战争遗留爆炸物识别系统的设计与实现

周明安,李是良,谢临溪,夏 军

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410073)

战争遗留爆炸物识别系统的设计与实现

周明安,李是良,谢临溪,夏 军

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410073)

提出了一种基于 SQL语言构建战争遗留爆炸物识别系统的设计方案,重点研究了爆炸物外部特征数据库、内部特征数据库及专家处置建议数据库的构建方法,并对未知爆炸物识别算法及系统的实现方法提出了相应的设计方案。该系统界面友好、使用方便、未知爆炸物识别正确率高,适于部队、公安人员实施战争遗留爆炸物的检查与销毁行动。

战争遗留爆炸物;销毁;识别系统;数据库

0 前 言

“战争遗留爆炸物”是指交战双方为达到战争目的而使用、但因各种原因未爆炸的和被弃置的各种弹药。我国在二十世纪经历了长期的战乱,不仅在当时给人民带来了巨大的灾难,而且战争遗留爆炸物分布广泛、种类繁多、遗留原因多样,至今还给人民的生产生活及生命财产安全留下严重的威胁,严重阻碍了经济发展,甚至还会引起社会动乱[1～3]。

战争遗留爆炸物检查与销毁工作任务艰巨,技术性很强,危险性很大。从国内已发现战争遗留爆炸物的类别看,不仅有航空炸弹、炮弹、地雷、枪弹、炸药及其他爆炸装置,还有日军遗弃的化学毒气弹和细菌弹等生化武器;从遗留爆炸物的国别来看,既有二次世界大战时期美军和日军的制式弹药,也有我军的某些弹药及非制式弹药或疑似爆炸物[4～7]。

对战争遗留爆炸物的辨识和分类是其销毁过程中非常重要的工作[8,9]。目前各种废弃弹药的辨识与分类主要是依靠专家的个人经验,往往因为信息量大、周期长而难以快速准确识别;有时因为可查询的纸质资料较少,发生误判而造成严重后果。针对目前现状,本文设计一种数字化、智能化的战争遗留爆炸物识别系统,可实现战争遗留爆炸物的快速准确检查与识别,并提供相关专家的转移与销毁建议,从而大大提高工作效率,降低安全风险并节约成本,可作为部队、公安人员在参加国际维和行动、实施战争遗留爆炸物的检查与销毁行动时的必备工具。

1 系统设计方案

采集关于战争遗留爆炸物的信息,利用 SQL语言创建数据库。系统设计方案如图1所示。

从图1可以看出,本系统主要分为战争遗留爆炸物外部特征数据库、战争遗留爆炸物内部参数数据库和专家处置建议数据库 3个组成部分。其中外部特征数据库主要存储战争遗留爆炸物的外观形状、尺寸、重量及有无色带标志等外部特征信息,可作为战争遗留爆炸物辨识的依据。内部参数数据库主要存储战争遗留爆炸物的类别、原始形貌、引信类型及装药特征等内部特征信息,可详细了解该爆炸物的爆炸威力及处置风险。专家处置建议数据库主要存储业内专家对不同战争遗留爆炸物的储存、转移及销毁建议及风险分析,这主要来至国内、军内多位专家数十年的销毁经验和第一手资料。

图1 战争遗留爆炸物识别系统结构

1.1 数据库的设计

(1)外部特征数据库。为确保识别系统的普遍适用性,要求战争遗留爆炸物外部特征数据库中爆炸物类型足够多、信息量足够大,而且要准确、规范。本系统首先组织相关专家学者收集和整理当前已经出现过的各类战争遗留爆炸物信息,并将其进行分类,涉及各类炸药、火工品、引信、弹药等多种爆炸物,其中各类炸药 400余种,火工品近 300种,引信200余种,弹药 500余种,数据库结构树如图2所示。战争遗留爆炸物外部特征数据库主要存储了各类爆炸物的外观图片、重量、弹体尺寸及弹体色带标志等外部特征信息,并支持对数据的浏览、添加、修改和删除操作。

图2 数据库结构树

(2)内部特征数据库。各种爆炸物都有其特殊的内部结构、装药种类及当量、引信类型、爆炸威力及应用范畴等内部特征数据。不同类别的爆炸物都有其特定的内部特征数据和外部特征信息,内部特征决定了其爆炸性能。内部特征数据库的样本存储序号与外部特征数据库的样本存储序号是对应的,当通过扫描外部特征数据库确定了爆炸物的类别后,再从内部特征数据库中调取其内部特征信息,便能详细了解该爆炸物的全部信息,确定其爆炸威力及处置风险,为制定销毁方案提供理论指导。

(3)专家处置建议数据库。本数据库存储了业内专家对不同战争遗留爆炸物的储存、转移及销毁建议,主要包括对爆炸物爆炸威力的分析、销毁方案的设计及处置不当带来的危害评估等,其中销毁方案项目详细包含了销毁方法选择、运输方式、销毁场地及安全防护措施等。这些数据主要来至国内、军内多位专家数十年的销毁经验和第一手资料,针对同一种爆炸物,可能存在多种销毁方案。现场作业时可根据当前的条件自行选择,也可参考多种方案采用折中方法处理。本数据库凝聚了多位专家多年的宝贵经验和心血,有利于实现专家指导的远程化和弹药销毁的信息化,大大提高弹药销毁的工作效率并显著降低安全风险。

