鐵路混裝貨物安檢設(shè)備配置方法研究

葉 飛，王 軍，周凌云，劉啟鋼

(1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2. 中國鐵路總公司 科技和信息化部，北京 100844)

0 引言

近年來，鐵路不斷強(qiáng)化貨物安檢查危能力，從“人防、物防、技防”方面逐步完善鐵路貨物安檢管理體系[1]。但是，由于鐵路安檢管理是鐵路拓展白貨物流而新興的管理內(nèi)容，在設(shè)備配置運(yùn)用上仍然缺少成熟的管理經(jīng)驗，主要存在安檢設(shè)備類型不清晰、技術(shù)參數(shù)考慮不充分、配置模式與使用場景結(jié)合不緊密等問題。

（1）安檢設(shè)備類型不清晰。鐵路物流中心安檢設(shè)備當(dāng)前主要配置有手持式金屬探測儀、臺式安檢儀、危險液體檢測儀等設(shè)備，其中手持式金屬探測儀僅能探測貨物中是否攜帶金屬物質(zhì)，難以判別是否夾帶危險貨物。

（2）技術(shù)參數(shù)考慮不充分。當(dāng)前部分鐵路物流中心為了落實(shí)中國鐵路總公司發(fā)布的鐵路安檢查危管理制度辦法，配置了一定數(shù)量的臺式安檢儀，但對識別貨物類型、通過尺寸、穿透能力等考慮不足，存在貨物無法通過或無法識別的現(xiàn)象，造成部分安檢設(shè)備運(yùn)用后便閑置的問題。

（3）配置模式與使用場景結(jié)合不緊密。調(diào)查部分鐵路物流中心的結(jié)果顯示，當(dāng)前鐵路安檢設(shè)備與作業(yè)流線銜接不緊密，部分安檢設(shè)備設(shè)置在倉庫或雨棚端部，而裝卸作業(yè)位于兩側(cè)，貨物安檢作業(yè)需要叉車來回短駁，降低了貨物交接作業(yè)效率。

針對上述問題，通過分析既有安檢設(shè)備類型及特征，結(jié)合鐵路物流中心拓展白貨物流的實(shí)際需要，提出鐵路貨物安檢設(shè)備配置方法，為提升鐵路貨運(yùn)安全管理能力提供決策支撐。

1 混裝貨物安檢設(shè)備類型及特征

安全檢查設(shè)備是在生產(chǎn)生活中用來識別和檢測危險品及違禁品，保證人身及貨物安全的各類設(shè)備的總稱。從技術(shù)運(yùn)用來看，當(dāng)前主要劃分為X光掃描成像技術(shù)、離子遷移光譜法(IMS)、熒光聚合物傳感技術(shù)等技術(shù)類型。按照不同的功能、檢測對象和應(yīng)用場景，主要有安檢X光機(jī)、整車安全檢查設(shè)備、車底安全檢查設(shè)備、毒品爆炸物探測設(shè)備、危險液體檢測設(shè)備、輻射探測設(shè)備、安檢門、手持金屬探測器、人體安檢系統(tǒng)等，可以看出當(dāng)前尚未存在一種設(shè)備能夠檢測出所有危險貨物的情況。鐵路貨物安檢管理的基礎(chǔ)目標(biāo)是防止承運(yùn)的混裝貨物中夾帶危險貨物，進(jìn)而防止混裝貨物中匿報貨物品名。因此，鐵路當(dāng)前主要適用的安檢設(shè)備為門架式安檢系統(tǒng)、安檢X光機(jī)、液體檢測設(shè)備、毒品爆炸物檢測設(shè)備等設(shè)備。其中，門架式安檢系統(tǒng)是面向汽車整車或集裝箱貨物的安檢設(shè)備，自2007年起，原鐵道部發(fā)布了《大型射線類鐵路貨物安全檢查設(shè)備運(yùn)用管理辦法》(鐵運(yùn)電[2007] 180號)等規(guī)章文電，在集裝箱安檢方面取得了一定的管理經(jīng)驗，在此不做重點(diǎn)探討。

1.1 安檢X光機(jī)

