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                第八章 安防技術與產品應用
                第三節 防爆安檢技術的應用現狀及發展趨勢

                  國家統一、主權和領土完整是中國的核心利益。然而,在境內外反動勢力的唆使與支持下,暴力恐怖分子明目張膽地挑戰這一核心利益,他們肆意挑起騷亂,殘殺無辜民眾,導致國內暴力恐怖活動頻發。特別是2013以來,在國際恐怖活動呈反彈之勢的背景下,中國境內恐怖活動亦呈現高發態勢。2013、2014兩年間,在新疆、北京、昆明等地發生多起恐怖襲擊案件,給廣大民眾的生命財產造成巨大損失。

                  中國面臨的恐怖威脅升級,反恐態勢日趨嚴峻。反恐斗爭事關國家安全、社會穩定,事關人民群眾的切身利益,需常態化布局,需上升到全民反恐的戰略高度來開展。在未來有望常態化的反恐工作中,發展更加先進和有效的各類安檢技術裝備將是一種必然選擇。在此形勢下,廣大安防行業從業者特別是防爆安檢行業從業者應當認識到,以反恐工作實際需求為導向,開展安防產品技術創新,積極研發、生產更多適應反恐工作需求的技術裝備,是全民反恐戰略賦予自身的職責與使命。

                  一、防爆安檢技術發展現狀

                  防爆安檢技術通常分為探測、防護和處置三大領域。在當前嚴峻的反恐態勢下,探測類防爆安檢產品有望成為反恐裝備需求的重中之重。探測類防爆安檢技術通常是指通過技術手段發現某部位、某區域或某方位中的可疑爆炸物,是防爆安檢技術的首要環節。根據探測目標的不同,探測類防爆安檢技術可分為炸藥探測、引爆裝置探測和其它探測三種,其中炸藥探測是利用一定技術手段對等效原子序數、密度、荷質比、分子、離子等炸藥或易燃易爆物本身固有屬性的檢測過程;引爆裝置探測是通過探測引爆裝置中的金屬或電子器件或其形狀及結構特點進行探測;其它探測技術則是指不適宜歸納在前兩類技術內的探測類防爆安檢技術。三種探測類防爆安檢技術目前在防爆安檢工作中都有一定應用。

                  炸藥探測技術一般包括常量炸藥探測技術、微(痕)量炸藥探測技術和液態危險品探測技術等幾個方面。常量炸藥探測技術通常是指雙能X射線技術、X射線CT成像技術、核四極矩共振技術、太赫茲光譜技術、紅外光譜技術、中子技術等以探測常量炸藥為主的常量探測技術;微(痕)量炸藥探測技術通常是指離子遷移譜技術、熒光淬滅技術、化合發光技術、熱氧化還原技術、聲表面波(SWA)技術、質譜(MS)技術、電子俘獲技術、化學比色技術、生物探測技術等以探測微量或痕量炸藥為主的痕量探測技術;液態危險品探測技術通常是指介電常數技術、激光拉曼技術、背散射X射線技術等以探測液態危險品為主的液體探測技術。

                  目前,國內防爆安檢工作中常用的常量炸藥探測技術中以雙能X射線技術為主,常用的微(痕)量炸藥探測技術以離子遷移譜技術和熒光淬滅技術為主,常用的液態危險品探測技術以介電常數技術和激光拉曼技術為主。

                  (一)雙能X射線技術

                  我國的雙能X射線技術發展相對比較成熟,在防爆安檢領域已被廣泛應用,特別是2008年北京奧運會期間北京地鐵大范圍啟用微劑量X射線行李安檢儀、2010年上海世博會期間上海地鐵所有站點啟用微劑量X射線行李安檢儀以來,全國已建和在建軌道交通系統紛紛規;渲梦┝縓射線安全檢查設備。目前,雙能X射線安全檢查設備已在我國軌道交通系統中基本普及。

