Разделы сайта
ГМАРЬ 1 Антон Дмитриевич
ЛЕБЕДЕВ 1 Михаил Борисович, кандидат технических наук
ОСАДЧИЙ 1 Сергей Александрович
УСАЧЕВ 1 Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, доцент
ЧАХЛОВ 2 Сергей Владимирович, кандидат физико-математических наук
1 – МГТУ МИРЭА, Москва;
2 – ТПУ ИНК, Томск.
Досмотровые комплексы аппаратуры для контроля крупногабаритных автотранспортных средств и грузов
В рамках ОКР впервые досмотровые средства для. крупногабаритного автотранспорта и грузов разработаны, в виде аппаратно-программных комплексов, включающих разную по физическим принципам досмотровую аппаратуру. Это позволило реализовать в таких комплексах алгоритмы принятия решения об обнаружении опасных или запрещенных для перевозки на транспорте предметов по совокупности различных по природе характерных признаков.
Досмотр крупногабаритного автотранспорта и грузов до недавнего времени проводился только таможенными органами при их поступлении из-за рубежа. При решении задачи обеспечения безопасности населения на транспорте меняются цели и требования к проведению досмотра, а, следовательно, и требования к используемой досмотровой технике.
Организация досмотровых мероприятий и досмотровая техника по своим техническим характеристикам должны обеспечивать максимальный уровень выполнения задачи по выявлению опасных и запрещенных предметов и веществ.
В настоящее время для контроля автотранспортных средств и грузов широко используется досмотровая радиометрическая аппаратура (ДРА) на основе просвечивания досматриваемого объекта высокоэнергетическим рентгеновским излучением. Результатом этого просвечивания является получение теневого рентгеновского изображения, которое выводится на экран монитора.
Современные методы цифровой обработки получаемых изображений позволяют в некоторых случаях, например при таможенном досмотре, эффективно решать задачи выявления и распознавания предметов и веществ. Однако для решения задач обеспечения безопасности населения на транспорте только рентгеновское зондирование не позволяет надежно выявлять диверсионно-террористические средства или наркотики.
В целях повышения эффективности досмотра был предложен подход, предполагающий:
Именно такой подход был положен в основу проектирования и разработки новых досмотровых комплексных систем для досмотра крупногабаритного автотранспорта и грузов. В разработанных комплексах широко использован отечественный и международный опыт применения радиометрического метода в сочетании с мно-гоуровневостью процесса досмотра и комплексным использованием аппаратуры на основе различных физических принципов.
Были разработаны три специальных аппаратно-программных комплекса:
ДРК «Шток-ТрГРММ» состоит из ряда досмотровых технических средств, функционально связанных в две системы:
По конструктивным особенностям, режиму эксплуатации и степени радиационной опасности ДРА ДРК «Шток-ТрГРММ» относится в соответствии с СанПиН 2.6.1.2369-08 к инспекционно-досмотровому ускорительному комплексу второго типа с неподвижным объектом контроля и движущимся источником ионизирующего излучения (рис. 2). ДРА ДРК «Шток-ТрГРММ» размещается в специальном строении, конструкция которого обеспечивает радиационную защиту окружающей среды и других систем комплекса при ее работе.
Рис. 1. Функциональная схема ДРА
Рис. 2. Внешний вид досмотровой радиометрической аппаратуры «Шток-ТрГРММ»
Досмотровый комплекс «Шток-ТрРН» состоит из двух функционально и программно связанных систем на различных физических принципах:
Эти системы обеспечивают выполнение задачи контроля автотранспортных средств и крупногабаритных грузов в соответствии с многоуровневым алгоритмом.
Рис. 3. Рентгеновские изображения
досматриваемого автомобиля в двух ракурсах
Рис. 4. Радиометрическая аппаратура с
неподвижным порталом ДКТС «Шток-ТрРН»
Рис. 5. Аппаратура зондирования быстрыми «мечеными»
нейтронами ДКТС «Шток-ТрРН»
По результатам радиометрического контроля в режиме дуальных энергий при выявлении мест, подозрительных на присутствие ВВ или других опасных или запрещенных к провозу веществ, производится дополнительное обследование объекта путем зондирования этих мест быстрыми нейтронами. Вычисленные ДРА координаты подозрительных мест, подлежащих зондированию, передаются в аппаратуру зондирования быстрыми нейтронами. Идентификация веществ осуществляется по получаемым спектрам неупругого рассеяния быстрых «меченых» нейтронов.