安檢X光機(jī)是一種利用X光掃描成像技術(shù)來檢測危險品及違禁品的放射性檢測儀。安檢機(jī)能根據(jù)物體對X射線的吸收程度，在熒屏上呈現(xiàn)不同顏色的影像[2]。有機(jī)物如食品、塑料等顯示為橙色，書本、陶瓷等混合物顯示為綠色，無機(jī)物和金屬則顯示為藍(lán)色。掃描成像過程中，系統(tǒng)提供自動圖像存儲和由檢查人員根據(jù)工作需要自行存儲2種方式，如需對其中圖像重新檢查，檢查人員可隨時回放過往圖片。隨著技術(shù)的革新，當(dāng)前準(zhǔn)靜態(tài)計算機(jī)斷層掃描技術(shù)(CT)正逐步運(yùn)用于貨物安檢領(lǐng)域，CT是以X射線從多個方向沿著頭部某一選定斷層層面進(jìn)行照射，測定透過的X射線量，數(shù)字化后經(jīng)過計算機(jī)算出該層面組織各個單位容積的吸收系數(shù)，然后重建圖像的一種技術(shù)。通過準(zhǔn)靜態(tài)計算機(jī)斷層掃描技術(shù)，測定待測物質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率，從而判斷其易燃易爆性。

安檢X光機(jī)依據(jù)不同的作業(yè)場景有多種大小的通道尺寸，以滿足不同體積物品的檢查需求。通道尺寸指的是安檢X光機(jī)通道的高度及寬度，安檢X光機(jī)主流的通道尺寸和類型如表1所示。

表1?安檢X光機(jī)主流的通道尺寸和類型Tab.1 Channel sizes and types of mainstream X-ray machines

目前使用數(shù)量最多的是5030，6550，8065，10080，100100型這5種通道尺寸的安檢機(jī)，而150150，150180，160190，180180型一般應(yīng)用于大型貨物的安全檢查，需求量相對較少。從參數(shù)指標(biāo)來看，通道尺寸越大，能夠承載的貨物重量越大，X光的穿透能力越強(qiáng)，設(shè)備體積和重量也越大，功耗和噪聲級也越來越高，精度和分辨力越來越低。

1.2 痕量爆炸物毒品檢查設(shè)備

痕量爆炸物毒品檢查設(shè)備是一種檢測是否攜帶毒品和炸藥的儀器，主要運(yùn)用的是離子遷移光譜技術(shù)(IMS)。嫌疑人接觸過炸藥或毒品后，在手的皮膚上會沾有這些炸藥或毒品的微小顆粒，當(dāng)嫌疑人再接觸其他物質(zhì)時，如箱子、包裹或衣服，通過指紋將微粒污染到這些物質(zhì)的表面。在常溫下，這些微小顆粒會自然揮發(fā)出蒸汽，檢測人員通過取樣工具，在這些物質(zhì)表面采集微小顆?；蛘羝枚酒氛ㄋ幪綔y器可進(jìn)行分析。根據(jù)設(shè)備外形和功能，痕量爆炸物毒品檢查設(shè)備可以分為臺式和便攜式2種類型。痕量爆炸物毒品檢查設(shè)備如圖1所示。

圖1?痕量爆炸物毒品檢查設(shè)備Fig. 1 Trace explosive drug detection equipment

1.3 危險液體檢查設(shè)備

安檢X光機(jī)對液態(tài)的危險品無法做到有效識別。目前，排除液體危險品的通常做法主要是讓攜帶者喝一口，以示其沒有危害?？紤]大多數(shù)危險液體都具有明顯的拉曼光譜特征峰，通過發(fā)射微光到液體，然后檢測不同液體返回來的光譜特征，可以識別出液體的屬性，給出液體的名稱。危險液體檢測儀主要使用拉曼光譜技術(shù)，拉曼光譜與分子的振動轉(zhuǎn)動能級有關(guān)，是分子的指紋光譜，利用拉曼光譜可以進(jìn)行物質(zhì)的識別和檢測，并結(jié)合基于化學(xué)計量學(xué)的模式識別算法以及計算機(jī)自動控制技術(shù)，可以對液態(tài)物品進(jìn)行快速檢查。但是，拉曼光譜技術(shù)在安檢的應(yīng)用也存在不足之處，如錫紙包裝、金屬、陶瓷等不透明包裝需要進(jìn)行取樣測量，不能夠直接隔著外壁進(jìn)行檢測，而且部分深色液體和高熒光物質(zhì)容易導(dǎo)致飽和等，導(dǎo)致檢測出現(xiàn)誤差[3]。