                  雙能X射線是利用不同能量的X射線對同一物質具有不同的衰減效應的原理,采用兩種不同的線陣探測器對不同能量的X射線進行成像探測,再對兩幅不同能量X射線的成像信號進行算法處理,從而大致判斷物質的等效原子序數,并利用等效原子序數信息,實現自動識別物質是屬于有機物還是無機物的探測技術。其核心技術指標包括設備的線分辨力、穿透分辨力、空間分辨力、穿透力、灰度分辨、有機物分辨、混合物分辨、無機物分辨、材料分辨等性能指標和單次檢查劑量、泄漏射線劑量率等輻射安全指標。綜合來看,國內絕大多數產品的線分辨率可達到AWG34以上,超過國標GB15208-2005《微劑量X射線安全檢查設備》的技術要求AWG32(0.202mm)。近兩年來,隨著技術的快速發展,多家企業的產品線分辨率均達到了AWG40 ;就穿透分辨力而言,目前全部產品可達國標GB15208-2005要求的AWG24,多數產品可達到AWG32,部分產品穿透分辨力已經達到了AWG36,幾乎所有產品的空間分辨力可達到1.3,多數產品可達到1.0,超過GB15208-2005要求的2.0;同時,產品的灰度分辨、有機物分辨、混合物分辨、無機物分辨、材料分辨一般均可達到國標要求。在產品招投標過程中,設備穿透力作為產品核心技術指標,獲得了用戶和企業普遍關注。國標GB15208-2005對穿透力的技術要求是“設備應具有符合要求的穿透力”,并按可穿透鋼板的厚度對穿透力進行分類,以SP表示以mm為單位的可穿透鋼板厚度,規定4≤SP≤25為C類,25≤SP≤38為B類,SP≥38的A類。目前,所有企業的雙能X射線安檢設備均可達到C類,在不對圖像進行特別處理的情況下,大多數設備的穿透力在18~24之間,通過調整X射線球管出束能量可以達到27,通過系統軟件對圖像進行高穿或低穿顯示狀態處理后,多數產品的穿透力指標可以達到34~38mm,部分產品已經達到40~43mm,個別產品甚至已經達到了46mm。

                  就單次檢查劑量、泄漏射線劑量率兩項輻射安全指標而言,目前大多數該類設備的單次檢查劑量均能達到國標要求,控制在5μGy以內,主流產品的單次檢查劑量可以控制在2μGy以內;但因設備生產工藝的區別,個別設備的泄漏射線劑量率偶有超標,即大于國標4.2.2“在距設備外表面5cm的任意處(包括設備的入口、出口處),X射線泄漏劑量率應小于5μGy/h”的技術要求。然而,隨著X射線普及應用帶來的輻射安全問題逐漸引起關注,目前大多數生產企業已經有意識地改進輻射安全防護技術以降低設備泄漏射線劑量率。從各相關生產企業委托檢驗的微劑量X射線安全檢查設備產品實際檢驗結果來看,多數產品的泄漏射線劑量率已經能夠控制在0.5μGy/h以下,部分產品的泄漏射線劑量率已經穩定在環境本底附近。

                  (二)離子遷移譜技術

                  離子遷移譜技術(IMS)的工作原理是將進入儀器的炸藥分子進行電離并使電離后的離子在特定電場中運動,以其到達收集極的時間與內置數據庫信息進行比對從而識別被檢物。

                  基于離子遷移譜技術研發的炸藥探測儀一般采用吸氣或擦拭的取樣方式,應用場所比較廣泛。這類產品的核心技術指標一般包括探測速度、探測靈敏度、誤報率和啟動時間等幾項。目前,國內已有公安部第三研究所、同方威視技術股份有限公司等企事業單位推出了基于離子遷移譜技術的相關產品。就已推出的產品來看,基于離子遷移譜技術的炸藥探測儀的優點是穩定性高,可顯示具體炸藥名稱,且其探測速度快,一般不大于10秒;靈敏度高,一般可達到10-9克,部分產品可達到10-12克。缺點是因部分物質遷移率相近可能會導致名稱誤報,致使產品分辨率無法持續提高,且該類產品開機后大都需要一段加熱時間才能進入可探測狀態,即啟動時間相對較長,與個別即開即用的產品相比稍有不便。

                  基于離子遷移譜技術原理的炸藥探測儀一般使用放射源進行物質電離,在實際使用過程中,有時會受到一些對放射源盲目恐懼的基層用戶排斥。因此,近幾年來,非放射性IMS技術成為了相關IMS研發機構的研究熱點。2013年,國內推出的采用紫外激光電離方式的IMS炸藥探測儀已經獲得實際應用。此外,來自于韓國的采用電暈放電方式的IMS炸藥探測儀和來自于美國的采用高壓放電方式的IMS炸藥探測儀也已經進入中國市場。