1.2 爆炸物识别算法

为保证爆炸物识别的正确性,本系统采用多次循环、逐步逼近的识别算法,并且最终要经过人工核对后才能确定爆炸物的类别,识别算法流程见图3。

图3 爆炸物识别算法流程

从图3中可以看出,扫描精度是一重要的参数,它决定了识别的结果。举例说明,战争遗留爆炸物的测量重量为 2.5 kg,直径为 30 mm,由于其表面大量生锈,因此以 2.5×(1±10%)kg和 30×(1±10%)mm作为筛选范围才更接近原始参数,“10%”即为扫描精度。扫描精度太大,则筛选出的样本数较多,答案不唯一;扫描精度太小,则容易漏掉真实样本而找不到答案,因此要不断的调整扫描精度,以便唯一确定未知爆炸物的类别。同时,为了绝对确保辨识结果的正确性,最终给出爆炸物的类别之前,必须对辨识结果进行人工判定,根据系统所输出爆炸物的原始图片、重量、尺寸等参数,与当前待识别爆炸物的外部特征参数反复核对无误后,才能最终确定爆炸物的类别。

2 系统的实现及特色

在本设计中,识别系统的相关界面显示由Microsoft Visual C#完成,如图4所示。而相关数据库由 SQL Server 2005构建和管理。

(1)标准化的爆炸物分类与命名。除了战争遗留爆炸物外,数据库还包含了数百种爆炸物的特征信息参数。爆炸物的分类方式、组成及命名方法均以国家、军队相关规范、安全规程为指导,以《战争遗留爆炸物议定书》的有关条款为法律依据,较好地解决了战争遗留爆炸物种类复杂难以识别的难题。

图4 战争遗留爆炸物识别系统主界面

(2)高度可靠的正确辨识措施。识别系统利用计算机的资源优势,结合同步多媒体技术,可实现战争遗留爆炸物的文字信息、图片资料、视频资料及专家建议等信息同步显示,并可随时反复调用查阅。同时,采用多次循环、逐步逼近的识别算法,使待识别爆炸物与目标爆炸物逐步吻合,再经过人工核对后才能最终确定爆炸物的类别,这些措施保证了识别的绝对正确性,避免发生误识。一次识别不成功后,可修改扫描参数,再次识别,直至结果正确。

(3)丰富的爆炸物信息及专家处置建议。识别系统数据库涵盖了各类炸药、火工品、引信、弹药及化学武器等 1000余种爆炸物,既有美军、日军、俄罗斯军队及其他国家军队曾使用的多种制式弹药,也有我军使用的多种制式弹药,甚至有些自制爆炸装置,庞大的数据库容量保证了查询的成功率,可作为工具软件广泛应用。

识别系统融合了多位专家多年的研究成果及实践经验,能够解决战争遗留爆炸物装卸、运输、销毁时的安全顾虑大、危害控制难、销毁不彻底等难题,对战争遗留爆炸物销毁的组织与实施、检查与销毁中安全措施、安全评价方法和环境保护技术也给出了科学的设计与建议。

(4)系统的可拓展性。有战争就有遗留爆炸物,所以本识别系统预留有很大的空间,方便让使用者根据最新的研究成果随时更新或添加数据库中新型弹药的特征信息,尤其是添加其他专家的销毁建议,这样就可以进一步积累每次的销毁经验,不断完善该系统的功能。

3 结 论

本系统界面友好、使用方便,未知爆炸物正确识别率高,可拓展性强,大大提高爆炸物的检查与识别效率,降低因识别错误而带来的风险,为战争遗留爆炸物的销毁提供了有力的技术支持。同时本系统还可以作为工具软件,具有收索、查询、显示爆炸物信息的功能。本系统在一些方面还有待加强,如爆炸物识别算法优化、国内外新型爆炸物的特征数据库的完善与更新等方面。

[1] 徐黎平,周明安.战争遗留爆炸物检查与销毁[M].北京:海潮出版社,2009.

[2] 吴腾芳.爆炸物识别图册[M].北京:国防工业出版社,2007.

[3] 彭兆祥,马建军,段卫东.遗留废旧弹药的销毁 [J].爆破,2009,26(3):101-103.

[4] 邱进芬,谢筑湘.废旧炮炸弹销毁研究[J].工程爆破,2004,10(1):82-86.

[5] 蒋跃飞,张正中,杨 雁,等.废旧炮弹销毁设计与施工 [J].工程爆破,2009,15(2):87-90.

[6] 朱绍武,谢先启,罗启军.炮 (航)弹及过期爆破器材销毁研究与实践[J].爆破,2001,18(2):87-89.

[7] 刘鹏安,张怀智,郭胜强,等.系统工程在弹药减压式烧毁中的应用[J].装备环境工程,2009,6(1):92-95.

[8] 刘 鹏,张怀智,金昌根,等.废旧弹药爆破销毁技术综述[J].工程爆破,2011,17(1):86-89.

[9] 秦翔宇,安振涛,郭文晖.库存弹药事故人误危险性分析与评估模型研究[J].中国安全科学学报,2009,19(8):133-138.

2011-07-04)

周明安 (1961-),男,副教授,系副主任,长期从事爆破工程、反恐、弹药等方面的教学和科研。