ДРА ДКТС «Шток-ТрРН» соответствует требованиям СанПиН 2.6.1.236908 к инспекционно-досмотровому ускорительному комплексу первого типа с перемещающимся объектом контроля и неподвижным источником ионизирующего излучения. Радиационная защита обеспечивается собственной биологической защитой и выделением соответствующих зон безопасности.
Аппаратура зондирования нейтронами имеет санитарное заключение по радиационной безопасности НИИ радиационной гигиены им. профессора П.В. Рамзаева, г. Санкт-Петербург. Радиационная защита обеспечивается в основном выделением соответствующих зон безопасности.
Мобильная досмотровая аппаратура «Шток-МНК»
Мобильная досмотровая аппаратура «Шток-МНК» также является аппаратно-программной системой из нескольких технических средств на основе различных физических принципов. Комплекс «Шток-МНК» производит досмотр крупногабаритных грузов и автотранспортных средств с использованием аппаратуры радиометрического, спектрометрического и дозиметрического контроля, а также аппаратуры зондирования быстрыми нейтронами.
Рис. 6. Геометрия просвечивания ДРА ДКТС «Шток ТрРН»
В его состав входят следующие виды досмотровой аппаратуры:
Алгоритм досмотра заключается в последовательном обследовании досматриваемого объекта досмотровыми системами в порядке по приведенному выше списку. Необходимость каждого последующего шага определяется результатами, полученными на всех предыдущих шагах Радиационная защита при работе «Шток-МНК» обеспечивается в основном выделением соответствующих зон безопасности.
Пример получаемых на «Шток-МНК» рентгеновских изображений досматриваемого автотранспорта приведен на рис 9.
Рис. 7. МДКТС «Шток-МНК» в транспортном положении
Рис. 8. МДКТС «Шток-МНК» в рабочем положении
Рис. 9. Рентгеновское изображение досмотренного на
радиометрической системе МДКТС «Шток-МНК» автотранспорта
Выводы
1. Впервые разработка комплексных систем для досмотра крупногабаритных автотранспортных средств выполнена на основе современного подхода, предусматривающего:
2. Для выполнения задач по обеспечению безопасности населения на транспорте созданы комплексы аппаратуры для проведения досмотра крупногабаритного автотранспорта и грузов на основе всего известного модельного ряда ДРА:
3. МДКТС «Шток-МНК» прошла в качестве технического средства обеспечения безопасности населения на транспорте опытную эксплуатацию на одном из объектов олимпийского Сочи и показала хорошую надежность, высокие эксплуатационные и досмотровые характеристики
Чем нас досматривают?
В связи с повсеместным введением досмотровых систем, многие задаются таким вопросом. В этом посте автор хочет начать цикл статей о разнообразных системах досмотра, о применяемых принципах обнаружения опасных объектов и конструкции аппаратуры досмотра вплоть до «железа».
Для начала рассмотрим рентгеновские инспекционные системы
Чаще всего в рентгеновских инспекционных системах, или по памяти о телевизионных системах, типа «Поиск», — РТУ (рентгенотелевизионная установка) применяется рентгеновская трубка. Да, та самая которую придумал Кондрад Рентген и чаще всего без охлаждаемого вращением анода.
Схема получения изображения, изначально была проста – путем проекции на люминесцирующую под рентгеновскими лучами пластину.
История развития досмотровых систем для просвечивания багажа.
Расскажем историю развития рентгеновских досмотровых систем.
Для начала несколько поясняющих рисунков.
Базовая геометрия рентген излучения при флюорографии
На этом изображении видно как поток рентгеновских лучей проецируется на флуоресцентный экран. Изначально ренгено-инспекционные системы не во многом отличались от техники для флюорографии. Принцип действия был прост.
Рентгеновское излучение от источника проходит через контролируемый (просвечиваемый), предмет, преобразуется на специальном флуоресцентном экране в световой рельеф, соответствующий рентгеновскому изображению объекта (т.н. «теневое изображение») и через защитное стекло визуально воспринимается оператором.
Флюороскопия с прямым отображением:
Позже, для защиты от излучения додумались закрывать излучение в освинцованном ящике, наблюдая полученное изображение, через зеркала и оптические системы с возможностью увеличения.