                  國際上,離子遷移譜技的研究已經從單純的IMS發展到無需預熱、啟動快且結構簡單、體積更小的非線性離子遷移譜技術,并與氣相色譜技術或質譜技術聯用以提高其分辨率。從反恐工作的實戰需求來看,非線性離子遷移譜技術有望成為我國IMS技術領域的下一個研究熱點。

                  (三)熒光淬滅技術

                  熒光淬滅技術的工作原理是當有TNT等炸藥分子與熒光管或熒光板上的聚合物分子相結合時,聚合物發射的熒光瞬間改變,通過檢測聚合物的熒光強度即可知道周圍環境中是否有TNT等炸藥分子出現。

                  就探測靈敏度、探測速度、啟動時間等幾項核心技術指標而言,基于熒光淬滅技術的炸藥探測儀優點是探測靈敏度高,實驗室可以達到10-15克;探測速度快,通常不大于10秒;開機無需預熱、啟動快,幾乎是即開即用。但由于該類產品的核心部件——熒光管或熒光板極易老化,使用壽命有限,如果缺乏判斷熒光管是否已老化的明確指標,將導致其產品的探測靈敏度不穩定,即在熒光管新裝時靈敏度較高,隨著使用時間延長,靈敏度逐步降低直至完全無法探測。此外,基于熒光淬滅技術研發的產品尚無法識別所探測的是何種爆炸物,在探測結果中只能顯示探測到可疑爆炸物,但不能顯示具體炸藥名稱。

                  目前,國內已有中國科學院上海微系統與信息研究所、陜西師范大學和浙江卷積科技有限公司等企事業單位實現了熒光管或熒光板的量產,推出了基于熒光淬滅技術的爆炸物探測儀。其中,由中國科學院上海微系統與信息研究所研發的基于熒光淬滅技術的炸藥探測儀已經在防爆安檢市場上獲得了較為廣泛的應用。

                  (四)介電常數技術

                  基于介電常數技術的液體探測產品是使用低能微波照射液體,測量其電介質常數或損失系數,與預先標定的液體介電性能參數相比較,從而辨別被測液體是否屬于易燃易爆物質的設備。

                  雖然基于介電常數技術的液態危險品探測儀穿透能力有限,無法探測金屬容器內的液體違禁品,但就啟動時間、探測速度、誤報率等核心技術指標而言,該類設備啟動時間短,基本可以即開即用;探測速度快,幾秒內就可完成探測。因此,該類設備頗受用戶歡迎,近年來在我國各級各類大型活動的防爆安檢工作中已普遍應用。

                  由于基于介電常數技術的液態危險品探測儀無法探測金屬容器內的液體違禁品,相關企業在該類設備上整合了基于熱傳導技術的液態物品檢測功能,專門用于解決金屬容器包裝的液態物品探測。目前,絕大多數臺式液態危險品快速檢探測儀均同時包含基于介電常數技術的檢測模塊和基于熱傳導技術的檢測模塊,手持式儀器也擴展出了部分能夠同時對紙質包裝、陶瓷、玻璃包裝和金屬包裝內的液體進行檢測的雙模塊產品。

                  (五)激光拉曼技術

                  基于激光拉曼技術的液體探測產品的工作原理是利用不同物質在激光激發的情況下,能夠散射出不同特征光譜的特征進行炸藥探測。該類設備對樣品形狀、大小、溫度、狀態要求低,除了可探測液態物品外,還能夠對一些晶體類固態物品實現探測。

                  基于激光拉曼技術的液體探測儀分析速度快、誤報率低,與基于介電常數技術的液態危險品探測儀相比,該類產品不僅可對所探測液態物品進行識別報警,還可以通過物質的特征拉曼光譜進一步判斷所探測物品的具體種類和名稱,對在防爆安檢工作中準確判別液態物品大有裨益。然而,由于該類產品的造價相對較高,其在實際安防爆安檢工作中的應用尚未普及。

                  國外已有使用激光拉曼技術進行自動識別的小型化設備,國內的同方威視技術股份有限公司也已在原有臺式機的基礎上推出了基于此技術的便攜式液態危險品探測儀。

                  二、防爆安檢技術發展趨勢

                  隨著我國反恐態勢日趨嚴峻,除了以往安檢需求已被普遍認同的機場和火車站外,地鐵站、輕軌站等人流密集的公共場所及法院、場館等各級各類重點場所、重要部門也都提出了防爆安檢需求,并已進入實際部署和普遍應用階段。最近一段時間,由于公交縱火及爆炸案件頻發,公交車輛上的防爆安檢需求也引起了廣泛關注。從防爆安檢工作的需求和各類防爆安檢技術的研究進展看,今后一段時期,防爆安檢技術將會向著多樣化、復合化、智能化、網絡化四個方向持續發展。

