一種新型的車輛X射線安全檢查設備

賈寧寧，黑麗民

（公安部第一研究所，北京 100048）

0 引言

目前國際上恐怖活動越來越多，方式多種多樣（如汽車炸彈、人體炸彈、有毒信件等），反恐形勢日益嚴峻。為此，各國政府紛紛出臺相應政策，加強對包括機場、車站、碼頭等在內公共場所的安檢措施，并重點加強對爆炸物等危險物的檢查力度[1]。

“10·28” 與 “5·22” 事件的發(fā)生，為我們敲響了防范汽車炸彈的警鐘。一方面隨著汽車不斷普及，車輛變得很容易獲取，且流動性不易控制；另一方面車輛內隱藏危險物品和爆炸裝置很容易實現(xiàn)且難以發(fā)現(xiàn)，同時車輛本身也會增加爆炸威力，使的破壞力驚人且對輿論及大眾心理影響巨大。對爆炸物等違禁物準確、高效的技術檢測，是有效防范恐怖犯罪和刑事犯罪的重要手段，可起到震懾敵對勢力及犯罪分子和消除各種威脅的作用，從而保證社會正常的秩序及重要區(qū)域的絕對安全。

目前國內對車輛的安全檢查基本停留在人工檢查，效率低且不易發(fā)現(xiàn)隱藏的違禁品。車底光學掃描只能發(fā)現(xiàn)車底盤貼附的危險品，對隱藏于車體結構內的則無法發(fā)現(xiàn)。警犬或是氣味提取裝置對爆炸裝置及一些爆炸物的排除可靠性也不高。國外則主要是對大型車輛、集裝箱等或采用放射性同位素或采用加速器或采用高能X 射線源進行檢查。

因此，充分利用X 射線透射技術的高性價比，通過優(yōu)化設計，我們開發(fā)了一款新型的適用于中小型客車的X 射線安全檢查設備。該設備采用組合式裝配，可廣泛適用于城市集會、機場、火車站等場所，能夠對符合要求的中小型客車進行檢查。同時也減少了占地面積，降低了制作成本，并且它的單次檢查劑量以及設備的泄露劑量率也能夠達到國家安全標準，圖像分辨率達到了包裹檢查的級別。

1 技術分析

1.1 技術原理

采用X 射線透射技術的安全檢查設備工作原理是通過輸送裝置將被檢物品送入檢查通道后，X 射線源發(fā)射X 射線，X 射線穿過輸送裝置上的被檢物品，經(jīng)被檢物品吸收后，最后轟擊探測器。探測器把X 射線轉變?yōu)樾盘枺⑺偷教幚砥髯鲞M一步處理。

1.2 技術現(xiàn)狀

目前國內外對車輛進行安全檢查的技術主要分為兩類，一類是射線源及探測器裝置運動型。為降低成本和占地面積，主要采用射線源側照式，被檢車輛在原地不動，采用軌道或車載等方式使射線源和探測器裝置沿被檢車輛的車長方向運動。期間射線源及探測器裝置采用懸臂等方式連接，以保持相對位置不變；另外一類是射線源及探測器裝置固定不動，由專門的輸送裝置將車輛經(jīng)過檢測通道，使其接受由射線源發(fā)出的掃描射線，同時探測器裝置接收透過車輛的射線，以達到識別檢查車內物品的目的。

1.3 總體技術方案

當檢查目標為箱式車輛所載的箱體內物體時，側照檢測可以很好地達到目的，車身和箱體圖像自然分隔，辨識度高。而當檢查目標為中小型車輛時，側照檢測后各部件圖像疊加難于辨識。針對上述問題，我們充分借鑒了現(xiàn)有貨物安檢設備的經(jīng)驗，采用了射線源頂照技術，在該方式下X 射線透射方向與車身結構相匹配，可形成高清晰度的車輛透視圖，供安保人員清晰地分辨車內隱藏的危險物品和爆炸裝置。

同時，結合實際安全檢查的需要，我們還對設備增加了高清攝像頭，對檢查的車輛實現(xiàn)了車輛的一一對應。該設備的總體技術方案框圖如圖1 所示。

圖1 總體技術方案Fig.1 Technical solution

2 設備組成

由于車輛安全檢查設備檢查對象的為中小型車輛，根據(jù)我國關于車輛分類的標準和實際使用情況，我們初步制定了該設備可檢的最大車長為6米，可檢最大車重為5 噸，這些參數(shù)的設定，為后續(xù)的結構設計奠定了基礎。

車輛安全檢查設備由前引橋、輸送系統(tǒng)、檢車通道、后引橋以及操作間和防護系統(tǒng)組成。每一部分都是采用可拆卸方式設計，便于運輸和組裝。同時各部分都安裝有腳輪和地腳，便于現(xiàn)場調試和移動，且能夠很好的適應不同的現(xiàn)場環(huán)境，做到不破壞現(xiàn)場，如圖2 所示[2]。

2.1 前后引橋

圖2 檢車設備示意圖Fig.2 The security inspection equipment for vehicle

前后引橋主要功能是引導車輛進入或駛離輸送系統(tǒng)，在結構上應力求簡單實用。同時為了運輸和拆裝方便，該部分設計成為左右兩部分，中間由鋼板連接的結構。前引橋具體結構如圖3 所示。后引橋結構基本與前引橋一致。