按照檢測設(shè)備的外形，危險液體檢測儀可以分為手持式和臺式2種。危險液體檢測儀如圖2所示。

圖2?危險液體檢測儀Fig.2 Dangerous liquid detector

手持式危險液體檢測儀使用時只需將檢測儀探頭放在待測容器側(cè)面，探測高度低于容器內(nèi)的液體水平面，然后按下按鈕即可。檢測儀不含離子、微波射線放射源及其他潛在危險元素，對操作人員安全無害。臺式危險液體檢測儀直接將待檢容器放置在相應(yīng)的檢測區(qū)域，檢測結(jié)果通過指示燈報警和聲音報警2種模式，同時在屏幕上顯示檢測結(jié)果，便于安檢人員的識別。

1.4 混裝貨物安檢設(shè)備檢測范圍對比分析

《鐵路危險貨物品名表》中將危險貨物劃分為爆炸品、氣體、易燃液體、易燃固體、易于自燃的物質(zhì)、遇水放出易燃?xì)怏w的物質(zhì)、氧化性物質(zhì)和有機(jī)過氧化物、毒性物質(zhì)和感染性物質(zhì)、放射性物質(zhì)、腐蝕性物質(zhì)、雜項危險物質(zhì)和物品等類型。因此，鐵路混裝貨物安檢查危設(shè)備檢測范圍應(yīng)與該分類一致。由于雜項危險物質(zhì)和物品類別中貨物性質(zhì)復(fù)雜，在此不做重點(diǎn)討論?；煅b貨物安檢設(shè)備檢測范圍對比如表2所示。

從表2可以看出，X光機(jī)可檢查貨物覆蓋范圍最廣，但無法判明貨物組成，主要起到初步判斷是否為疑似危險貨物的作用。痕量檢查設(shè)備和危險液體檢測設(shè)備具有明顯的專業(yè)化檢查特征，是判定貨物組成的主要手段。因此，混裝貨物安檢不能完全依賴單一設(shè)備完成檢查，需要多種設(shè)備相互配合，才能夠判定貨物組成及危險性。

表2?混裝貨物安檢設(shè)備檢測范圍對比Tab.2 Comparison of inspection range of mixed cargo security inspection equipment

2 基于需求傳遞的鐵路貨物安檢設(shè)備配置方法

鐵路貨物安檢作業(yè)是鐵路貨物交接環(huán)節(jié)中的組成部分，因此鐵路貨物安檢設(shè)備配置方法是以鐵路貨物交接環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，運(yùn)用需求傳遞理論，從服務(wù)功能、設(shè)備類型、技術(shù)參數(shù)等方面建立映射模型。為保證理論模型的實(shí)踐應(yīng)用，提出鐵路貨物安檢設(shè)備配置流程及布局模式。

2.1 鐵路貨物安檢設(shè)備配置模型

基于公理化設(shè)計的鐵路物流需求傳遞理論，是通過引入公理化設(shè)計理論，運(yùn)用系統(tǒng)工程的思維和方法，構(gòu)架鐵路物流服務(wù)設(shè)計理論框架，通過域的建模和映射，揭示鐵路物流需求的傳遞機(jī)理[4]。結(jié)合鐵路貨物安檢設(shè)備配置的應(yīng)用場景，形成“業(yè)務(wù)需求—服務(wù)功能—設(shè)備類型—技術(shù)參數(shù)”的映射關(guān)系模型，鐵路貨物安檢設(shè)備配置結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