Усиление изображения с ТВ камерой
Дальнейшее развитие шло по пути усиления получаемого изображения, при помощи фотоэлектронных усилителей и преобразования в телевизионный сигнал, просматриваемый на мониторе.
Но вскоре пришла «цифровая революция», коренным образом изменившая принципы сканирования.
Современные рентгеновские инспекционные установки, чаще используют другие принципы, уменьшившие побочное изучение и сильно улучшившие:
Качество изображения улучшилось благодаря применению высокочувствительных полупроводниковых детекторов (фотодиодов), с нанесенным на них слоем люминесцентного вещества (обычно йодид цезия) а, также цифровой обработке на компьютере.
Рентгеновский луч проецируется в виде полосы, точно на линейку детекторов, мимо которых перемещается сканируемый объект (багаж), по транспортерной ленте. Окна тоннеля, в котором происходит сканирование, закрыто на входе и выходе освинцованными шторками. Это делается для защиты от рассеянного излучения.
Далее полученный сигнал считывается и преобразуется аналого-цифровым преобразователем — АЦП, выравнивается и передается в компьютер для обработки и сложения » последовательных срезов» объекта в единое изображение.
Схема щелевой коллимации
Микродозовое цифровое рентгеновское сканирование
Преимущества Г-образной матрицы детекторов.
Современные рентгено-инспекционные комплексы различают материалы используя эффект Комптона и определяют две энергии рентгеновских лучей – высокую и низкую.
В 1923г. А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей (фотонов большой энергии) различными веществами (в основном легкими: графитом, парафином и др.), содержащими свободные или слабо связанные электроны, обнаружил, что в рассеянных лучах, наряду с излучением первоначальной длины волны l содержатся также лучи с длиной волны l¢ большей l (l¢>l). Причем разность Dl=l¢-l оказалась независящей от l и от природы рассеивающего вещества, а целиком определялась углом рассеяния. Экспериментально была установлена следующая закономерность:
где q — угол, образуемый направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка; l0 – постоянная для всех веществ величина, равная l0=0,0242 =2,42×10-12м.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: рассеяние электромагнитного излучения на свободных или слабо связанных электрона, при котором отдельный фотон в результате упругого соударения с электроном передает ему часть своего импульса (часть энергии), называется эффектом или явлением Комптона.
Простым языком, происходит следующее:
При соударении кванта рентгеновского излучения, происходит передача энергии электрону. Возбужденный электрон сбрасывает полученную от кванта энергию в виде фотона рентгеновского излучения, более низкой энергии.
Важно понимать:
При рассеянии излучения веществами с малыми атомными номерами практически все рассеянное излучение имеет смещенную длину волны. Таким образом, в спектре рентгеновского излучения появляются две энергии: низкая и исходная – высокая.
Первоначальный спектр рентгеновского излучения — высокой энергии.
Спектр рентгеновского излучения, после происхождения через органическое вещество.
Рентгеновские досмотровые комплексы выпускаются разными фирмами. В России в основном присутствует техника фирм Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Медрентех, Berg и многих других. Эти компании из разных стран: Россия, Китай, Америка, Великобритания, Германия.
Рассмотрим обычную конструкцию рентгено-инспекционной системы для досмотра ручного багажа.
Схема рентгено-инспекционной системы.
На рис отчетливо виден генератор рентгеновского излучения (X-ray Sourсe), Г-образная матрица детекторов Folded Detector Array и компьютер.
Принципы работы рентгено-инспекционной системы:
Когда инспектируемый объект входит в туннель и перекрывает фотоэлектрический датчик, сигнал с датчика поступает на блок управления, который запускает генератор рентгеновского излучения.
Рентгеновское излучение выходит из коллиматора, проникает через досматриваемый объект и попадает на детектор.
В системе используются детекторы двух энергий. Число модулей детекторов в два раза больше, чем в одно энергетической системе. Два блока детекторов с чувствительностью соответственно, к рентгеновским лучам низкой и высокой энергии размещены вместе для приема рентгеновского излучения.
В зависимости от сигналов, принятых с обоих детекторов, система обработки изображения может распознать типы материалов (в основном органику, неорганику и смеси) инспектируемого объекта.
Модули детекторов системы собраны в защищенных панелях расположенных в форме Г и установлены по диагонали от генератора рентгеновского излучения, для сканирования рентгеновскими лучами всего сечения туннеля.
В этой компоновке исключены «слепые» зоны и допускается досмотр любой части объектов проходящих по туннелю.
