中小型車輛輻射檢查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

黑麗民，王 軍，孟志強(qiáng)，王建榮

（公安部第一研究所 安檢技術(shù)事業(yè)部，北京 100048）

0 引言

從公眾安全考慮以及目前維穩(wěn)需求，在城市組織重大活動(dòng)或一些重點(diǎn)場(chǎng)所，迫切需要一種可移動(dòng)、高分辨、迅速檢測(cè)各種中小型車輛的高性能安全檢查設(shè)備。

本文按照目前城市重大活動(dòng)和重點(diǎn)場(chǎng)所應(yīng)急安全裝備需求中對(duì)于安全檢查設(shè)備的要求，完成針對(duì)進(jìn)入重大活動(dòng)和重點(diǎn)場(chǎng)所的車輛的檢查裝置。采用中等能量的X射線源和高分辨率線陣探測(cè)器，搭建門架式高分辨頂照式X射線中小車輛檢測(cè)系統(tǒng)，可以以反恐為目的對(duì)進(jìn)入重點(diǎn)場(chǎng)所的中小型車輛進(jìn)行高清晰度的X射線透視快速安全檢查，形成的車輛透視高清晰度圖像可供安檢保衛(wèi)人員清晰地分辨車內(nèi)隱藏的危險(xiǎn)物品和爆炸裝置。

1 背景技術(shù)

射線掃描檢查技術(shù)系統(tǒng)是海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、車站等重要部門對(duì)人員和物品進(jìn)行安全檢查所必需的檢測(cè)設(shè)備，一般地，該系統(tǒng)包括射線源、探測(cè)器裝置和輸送機(jī)。用于車輛檢查時(shí)，一類車輛檢查系統(tǒng)，其被檢車輛不動(dòng)，采用滑軌軌道支持或車載等方式使射線源及探測(cè)器裝置沿被檢車輛車長(zhǎng)方向同步運(yùn)動(dòng)，期間射線源及探測(cè)器裝置采用懸臂等方式連接，以保持相對(duì)位置不變。此類檢查系統(tǒng)采用側(cè)照式，即射線源布置于被檢車輛一側(cè)的底部，L型探測(cè)器位于另一側(cè)及頂部，射線源發(fā)出的掃描射線穿透車體并被探測(cè)器裝置接收；另外一類車輛檢查系統(tǒng)，射線源及探測(cè)器裝置固定不動(dòng)，由司機(jī)駕駛或由專門的車輛輸送裝置拖動(dòng)車輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)通道，使其接受由射線源發(fā)出的掃描射線，同時(shí)探測(cè)器裝置接收透過(guò)車輛的射線，以達(dá)到識(shí)別檢查車內(nèi)物品的目的。我們?cè)O(shè)計(jì)的中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)便屬于此類。此類檢查系統(tǒng)通常也采用側(cè)照式，原因是采用頂照式需將探測(cè)器埋在被檢車輛支撐面之下，系統(tǒng)復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于側(cè)照式。

對(duì)于檢查目標(biāo)為箱式車輛所載的箱體內(nèi)物體時(shí)，側(cè)照檢測(cè)系統(tǒng)可以完成安檢任務(wù)，車身和箱體圖像自然分隔，辨識(shí)度高。而檢查目標(biāo)為中小型車輛時(shí)，側(cè)照檢測(cè)系統(tǒng)成像時(shí)各部件圖像疊加難于辨識(shí)。而頂照式透射方向與車身結(jié)構(gòu)相匹配，可形成的車輛透視高清晰度圖像，供安保人員清晰地分辨車內(nèi)隱藏的危險(xiǎn)物品和爆炸裝置。

此外還有一類車輛檢查系統(tǒng)，采用背散射技術(shù)，射線源及探測(cè)器位于被檢車輛同一側(cè)，利用探測(cè)器接收被檢物反射的射線以形成圖像，其優(yōu)點(diǎn)是不影響被檢車輛行駛，可實(shí)現(xiàn)隱蔽偵查，但其圖像分辨低、射線穿透性差，即使采用雙側(cè)布置兩套檢查系統(tǒng)，也很難反映車體內(nèi)全部特征。