（1）業(yè)務(wù)需求。鐵路貨物交接環(huán)節(jié)是托運(yùn)人和承運(yùn)人間的交接界面，是界定雙方權(quán)責(zé)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要包括客戶托運(yùn)貨物需求和鐵路承運(yùn)貨物安全管理需求。客戶托運(yùn)貨物需求根據(jù)托運(yùn)白貨的集裝化形式，可劃分為集裝箱貨物、成托貨物和成件貨物3種類型。鐵路貨物安檢管理需求主要是防止匿報品名和夾帶貨物兩大內(nèi)容，防止匿報品名是指防止托運(yùn)人委托運(yùn)輸?shù)呢浳锱c其提報的物品清單信息不一致，即替代物品清單內(nèi)容托運(yùn)；防止夾帶貨物是指防止托運(yùn)人在混裝貨物中，夾帶危險貨物或物品清單未列出的貨物，造成貨物運(yùn)輸安全或降低收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）服務(wù)功能。貨物交接環(huán)節(jié)主要是鐵路作為承運(yùn)人，核查客戶托運(yùn)貨物的基本信息，主要有安檢、稱重、計方、裝卸、搬運(yùn)、貨物清點(diǎn)等作業(yè)內(nèi)容。貨物安全檢查是鐵路核查貨主是否按照物品清單如實(shí)托運(yùn)貨物的關(guān)鍵作業(yè)內(nèi)容。

（3）設(shè)備類型。結(jié)合鐵路貨物安檢作業(yè)的目標(biāo)，主要有安檢X光機(jī)、危險液體檢查設(shè)備和痕量毒品爆炸物檢查設(shè)備和門架式安檢設(shè)備4大類設(shè)備，能夠有效滿足成件、成托貨物，以及固態(tài)、液態(tài)等不同狀態(tài)貨物的安檢要求。

圖3?鐵路貨物安檢設(shè)備配置結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Conf i guration structure model of railway cargo security inspection equipment

（4）技術(shù)參數(shù)。技術(shù)參數(shù)主要包括通道尺寸、穿透能力、探測物質(zhì)類型、檢測時間、檢出率和誤報率等內(nèi)容。其中，穿透能力主要是指安檢設(shè)備間接探測物質(zhì)的能力，考慮多品類貨物集裝化后造成難以直接探測內(nèi)部貨物的情況，穿透能力成為衡量安檢設(shè)備適應(yīng)性的重要技術(shù)參數(shù)之一；探測物質(zhì)類型主要是指檢查物品對象性質(zhì)，包括液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)等狀態(tài)，以及危險貨物和非危險貨物等危險屬性；檢測時間是指安檢設(shè)備檢測一批貨物所需要的時間；檢出率是指檢出問題貨物數(shù)量占核定問題貨物總數(shù)量的比例，以反映安檢設(shè)備的識別能力；誤報率指非問題貨物占檢出疑似貨物數(shù)量的比例，以反映安檢設(shè)備的誤判能力。

2.2 鐵路貨物安檢設(shè)備選型流程

在鐵路貨運(yùn)場站拓展白貨物流市場條件下，結(jié)合混裝貨物辦理情況及辦理規(guī)模，選擇以便攜式安檢設(shè)備或安檢X光機(jī)為主的安檢設(shè)備，并根據(jù)安檢人員及場地條件配置設(shè)備數(shù)量。鐵路貨物安檢設(shè)備配置流程如圖4所示。

從流程來看，鐵路貨物安檢設(shè)備配置主要考慮鐵路物流中心辦理條件、混裝貨物規(guī)模、貨物集裝化形式、鐵路物流中心人員及場地條件等影響因素。

（1）鐵路物流中心辦理條件，即鐵路物流中心是否受理混裝貨物運(yùn)輸。不辦理混裝貨物的，可對單一品名的貨物進(jìn)行人工抽檢或視檢，以核查貨物品名是否屬實(shí)；辦理混裝貨物的，需要對混裝貨物進(jìn)行安檢作業(yè)，相應(yīng)的需要配備相應(yīng)的安檢設(shè)備[5]。

（2）混裝貨物規(guī)模，即混裝貨物的作業(yè)量，直接影響了安檢設(shè)備的選型和數(shù)量。對于作業(yè)量小的，應(yīng)當(dāng)考慮以便攜式安檢設(shè)備為主，實(shí)現(xiàn)安檢設(shè)備在不同作業(yè)流線中的循環(huán)使用，提升安檢設(shè)備運(yùn)用效率；對于作業(yè)量大的，應(yīng)當(dāng)考慮以通道式安檢X光機(jī)為主，實(shí)現(xiàn)貨物過機(jī)安檢，提升安檢作業(yè)效率。其中，貨物作業(yè)量規(guī)模的判定，應(yīng)當(dāng)結(jié)合場地條件、人員配置予以確定。