                  (一)多樣化

                  實踐證明,期望依靠任何單一技術來解決防爆安檢問題是完全不切實際的。每項具體的防爆安檢技術從其誕生之日起,就決定了其具有某些技術優勢的同時,也必然存在相對應的一些技術局限性。以上文提到的常用防爆安檢技術為例,用于常量炸藥探測技術的雙能X射線設備很難探測出隱藏的微量和痕量炸藥,通常也很難通過它來判定液態危險品的危險程度;而用于微(痕)量炸藥探測技術的離子遷移譜炸藥探測儀能夠判定具體炸藥名稱,卻必須等待開機預熱穩定,且需定期更換分子干燥劑等耗材;同樣用于微(痕)量炸藥探測技術的基于熒光淬滅技術的探測儀能夠即開即用,卻無法給出具體炸藥名稱,且需定期更換熒光管或熒光板等耗材。

                  因此,針對防爆安檢工作實際需求的不同方面,研究開發基于不同技術原理的防爆安檢設備,推動技術向多樣化方向發展,是全面解決防爆安檢問題必經的重要階段。目前,包括中國原子能科學研究院、中國工程物理研究院在內的多家企事業單位已在背散射X射線探測技術、核四極矩共振技術、中子探測技術等防爆安檢技術領域取得了突破性進展,太赫茲光譜技術、紅外光譜技術等領域的技術研究工作也在逐步開展。

                  (二)復合化

                  不同防爆安檢技術的研究將會產生不同的防爆安檢設備。隨著技術研究的逐步深入,必然會推出大量新型防爆安檢設備。然而,大量不同類型的防爆安檢設備將會對防爆安檢實際工作帶來諸多不便。因此,走復合化技術路線,整合現有不同技術手段,推出復合性防爆安檢產品,將會成為防爆安檢技術研究的新熱點。目前,將背散射技術和雙能X射線技術整合在一臺行李式X射線安全檢查設備上,實現對普通行李包裹和行李包裹內液態物品探測的設備已經推出;將放射性物品探測技術和金屬探測技術整合在一臺金屬探測門上,實現放射性物質和金屬同步探測的產品也已獲得應用。類似這樣同時整合多種技術的產品今后有望大量出現。

                  (三)智能化

                  隨著防爆安檢工作的布局范圍越來越廣,國內從事防爆安檢工作的人員越來越多。大量安檢員投身防爆安檢工作,必然要使用到各類防爆安檢設備。然而,由于安檢員整體專業素質不高,很難要求他們真正理解每臺設備的技術原理,也很難保證每個安檢員都能夠正確操作使用設備并能通過設備準確判定是否有危險物品。因此,提高各類安檢排爆設備的智能化水平,使設備在使用時給出的判定結果更加直觀、明晰,是減少由人為因素帶來誤判的重要途徑之一。以雙能X射線為例,目前多個廠家已經著手研究在設備使用過程中通過軟件直接給出“發現危險物品”等直觀提示。

                  (四)網絡化

                  2008年以來,隨著“物聯中國”概念的提出,物聯網概念、智慧城市概念持續發酵。已經轟轟烈烈啟動的智慧城市建設對城市建設的方方面面均提出了智能化或智慧化要求。安防工作也不例外,“智慧安防”當前已經成為安防工作發展的方向。所謂“智慧安防”,其實就是以信息化為核心,整合過去簡單的安全防護系統,形成網絡化的綜合安防體系。作為智慧安防建設的重要方面,防爆安檢領域也必將向著網絡化方向發展?梢灶A見,在不遠的將來,每臺防爆安檢設備都將成為防爆安檢網絡體系的一個感知終端,通過體系的網絡層實現不同感知信息的上傳,并通過體系應用層實現感知信息的匯總分析與綜合研判,最終實現防爆安檢信息的綜合化智能判斷,從而大大提高防爆安檢效率,切實做好反恐安全。

                  (供稿:鮑逸明 劉彩霞 公安部第三研究所)

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