Дополнительное изображение рентгено-инспекционной системы
Высокоэффективный детектор преобразует рентгеновское излучение в слабые токовые сигналы, которые усиливаются и поступают на АЦП.
Эти аналоговые сигналы преобразуются в 16-битовые цифровые сигналы, которые передаются в компьютер.
Компьютер сначала корректирует несоответствие и смещение цифрового сигнала от каждого пикселя, затем по сигналам скорректированной высокой и низкой энергии классифицирует органические и неорганические материалы и выполняет базовые функции обработки изображения, например, улучшение краев изображений, коррекцию 16-битовых сигналов высокой и низкой энергии.
Сигнал каждого рентгено-графического среза объекта превращается в «линию» изображения на экране дисплея.
Уровень серого изображения указывает степень поглощения рентгеновского излучения в инспектируемом объекте.
Так как объект транспортируется по туннелю конвейером с постоянной скоростью, система сканирует его последовательными » ренгено-графическими срезами». Обработанные рентгеновские изображения объекта последовательно выводятся на дисплей для просмотра.
Все рентгено-графические срезы изображений досматриваемого объекта объединяются и образуют полное рентгеновское изображение.
Чтобы инспекторы могли лучше понять детали изображения и принять правильное решение, система предоставляет им ряд функций для анализа и оценки изображения.
Применение этих функций не меняет самих данных изображения. Отключение таких функций восстанавливает исходное изображение.
Отсканированный рентгено-инспекционной установкой тестовый багаж выглядит следующим образом:
Различным материалам соответствуют разные цвета окраски объектов в соответствии с таблицей:
Эффективное атомное число Z эфф
Соединения легких элементов, например, водород, углерод, азот и кислород, включая большинство взрывчаток (например, нитроглицерин), пластмасс (например, полипропилен), бумагу, ткань, пищу, дерево и воду
Металлические элементы средней массы (например, алюминий) и соли.
Тяжелые металлические элементы (например, титан, хром, серебро, никель, железо, медь, цинк и свинец).
Zэфф – это атомный вес материалов которые просвечены в заданной области изображения. Этот параметр определяется благодаря эффекту Комптона и детекторам рентгеновского излучения низкой и высокой энергии.
Есть разные функции обработки изображения досматриваемого объекта. Любимый инспекторами черно-белый режим используется для обнаружения тонких, металлических объектов.
Черно-белое (Ч/Б) изображение
Для обнаружения металлических объектов используется режим устранения органических материалов. В результате, на изображении синим цветом, отмечены металлические объекты. Немного забегая вперед, могу рассказать, что зеленым цветом окрашены легкие металлы – например, алюминий или соли металлов.
Устранение органики
Отображение только органических веществ при исключении неорганических материалов
Также при досмотре применяется возможность определения материалов по атомным номерам – Z эфф.
Вода и пластиковая взрывчатка
Наркотики с примесью или взрывчатые вещества
Применение функции Z9
Также используется режим «авто» — автоматического обнаружения. В этом режиме опасные вещества обводятся цветными, прямоугольными контурами.
Реальное изображение багажа на мониторе рентгеновской инспекционно-досмотровой установки.
Следовательно, за этим предметом может располагаться что-либо не видимое инспектору. И если скрыта значительная часть багажа, то инспектор обязан его досмотреть.
Важно понимать что, эти рамки предупреждение для инспектора. Не так часто рамки указывают на реальную угрозу.
В следующей статье будут рассмотрены методы тренировки операторов, возможности и функции программного обеспечения и конструкция рентгеновских инспекционных комплексов.
Что нужно знать о досмотре и почему его не стоит бояться
Усилившийся контроль на границах уже давно стал привычным — государства охраняют покой своих граждан, стремятся предотвратить любую попытку теракта, смотрят на каждую въезжающую машину, как на потенциальную угрозу безопасности страны. Наиболее простым методом контроля границ является использование современных технологий совместно с усилением проверок. Рентгеновские установки уже давно помогают работникам досмотра выявить среди грузов запрещенные к провозу предметы.
Грузы, наиболее часто провозимых с нарушением законодательства
Наиболее эффективно такое оборудование при выявлении следующих видов запрещенных грузов:
Кроме этого, рентгеновские установки прекрасно себя зарекомендовали при обнаружении контрабандных товаров, провоз которых наносит вред экономике страны.
