸快速检测识别系统对输入的三路图像进行人脸检测识别，通过检测算法选择检测效果最好的人脸目标图像进行特征提取，传输到服务器中查询与旅客相关联的航班信息，最后将查询到的相关信息显示在界面上。

1.3 机场安检系统流程设计

机场安检口处应使用机场人脸快速检测识别系统的机场安检系统，主要流程为当用户进入安检系统的图像采集区域时，多摄像头系统就会不断地快速对视野区域图像进行采集传输到本地电脑，本地终端内部安装的机场安检系统则是在利用身份证阅读器对旅客的身份证进行识别和扫描信息的同时，对输入图像进行快速人脸检测，提取旅客面部特征。然后将旅客的身份信息与脸部信息生成CSV文件，系统通过与数据库服务器存储的用户信息对比，确认该旅客的身份信息。同时，系统通过服务器查询该用户的航班信息，通过调用数据库里的数据显示旅客的航班信息，将该旅客的位置信息也要通过本地终端发送到数据库服务器中，与对应的信息比较，若发生改变则更新服务器中的内容。

2 仿真系统的建立

2.1 设备模型的建立

采用仿真软件中的3D对象对智能旅客安检设备进行建模。各模块用途如下。

(1)Queqe模块：容纳行李筐，模拟推筐位；

(2)Conveyor模块：输送并储存行李筐，实现行李筐的柔性积放式输送；

(3)Processor模块：处理并输送行李，判定安全或可疑。

为实现设备的控制逻辑，使用仿真软件中的电机模块、光电传感器、决策点等模块，结合流程控制，实现设备功能，各模块用途如下。

(1)Photoeye模块：模拟光电传感器功能；

(2)Decision point：使用决策点辅助实现行李分流逻辑；

(3)Motor模块：控制输送模块的启动停止。

2.2 环境模型的建立

参考某机场安检通道的实际布局，通过软件3D对象中的路径规划模块、视觉模块、任务执行模块、固定资源模块及坐标工具构建等比安检通道布局，制定旅客进出口、队列、行李处理位、行进路线，模型如图1所示。

图1 安检环节环境模型

2.3 流程模型的建立

本次仿真采用某机场现场统计的真实数据，根据参数重要性和采集难易程度进行100到300次不等的采样，取其平均值作为仿真数据，提高仿真结果的可信度，依据各个环节的概率分布特征[3]，结合现场统计数据，确定各模块数值。

旅客依次完成身份验证后在推筐位将所有行李放入托盘，4个推筐位可允许4位旅客同时进行此步骤。其中，有40%的旅客携带行李较多，需要2个托盘，则依次进行2次推筐步骤。完成推筐后旅客通过金属探测门，并依次由安检员进行人身检查，随后旅客到达行李等待整理位，等待行李到达，并在此区域整理行李。托盘则被传送带送至安检机，由安检员进行判读。托盘离开安检机，进入分拣等待区等待判读结果。若判读结果为安全行李，托盘被分拣至安全行李通道，旅客在行李等待整理位等待行李输送到位，整理行李，离开。若判读结果为可疑行李，则托盘被分拣至可疑行李通道，安检员将其移至开包台，相应旅客走至开包台前等待安检员进行开包检查。

3 仿真运行及效率分析

在软件中将仿真运行时间设为上午9点至晚上9点，运行仿真模型12 h，可以得到仿真结果。

在软件统计模块中采集相应仿真数据，包括系统处理效率、安检通道每小时通行量、旅客停留时间、设备各状态时间占比等参数。通过改变不同参数，进行多次仿真，比较仿真结果，可发现手检员数量、人身检查时间手检时间、行李整理区模块的长度、分拣等待模块长度对安检效率有着较大影响。在其他参数不变的情况下，得到的仿真结果数据统计如表1所示。

表1 优化后仿真数据统计

对比优化前后结果，如图2所示，可发现每小时通行人次增加39人，排队人数和平均排队时间有所减少，旅客总体安检时间可减少64 s，安检效率均有所提升。系统运行流畅，并无托盘堆积现象。

4 结语

在旅客安检需求提升以及机场客流量逐渐回温的环境下，本文以优化智能旅客安检系统效率为目的，依据某机场某通道采集的真实数据，在仿真软件中建立基于智能旅客安检设备的旅客安检全流程模型。通过仿真分析，找出安检流程的瓶颈环节，在了解当前旅客安检问题的基础上，提出优化设计方案，并对此方案进行优化调整，提升安检速率，最终仿真结果表明在优化设计的安检系统下，机场安检效率得到了显著提升，机场旅客周转量也逐渐稳定。