目前，在城市和重點(diǎn)場(chǎng)所的重大活動(dòng)中，迫切需要一種可移動(dòng)、快速裝配、高分辨、可迅速檢測(cè)各種中小型車輛的高性能安全檢查設(shè)備。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)，其技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)均能滿足城市應(yīng)急需求，以下分幾方面介紹該系統(tǒng)。

2 硬件組成及其設(shè)計(jì)

中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)硬件組成包括檢查通道、車輛輸送裝置、工作站等。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于拆卸組裝，各部分均設(shè)計(jì)安裝了腳輪和地腳，便于設(shè)備安裝調(diào)試和移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，且不破壞現(xiàn)場(chǎng)地面。圖1為系統(tǒng)布置圖。

圖1 檢查系統(tǒng)示意圖Fig.1 The inspection system schemetic drawing

2.1 檢查通道

圖2 檢查通道外形圖Fig.2 The inspection passage perspective drawing

檢查通道包括門架、射線源和探測(cè)器裝置及其它相關(guān)設(shè)備。如圖2所示。

門架用于安裝射線源、探測(cè)器裝置以及其它相關(guān)設(shè)備，與車輛輸送裝置配合并允許車輛從門架中通過(guò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全車身的掃描。

射線源的設(shè)計(jì)為頂照式，位于門架頂部，用于產(chǎn)生X射線束對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描，其中所述輻射方向與所述車輛輸送裝置的輸送方向垂直。

探測(cè)器裝置位于門架底部和兩側(cè)，布置為U型，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于車輛的扁平化輻射檢測(cè)，有效提高了圖像質(zhì)量。

系統(tǒng)采用了高靈敏度探測(cè)器，探測(cè)器像素間距約為2.5mm，圖像分辨率達(dá)到包裹檢測(cè)的級(jí)別，便于安檢員識(shí)別槍支刀具、爆炸裝置等違禁物品；同時(shí)采用雙能探測(cè)技術(shù)探測(cè)車內(nèi)物品的材料特性，有助于安檢員識(shí)別易燃易爆的危險(xiǎn)物品。

雙能探測(cè)技術(shù)是指采用的探測(cè)器板每一塊都包含有低能探測(cè)通道和高能探測(cè)通道。高能和低能光電二極管晶體陣列吸收不同的X射線能譜，轉(zhuǎn)換成可被處理的微弱電流信號(hào)；由于物體的密度和厚度不同，對(duì)X射線的衰減程度也有所不同，所以轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)強(qiáng)弱也不同。因此，不同強(qiáng)弱的電信號(hào)經(jīng)處理后形成不同灰度的圖像信號(hào)，因此可以實(shí)現(xiàn)物品的材料分辨。

2.2 車輛輸送裝置

車輛輸送裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，便于拆卸組裝、方便移動(dòng)，包括出入口斜臺(tái)、支撐平臺(tái)、輸送機(jī)等。輸送裝置設(shè)有防止車輛跑偏裝置，糾正車輛行進(jìn)方向，確保車輛及設(shè)備的安全。

出入口斜臺(tái)用于車輛駛?cè)腭偝鱿到y(tǒng)，由于系統(tǒng)采用頂照式，水平探測(cè)器位于被檢車輛下方，被檢車輛支撐面高于地面，需出入口斜臺(tái)方便車輛駛?cè)腭偝觥?/p>

支撐平臺(tái)用于支撐被檢車輛，為了避免阻擋射線，以射線掃描面為分界線將其分成兩部分，并在水平探測(cè)器之下進(jìn)行連接固定。

輸送機(jī)用于輸送被檢車輛，也以頂照光縫為分界線被分成兩部分，包括輸送機(jī)支架、循環(huán)拖動(dòng)系統(tǒng)。輸送機(jī)支架用于包容并支撐輸送機(jī)其它組成部分；循環(huán)拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)及減速器、動(dòng)力鏈輪、改向鏈輪、環(huán)形鏈條和拖動(dòng)輥組成。

