毒品爆炸物检测系统设计

蒋 依 汪鹏飞 郑雯文*

（长江大学计算机科学学院，湖北 荆州434023）

据统计，每年约有65 吨海洛因、超过50 吨的冰毒片剂由陆路从缅北进人中国内陆地区[1-2]；爆炸物的不正确的使用人体造成威胁与损伤。对于社会发展和人类健康安全而言，毒品与爆炸物会阻碍社会治安的稳定、破坏家庭的幸福，造成极恶劣的影响。

为降低这种恶劣的影响，提高社会治安与人民幸福，在高速流动的人群和货物的正常出行和运输过程中快速、准确的检测出隐藏的毒品和爆炸物，已成为关系国家安全的一项迫切需求和亟待解决的难题。

现有的离子迁移谱检测产品的为便携式、门式、台式三种形式，如美国的GE 公司，其产品采用多项高新技术，具有功能强大、灵敏度高等特点，主要为邮政、机场、海关、反恐等政府重要部门所使用。Smithson Detetction 公司研制的SABRE 4000 是一款便携式和台式IMS 毒品/爆炸物检测仪器，该产品能够在15 秒内检测和辨识超过40 种毒品或爆炸物[3]。

本文提出的毒品爆炸物检测系统设计方法，使用串口通信获取实时数据和传输指令，通过数据去噪处理，利用处理后的数据计算检测物质的离子迁移率，与样品库数据进行比对，得出检测结果。

1 总体架构

1.1 系统需求分析

随着社会的发展和我国信息化水平的提高，毒品爆炸物种类越来越多，使得样品库的管理和可疑物的检测越来越繁琐，依靠专业人员人工检测并整理检测历史记录，存在检测时间长、效率低、精度低等问题。同时，在人员密集场所需要完成现场快速检测可能存在爆炸物，毒品检查的任务，在保证准确性与可靠性的同时，应提高检测效率。本文主要研究如何设计出毒品爆炸物检测软件系统，实现对可疑物快速，灵敏，准确的检测。

1.2 系统架构设计

通过分析目标系统的需求，确定系统的整体方案，检测仪将采集到的数据通过串口通信与检测软件实现双向传输，数据经过检测软件的分析处理从而得以判定检测物质是否为可疑物质，系统结构框图如图1 所示。

图1 系统结构框图

2 系统功能模块设计

基于现有技术，选用适合的软件设计原则，确定系统功能模块包括数据获取模块，数据处理模块，数据展示模块和数据存储模块，如图2 所示。数据获取模块通过使用串口通信协议来获取数据，数据处理模块基于对原始数据点进行去噪处理后的算法分析。分析结果以实时绘图的形式展现，历史记录被动态存储。

3 功能模块设计实现

3.1 数据获取

该模块功能是获取数据并传输指令，采用串口通信方式。该方法稳定性好，传输数据速度快，有利于对现实数据的实时采集和处理数据。该系统不仅要处理实时数据（离子信号），而且还要控制多个参数进行，例如迁移管温度，大气压检测和湿度检测等。串口通信使用三个通信通道，一是指令通道，另外两个通道是收发样品数据信息的数据通道。建立串口通信的基本协议，设置串口号并打开串口，串口初始化完成。根据通信协议指令规定，进行通信，同时获取有用的数据，为检测提供数据。

图2 系统功能框图

3.2 数据的处理与分析

对数据进行分析和处理是该检测系统的核心功能。一般采集到的数据都具有噪声多，冗杂性大等特点。因此，为提高检测准确性，在进行分析前对数据进行处理是必不可少的一环。此系统中应对数据采用两次去噪处理，第一次是将检测空气的采样点数据视作噪音数据，在检测过程中用做消除噪音处理，第二次是为排除先前易挥发物质在检测中残留物质的干扰，对采集信号滤波去噪。

将进行去噪处理后的数据点浓度与设定报警浓度比较，若其浓度高于报警浓度，则通过一定算法计算检测物质离子迁移率与样品库样品离子迁移率的相似度，最终相似度是判定物质是否危险的有效依据。数据处理分析具体流程如图3 所示。

图3 数据处理分析具体流程

3.3 数据的展现

画图模块是对从计算模块获取的原始采样点数据使用图形图像去噪音技术处理之后，在画布上画出一条能够体现特征信息的曲线图。

3.3.1 噪声处理

根据分析，数据产生噪声的主要原因为在数据采集时的传送、测量等过程中，设备均处于复杂的环境下，由于受气压、温度的影响，绘出的曲线有着不同程度的噪声干扰，不能很好的展现其中的规律。为了尽量减少误差所带来的影响，需要对原始数据进行去噪、对曲线进行平滑处理。经过处理后所得的图像如图4 所示。

图4 平滑后图像

3.3.2 实时绘图

实时绘图即在规定的时间间隔内动态地展现数据变化的曲线，实现边检测变绘图的功能，其要求准确、迅速、清晰明了。系统使用TChart 控件来实现该功能，将发送过来的实时物质的浓度经过数据处理，可得到新坐标点，再添加至TChart 控件中，同时利用TTimer 控件不断触发该事件，从而实现动态图像的绘制，如图5 所示。

图5 实时绘图

3.4 数据存储

3.4.1 毒品爆炸物样品库模块

样品库管理实质上是对毒品和爆炸物的种类进行管理，保存每种样品的详细信息，为检测提供样品的基础信息。样品库涵盖市面上出现的各类毒品、爆炸物，它为检测数据的处理提供了有效的支撑。该系统实现了对样品的新增、删除、修改和查询功能。其中在新增样品入库时，系统将获取到的数据设置为不可修改，样品检测有关的属性可修改。

3.4.2 历史信息管理模块

该模块实现两个功能，一个是存储和展示检测样品的详细信息，另一个是保存检测样品时所绘制折线图的数据。同时系统实现了自动删除一个月以上数据的功能，从而使历史记录模块可以动态存储近一个月的数据。

4 结论

本文提出了毒品爆炸物检测系统的设计方法，系统结合数据采集，分析处理，显示和存储等功能，能在短时间内提供准确的检测结果，以直观的方式为使用人员展示检测结果，具有一定的使用价值。后续研究中，我们将预留接口，用于实现云平台远程数据管理功能。