一种新型的车辆X射线安全检查设备

2015-01-21贾宁宁黑丽民

机电产品开发与创新 2015年5期

贾宁宁，黑丽民

（公安部第一研究所，北京 100048）

0 引言

目前国际上恐怖活动越来越多，方式多种多样（如汽车炸弹、人体炸弹、有毒信件等），反恐形势日益严峻。为此，各国政府纷纷出台相应政策，加强对包括机场、车站、码头等在内公共场所的安检措施，并重点加强对爆炸物等危险物的检查力度[1]。

“10·28” 与 “5·22” 事件的发生，为我们敲响了防范汽车炸弹的警钟。一方面随着汽车不断普及，车辆变得很容易获取，且流动性不易控制；另一方面车辆内隐藏危险物品和爆炸装置很容易实现且难以发现，同时车辆本身也会增加爆炸威力，使的破坏力惊人且对舆论及大众心理影响巨大。对爆炸物等违禁物准确、高效的技术检测，是有效防范恐怖犯罪和刑事犯罪的重要手段，可起到震慑敌对势力及犯罪分子和消除各种威胁的作用，从而保证社会正常的秩序及重要区域的绝对安全。

目前国内对车辆的安全检查基本停留在人工检查，效率低且不易发现隐藏的违禁品。车底光学扫描只能发现车底盘贴附的危险品，对隐藏于车体结构内的则无法发现。警犬或是气味提取装置对爆炸装置及一些爆炸物的排除可靠性也不高。国外则主要是对大型车辆、集装箱等或采用放射性同位素或采用加速器或采用高能X 射线源进行检查。

因此，充分利用X 射线透射技术的高性价比，通过优化设计，我们开发了一款新型的适用于中小型客车的X 射线安全检查设备。该设备采用组合式装配，可广泛适用于城市集会、机场、火车站等场所，能够对符合要求的中小型客车进行检查。同时也减少了占地面积，降低了制作成本，并且它的单次检查剂量以及设备的泄露剂量率也能够达到国家安全标准，图像分辨率达到了包裹检查的级别。

1 技术分析

1.1 技术原理

采用X 射线透射技术的安全检查设备工作原理是通过输送装置将被检物品送入检查通道后，X 射线源发射X 射线，X 射线穿过输送装置上的被检物品，经被检物品吸收后，最后轰击探测器。探测器把X 射线转变为信号，并送到处理器做进一步处理。

1.2 技术现状

目前国内外对车辆进行安全检查的技术主要分为两类，一类是射线源及探测器装置运动型。为降低成本和占地面积，主要采用射线源侧照式，被检车辆在原地不动，采用轨道或车载等方式使射线源和探测器装置沿被检车辆的车长方向运动。期间射线源及探测器装置采用悬臂等方式连接，以保持相对位置不变；另外一类是射线源及探测器装置固定不动，由专门的输送装置将车辆经过检测通道，使其接受由射线源发出的扫描射线，同时探测器装置接收透过车辆的射线，以达到识别检查车内物品的目的。

1.3 总体技术方案

当检查目标为箱式车辆所载的箱体内物体时，侧照检测可以很好地达到目的，车身和箱体图像自然分隔，辨识度高。而当检查目标为中小型车辆时，侧照检测后各部件图像叠加难于辨识。针对上述问题，我们充分借鉴了现有货物安检设备的经验，采用了射线源顶照技术，在该方式下X 射线透射方向与车身结构相匹配，可形成高清晰度的车辆透视图，供安保人员清晰地分辨车内隐藏的危险物品和爆炸装置。

同时，结合实际安全检查的需要，我们还对设备增加了高清摄像头，对检查的车辆实现了车辆的一一对应。该设备的总体技术方案框图如图1 所示。

图1 总体技术方案Fig.1 Technical solution

2 设备组成

由于车辆安全检查设备检查对象的为中小型车辆，根据我国关于车辆分类的标准和实际使用情况，我们初步制定了该设备可检的最大车长为6米，可检最大车重为5 吨，这些参数的设定，为后续的结构设计奠定了基础。