圖3 前引橋結構示意圖Fig.3 The structure of front ridge

2.2 輸送系統(tǒng)

車輛輸送系統(tǒng)的主要作用是將被檢車輛按照設定的速度送入檢查通道內。根據(jù)現(xiàn)有的技術，我們初步擬定了以下三種方案[3～6]：

方案1：平板輸送型。基本方案如圖4 所示，主要是采用采用滾珠絲杠推動平板前行，從而帶動車輛勻速通過檢查通道。該方案優(yōu)點是結構簡單，運行平穩(wěn)。缺點是所需滾珠絲杠的造價較高，所需動力源功率也較大，且輸送系統(tǒng)不能實現(xiàn)往復運動，需待被檢車輛駛離后才能后退至起始點，不能實現(xiàn)高效的檢車。雖然設計時，承重鋼板采用了四邊式，但由于鋼板對X 射線的衰減作用，在成像上仍會有部分陰影，影響了圖像質量和檢查的效果。

方案2：鏈式拖曳型。基本方案如圖5 所示，采用了鏈式拖曳的方法，將鉸鏈固定于車頭，牽引車身勻速通過檢查通道。同時系統(tǒng)采用導向軌道，引導車輛直線行駛。該方法的優(yōu)點是造價較低，并且拖動車輛時，車輛的滾動摩擦力遠遠小于車輛自身的重力，所需動力源功率也大大降低。在成像方面，導向軌道內采用了槽鋼結構，減少了對X 射線的衰減作用，使成像在方案1 的基礎上有了進一步提高，圖像分辨率達到預定的設計目標。和方案1 一樣，它的主要缺點是不能往復運動，需等被檢車輛駛離后，才能退回起點，影響了檢查效率。

圖4 平板輸送型Fig.4 Flat conveying type

圖5 鏈式拖曳型Fig.5 Chain drag type

圖6 拖輥往復型Fig.6 Drag roller reciprocating type

方案3：拖輥往復型。在方案2 的基礎上，充分考慮了輸送機構需要往復運動的要求，通過放置于車輪后的拖輥推動，使車輛勻速通過檢查通過。該方案與方案2 相比，唯一的缺點在于由于鏈條的存在，使的圖像質量有所下降，但并不影響檢測效果。三種方案比對如表1 所示。

表1 三種方案對比表Tab.1 Comparison of three schemes

綜合考慮，最終我們選擇了方案3 作為輸送系統(tǒng)設計方案，同時為減小拖動阻力，拖輥設計成輥軸和輥筒兩部分，輥軸兩端連接到兩條環(huán)形鏈條，輥筒隨車輪可自由轉動，并推動被檢車輛前進。輸送系統(tǒng)導向槽基本結構如圖7 所示。

圖7 導向槽結構Fig.7 The structure of guide groove

2.3 檢車通道

根據(jù)設計方案，檢車通道選用了常見的門字型結構，如圖8 所示。

檢車通道包括大功率射線源、探測器陣列、門架以及其他電氣控制設備。其中射線源放置于門架的頂端，發(fā)射X 射線的方向與車輛運動方向相垂直；探測器陣列采用U 型布置，從車輛底部和兩側面接受透射的X 射線，實現(xiàn)了對車輛的扁平化掃描，提高了檢查精度。同時陣列中的探測器板均采用了高靈敏度探測器板，圖像分辨率達到了包裹級別。此外為更好的探測車內物品的材料特性，有助于安檢員識別易燃易爆的危險物品，我們還采用了雙能探測技術，即采用的每一塊探測器板都包含有低能探測通道和高能探測通道，充分保證了檢查的精準度。

圖8 檢查通道Fig.8 Check passage

2.4 操作間及防護系統(tǒng)

考慮到車輛安全檢查設備的使用場所一般為室外環(huán)境，我們?yōu)椴僮魅藛T采用了可移動式集裝箱房作為操作間，方便操作人員進行操控。同時為避免設備X 射線的泄露對外部人員造成不必要的傷害，我們采用了可移動的鉛屏風作為防護系統(tǒng)，并將其放置于設備四周，大大降低了射線泄露的可能性，有效提高了設備的安全性和可靠性。

3 結論

該型車輛安全檢查設備作為一款新研發(fā)的采用頂照技術的X 射線安全檢查裝置，充分滿足了城市重點場所應急安全的要求，達到了快速拆裝和運輸、高分辨率以及低輻射量的目的，為今后城市的反恐安保又增加了一種新的利器，有效打擊了恐怖分子的囂張氣焰。

[1] 顏巧燕，刑羽.新型X 射線安全檢查設備——小型移動背散射X射線安全檢查設備簡介[J].北京：機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新2014，6.

[2] 詹友剛.Pro/ENGINEER中文野火版3.0鈑金實例精解[M].機械工業(yè)出版社，2008.

[3] 黃學群，等.運輸機械設計選用手冊[M].化學工業(yè)出版社，1999.

[4] 成大全，等.機械設計手冊(第五版)[M].化學工業(yè)出版社，2008.

[5] 藤森洋三[日] .機構設計實用構思圖冊[M].機械工業(yè)出版社，1990.

[6] 尚久浩，等.自動機械設計[M].中國輕工業(yè)出版社，2003.