毒品爆炸物檢測系統設計

蔣 依 汪鵬飛 鄭雯文*

（長江大學計算機科學學院，湖北 荊州434023）

據統計，每年約有65 噸海洛因、超過50 噸的冰毒片劑由陸路從緬北進人中國內陸地區[1-2]；爆炸物的不正確的使用人體造成威脅與損傷。對于社會發展和人類健康安全而言，毒品與爆炸物會阻礙社會治安的穩定、破壞家庭的幸福，造成極惡劣的影響。

為降低這種惡劣的影響，提高社會治安與人民幸福，在高速流動的人群和貨物的正常出行和運輸過程中快速、準確的檢測出隱藏的毒品和爆炸物，已成為關系國家安全的一項迫切需求和亟待解決的難題。

現有的離子遷移譜檢測產品的為便攜式、門式、臺式三種形式，如美國的GE 公司，其產品采用多項高新技術，具有功能強大、靈敏度高等特點，主要為郵政、機場、海關、反恐等政府重要部門所使用。Smithson Detetction 公司研制的SABRE 4000 是一款便攜式和臺式IMS 毒品/爆炸物檢測儀器，該產品能夠在15 秒內檢測和辨識超過40 種毒品或爆炸物[3]。

本文提出的毒品爆炸物檢測系統設計方法，使用串口通信獲取實時數據和傳輸指令，通過數據去噪處理，利用處理后的數據計算檢測物質的離子遷移率，與樣品庫數據進行比對，得出檢測結果。

1 總體架構

1.1 系統需求分析

隨著社會的發展和我國信息化水平的提高，毒品爆炸物種類越來越多，使得樣品庫的管理和可疑物的檢測越來越繁瑣，依靠專業人員人工檢測并整理檢測歷史記錄，存在檢測時間長、效率低、精度低等問題。同時，在人員密集場所需要完成現場快速檢測可能存在爆炸物，毒品檢查的任務，在保證準確性與可靠性的同時，應提高檢測效率。本文主要研究如何設計出毒品爆炸物檢測軟件系統，實現對可疑物快速，靈敏，準確的檢測。

1.2 系統架構設計

通過分析目標系統的需求，確定系統的整體方案，檢測儀將采集到的數據通過串口通信與檢測軟件實現雙向傳輸，數據經過檢測軟件的分析處理從而得以判定檢測物質是否為可疑物質，系統結構框圖如圖1 所示。

圖1 系統結構框圖

2 系統功能模塊設計

基于現有技術，選用適合的軟件設計原則，確定系統功能模塊包括數據獲取模塊，數據處理模塊，數據展示模塊和數據存儲模塊，如圖2 所示。數據獲取模塊通過使用串口通信協議來獲取數據，數據處理模塊基于對原始數據點進行去噪處理后的算法分析。分析結果以實時繪圖的形式展現，歷史記錄被動態存儲。

3 功能模塊設計實現

3.1 數據獲取

該模塊功能是獲取數據并傳輸指令，采用串口通信方式。該方法穩定性好，傳輸數據速度快，有利于對現實數據的實時采集和處理數據。該系統不僅要處理實時數據（離子信號），而且還要控制多個參數進行，例如遷移管溫度，大氣壓檢測和濕度檢測等。串口通信使用三個通信通道，一是指令通道，另外兩個通道是收發樣品數據信息的數據通道。建立串口通信的基本協議，設置串口號并打開串口，串口初始化完成。根據通信協議指令規定，進行通信，同時獲取有用的數據，為檢測提供數據。

圖2 系統功能框圖

3.2 數據的處理與分析

對數據進行分析和處理是該檢測系統的核心功能。一般采集到的數據都具有噪聲多，冗雜性大等特點。因此，為提高檢測準確性，在進行分析前對數據進行處理是必不可少的一環。此系統中應對數據采用兩次去噪處理，第一次是將檢測空氣的采樣點數據視作噪音數據，在檢測過程中用做消除噪音處理，第二次是為排除先前易揮發物質在檢測中殘留物質的干擾，對采集信號濾波去噪。

將進行去噪處理后的數據點濃度與設定報警濃度比較，若其濃度高于報警濃度，則通過一定算法計算檢測物質離子遷移率與樣品庫樣品離子遷移率的相似度，最終相似度是判定物質是否危險的有效依據。數據處理分析具體流程如圖3 所示。

圖3 數據處理分析具體流程

3.3 數據的展現

畫圖模塊是對從計算模塊獲取的原始采樣點數據使用圖形圖像去噪音技術處理之后，在畫布上畫出一條能夠體現特征信息的曲線圖。

3.3.1 噪聲處理

根據分析，數據產生噪聲的主要原因為在數據采集時的傳送、測量等過程中，設備均處于復雜的環境下，由于受氣壓、溫度的影響，繪出的曲線有著不同程度的噪聲干擾，不能很好的展現其中的規律。為了盡量減少誤差所帶來的影響，需要對原始數據進行去噪、對曲線進行平滑處理。經過處理后所得的圖像如圖4 所示。

圖4 平滑后圖像

3.3.2 實時繪圖

實時繪圖即在規定的時間間隔內動態地展現數據變化的曲線，實現邊檢測變繪圖的功能，其要求準確、迅速、清晰明了。系統使用TChart 控件來實現該功能，將發送過來的實時物質的濃度經過數據處理，可得到新坐標點，再添加至TChart 控件中，同時利用TTimer 控件不斷觸發該事件，從而實現動態圖像的繪制，如圖5 所示。

圖5 實時繪圖

3.4 數據存儲

3.4.1 毒品爆炸物樣品庫模塊

樣品庫管理實質上是對毒品和爆炸物的種類進行管理，保存每種樣品的詳細信息，為檢測提供樣品的基礎信息。樣品庫涵蓋市面上出現的各類毒品、爆炸物，它為檢測數據的處理提供了有效的支撐。該系統實現了對樣品的新增、刪除、修改和查詢功能。其中在新增樣品入庫時，系統將獲取到的數據設置為不可修改，樣品檢測有關的屬性可修改。

3.4.2 歷史信息管理模塊

該模塊實現兩個功能，一個是存儲和展示檢測樣品的詳細信息，另一個是保存檢測樣品時所繪制折線圖的數據。同時系統實現了自動刪除一個月以上數據的功能，從而使歷史記錄模塊可以動態存儲近一個月的數據。

4 結論

本文提出了毒品爆炸物檢測系統的設計方法，系統結合數據采集，分析處理，顯示和存儲等功能，能在短時間內提供準確的檢測結果，以直觀的方式為使用人員展示檢測結果，具有一定的使用價值。后續研究中，我們將預留接口，用于實現云平臺遠程數據管理功能。