车辆安全检查设备由前引桥、输送系统、检车通道、后引桥以及操作间和防护系统组成。每一部分都是采用可拆卸方式设计，便于运输和组装。同时各部分都安装有脚轮和地脚，便于现场调试和移动，且能够很好的适应不同的现场环境，做到不破坏现场，如图2 所示[2]。

2.1 前后引桥

图2 检车设备示意图Fig.2 The security inspection equipment for vehicle

前后引桥主要功能是引导车辆进入或驶离输送系统，在结构上应力求简单实用。同时为了运输和拆装方便，该部分设计成为左右两部分，中间由钢板连接的结构。前引桥具体结构如图3 所示。后引桥结构基本与前引桥一致。

图3 前引桥结构示意图Fig.3 The structure of front ridge

2.2 输送系统

车辆输送系统的主要作用是将被检车辆按照设定的速度送入检查通道内。根据现有的技术，我们初步拟定了以下三种方案[3～6]：

方案1：平板输送型。基本方案如图4 所示，主要是采用采用滚珠丝杠推动平板前行，从而带动车辆匀速通过检查通道。该方案优点是结构简单，运行平稳。缺点是所需滚珠丝杠的造价较高，所需动力源功率也较大，且输送系统不能实现往复运动，需待被检车辆驶离后才能后退至起始点，不能实现高效的检车。虽然设计时，承重钢板采用了四边式，但由于钢板对X 射线的衰减作用，在成像上仍会有部分阴影，影响了图像质量和检查的效果。

方案2：链式拖曳型。基本方案如图5 所示，采用了链式拖曳的方法，将铰链固定于车头，牵引车身匀速通过检查通道。同时系统采用导向轨道，引导车辆直线行驶。该方法的优点是造价较低，并且拖动车辆时，车辆的滚动摩擦力远远小于车辆自身的重力，所需动力源功率也大大降低。在成像方面，导向轨道内采用了槽钢结构，减少了对X 射线的衰减作用，使成像在方案1 的基础上有了进一步提高，图像分辨率达到预定的设计目标。和方案1 一样，它的主要缺点是不能往复运动，需等被检车辆驶离后，才能退回起点，影响了检查效率。

图4 平板输送型Fig.4 Flat conveying type

图5 链式拖曳型Fig.5 Chain drag type

图6 拖辊往复型Fig.6 Drag roller reciprocating type

方案3：拖辊往复型。在方案2 的基础上，充分考虑了输送机构需要往复运动的要求，通过放置于车轮后的拖辊推动，使车辆匀速通过检查通过。该方案与方案2 相比，唯一的缺点在于由于链条的存在，使的图像质量有所下降，但并不影响检测效果。三种方案比对如表1 所示。

表1 三种方案对比表Tab.1 Comparison of three schemes

综合考虑，最终我们选择了方案3 作为输送系统设计方案，同时为减小拖动阻力，拖辊设计成辊轴和辊筒两部分，辊轴两端连接到两条环形链条，辊筒随车轮可自由转动，并推动被检车辆前进。输送系统导向槽基本结构如图7 所示。

图7 导向槽结构Fig.7 The structure of guide groove

2.3 检车通道

根据设计方案，检车通道选用了常见的门字型结构，如图8 所示。

检车通道包括大功率射线源、探测器阵列、门架以及其他电气控制设备。其中射线源放置于门架的顶端，发射X 射线的方向与车辆运动方向相垂直；探测器阵列采用U 型布置，从车辆底部和两侧面接受透射的X 射线，实现了对车辆的扁平化扫描，提高了检查精度。同时阵列中的探测器板均采用了高灵敏度探测器板，图像分辨率达到了包裹级别。此外为更好的探测车内物品的材料特性，有助于安检员识别易燃易爆的危险物品，我们还采用了双能探测技术，即采用的每一块探测器板都包含有低能探测通道和高能探测通道，充分保证了检查的精准度。