（3）貨物集裝化形式?？紤]集裝箱、成托、成件不同貨物集裝化形式的尺寸，對過機(jī)安檢的通道有量化要求，在作業(yè)規(guī)模較大條件下，應(yīng)分別配備門架式安檢系統(tǒng)、大型安檢X光機(jī)和中型安檢X光機(jī)，以滿足貨物過機(jī)安檢的需求[6]。

圖4?鐵路貨物安檢設(shè)備配置流程Fig.4 Allocation process of railway cargo security inspection equipment

（4）鐵路物流中心人員及場地條件。安檢設(shè)備是提升安檢作業(yè)效率的有效手段，均需要安檢人員進(jìn)行運(yùn)用管理，并且需要占用一定場地。因此，鐵路物流中心安檢人員配備及場地條件，直接影響了安檢設(shè)備選型及配置數(shù)量。

2.3 鐵路貨物安檢設(shè)備布局模式

針對以臺式安檢儀為代表的安檢設(shè)備配置模式與使用場景結(jié)合不緊密的問題，考慮鐵路倉庫、雨棚等倉儲區(qū)域以兩側(cè)站臺裝卸列車的基本前提，以倉庫、雨棚等設(shè)施為研究對象，可將站臺與裝卸線主要的布局形式歸納為兩線夾一臺、一臺一線2種形式，從而提出鐵路貨物安檢設(shè)備布局模式[7-8]。

（1）兩線夾一臺布局形式。兩線夾一臺布局形式下，倉庫兩側(cè)緊鄰鐵路貨物線，端部可進(jìn)行汽車裝卸作業(yè)，貨物交接環(huán)節(jié)中搬運(yùn)距離較長。為減少安檢裝備占地規(guī)模、提升貨物交接作業(yè)效率，臺式安檢裝備可考慮放置于站臺端部，與汽車卸車站臺緊密對接，汽車卸車后經(jīng)安檢儀檢查，并通過傳送帶輸送至貨區(qū)貨位，再由叉車進(jìn)行裝車作業(yè)。兩線夾一臺布局形式下臺式安檢儀布局模式如圖5所示。

圖5?兩線夾一臺布局形式下臺式安檢儀布局模式Fig.5 Layout mode of desktop security detector under two line clamps and one layout

（2）一臺一線布局形式。一臺一線布局形式下，站臺一側(cè)是鐵路貨物線，對側(cè)為汽車貨物站臺，貨物交接環(huán)節(jié)走行搬運(yùn)距離較短。為有效提升安檢作業(yè)效率，可在公路站臺側(cè)布局安檢設(shè)備，再通過傳送帶或叉車搬運(yùn)至鐵路站臺完成裝車作業(yè)?？紤]倉庫內(nèi)叉車走行流線較為復(fù)雜，需要根據(jù)不同客戶及倉庫管理需求進(jìn)行設(shè)計，在此對傳送帶布局不做討論。一臺一線布局形式下臺式安檢儀布局模式如圖6所示。

?圖6?一臺一線布局形式下臺式安檢儀布局模式Fig.6 Layout mode of desktop security detector under one-line with one clip

3 結(jié)束語

長期以來，鐵路貨物安檢設(shè)備缺乏，安檢能力不足，形成了貨物承運(yùn)安全風(fēng)險隱患，難以適應(yīng)鐵路貨運(yùn)增量發(fā)展要求。對安檢裝備選型配置方法的探討，為鐵路貨場差異化安檢場景作業(yè)需求提供了裝備配置參考，為提升鐵路安檢查危管理質(zhì)量提供技術(shù)支撐。鐵路貨物安檢管理是包括管理制度、安檢人員、安檢設(shè)備、安檢系統(tǒng)等多要素的系統(tǒng)工程，也是鐵路貨運(yùn)作業(yè)流程中的重要環(huán)節(jié)，需要按照智能化、協(xié)同化、標(biāo)準(zhǔn)化思路進(jìn)行深入研究，以不斷完善鐵路貨物安檢管理體系，有效提升鐵路貨運(yùn)管理質(zhì)量。