為減小拖動(dòng)阻力，拖動(dòng)輥設(shè)計(jì)成輥軸和輥筒兩部分，將輥軸兩端分別連接于兩條環(huán)形鏈條相應(yīng)位置，輥筒可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輥筒抵住車輪以驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。

2.3 工作站

工作站采用移動(dòng)式集裝箱房，為安檢員工作空間，提供車輛的時(shí)時(shí)狀態(tài)以進(jìn)行操控，同時(shí)顯示高清晰度的透視圖像以供研判。

3 系統(tǒng)控制

中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)控制包括兩個(gè)子系統(tǒng)：前端檢查通道內(nèi)布置的車輛檢查子系統(tǒng)、后端安檢操作子系統(tǒng)（包括檢查圖像判讀、檢查過(guò)程視頻圖像檢索）。系統(tǒng)控制方框圖如圖3所示。

（1）車輛檢查子系統(tǒng)：包含源探檢查分系統(tǒng)、安全報(bào)警子系統(tǒng)、車輛拖動(dòng)分系統(tǒng)、獨(dú)立的系統(tǒng)控制分系統(tǒng)、檢查過(guò)程視頻監(jiān)控分系統(tǒng)。該系統(tǒng)與后端安檢操作子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，不同的子系統(tǒng)有其各自獨(dú)立的物理鏈路。

（2）操控子系統(tǒng)：包含安檢計(jì)算機(jī)分系統(tǒng)、視頻監(jiān)控計(jì)算機(jī)分系統(tǒng)。兩個(gè)分系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與前端車輛檢查子系統(tǒng)相連，獲取前端系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息以及相關(guān)圖像信息。安檢操作子系統(tǒng)支持本地和遠(yuǎn)程同時(shí)部署。

4 系統(tǒng)指標(biāo)及成像效果

（1）中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)如下：①大角度高速流X射線源，最高工作電壓為250kV，束流＜1.2mA；②探測(cè)器像素間距約為2.5mm；③穿透力不小于43mm；④空氣背景分辨率不大于0.25mm鍍鋅銅線；⑤對(duì)圖像進(jìn)行灰度和偽彩色顯示，圖像邊緣增強(qiáng)，反轉(zhuǎn)，灰度變換，圖像放大等圖像處理功能；⑥用不同飽和度的顏色表示有機(jī)物（橙色）、無(wú)機(jī)物（藍(lán)色）和混合物（綠色）；⑦單次檢查劑量：不大于5μGy。

（2）系統(tǒng)成像： 中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)成像清晰，如圖4所示成像的局部示意，在被檢車輛副駕駛上箱包內(nèi)的違禁品清晰可見(jiàn)，安檢操作員可輕松判讀圖像，發(fā)現(xiàn)排除各類違禁品，確保重大活動(dòng)和重點(diǎn)場(chǎng)所的安全。

圖4 檢查系統(tǒng)成像局部圖Fig.4 A partial view of the X-ray image

5 結(jié)束語(yǔ)

中小型車輛輻射檢車系統(tǒng)以城市反恐安保為目的，對(duì)進(jìn)入重要場(chǎng)所的中小型車輛進(jìn)行高清晰度的X射線透視快速安全檢查，形成的車輛透視高清晰度圖像可供安檢操控人員清晰地分辨車內(nèi)隱藏的危險(xiǎn)物品和爆炸裝置。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠，裝運(yùn)方便，可快速投入檢查工作，各項(xiàng)功能指標(biāo)先進(jìn)，圖像清晰分辨率高，能很好的滿足城市應(yīng)急需求。

[1]成大全.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化工大學(xué)出版社,1992.