Наиболее сложными для контроля до сих пор остаются крупногабаритные грузы и сам транспорт, который может быть снабжен специальными тайниками. Такой осмотр требует не только дополнительных рабочих мест и оборудования для погрузки и разгрузки, но и больших площадей, нужных для проведения процедуры проверки. Поэтому большегрузные машины и крупные партии грузов зачастую осматриваются выборочно.
По статистическим наблюдениям проверяется примерно 5% всех грузов, из которых около 30% полностью соответствует задекларированной информации. Естественно, для таких случаев использование рентгеновских лучей крайне эффективно, особенно при осмотре крупногабаритных грузов и большегрузного транспорта. С этой целью современные таможенные пункты оснащаются аппаратами на основе ускорителей.
Типы оборудования и способы досмотра грузов
Большинство стран осуществляет досмотр на пунктах таможенного контроля с помощью специального радиометрического оборудования, которое просвечивает объект проверки рентгеновским излучением. Современная техника может совмещать функции дозиметра и рентгена, осуществлять спектрометрический контроль состава объекта и зондирование быстрыми нейтронами. Полученная информация представляет собой цифровой файл, содержащий информацию о проверке, которую оператор видит на экране монитора как изображение содержимого грузовика или контейнера.
Современные методы контроля позволяют в минимальные сроки досмотреть любой транспорт на наличие в нем тайников, дополнительных вложений, проверить груз на соответствие заявленным характеристиками. Получив информацию, оператор имеет возможность проанализировать изображения, сопоставить силуэты грузов, находящихся в транспортном средстве с заявленным для перевозки перечнем на предмет соответствия. Если возникают подозрения в попытке обмана органов контроля, то транспортное средство может быть отправлено на дополнительный осмотр.
Значимым преимуществом использования высокотехнического оборудования при мониторинге грузов является возможность точечного осмотра подозрительной части грузовика, что экономит время на разгрузку транспортного средства и помогает водителям избежать задержек в пути.
Наиболее распространенные виды радиометрического оборудования, предназначенного для досмотра большегрузных автомобилей и крупногабаритных грузов:
Методы повышения эффективности контроля грузов
Для повышения эффективности проверки транспортных средств используется многоступенчатый досмотр на суперчувствительном рентгеновском оборудовании. Комплексные системы контроля установлены в портах, на пунктах досмотра железнодорожного транспорта и большегрузных автомобилей. Очень удобен метод многоступенчатой проверки при досмотре контейнеров.
Плюсы современных комплексов досмотра
Современные методы и техническое оборудование позволяют заметно повысить контроль благодаря нескольким факторам:
Эти факторы позволяют не только повысить охват проверяемых грузов, но и снизить время простоя транспорта на пунктах досмотра.
Где используются рентгеновские комплексы
Наиболее сложной частью любой таможенной проверки является досмотр непосредственно транспортного средства. Конструкция грузового автомобиля, благодаря своей сложности позволяет создать множество тайников, найти которые затруднительно даже пользуясь специальным оборудованием. Кроме поиска тайников, важнейшей целью досмотра является выявление несоответствия груза описанию в таможенной декларации.
Рентгеновские комплексы разных конструкций располагают на пунктах таможенного досмотра, различных контрольно-пропускных пунктах, в любых местах, где нет возможности непосредственного досмотра груза и необходимо осуществить проверку быстро.
Что досматривают при помощи рентгеновских комплексов
Детальному осмотру подвергаются следующие виды транспорта:
Проверка транспортных средств и грузов направлена на выявление следующих опасных и незаконно провозимых грузов:
Современные технологии дают возможность обследовать груз быстро, проверить его количество и вес, что помогает проконтролировать правильно ли были уплачены таможенные сборы и соответствует ли размер партии описанию. Комплексы контроля снабжены системой контроля радиационного фона, который дает достоверную информацию о грузе и помогает создать максимально безопасные условия для сотрудников службы контроля и предотвратить возможность облучения персонала.
Досмотр с помощью рентгеновских комплексов: эффективность и безопасность
Среди всех способов проверок грузов, досмотр с помощью рентгеновских установок является наиболее совершенным, благодаря высокой эффективности метода. Проверка начинается при проезде транспортного средства через портал комплекса. Досмотр совмещает полную безопасность для водителя и персонала пункта проверки с возможностью на значительном расстоянии распознавать предметы маленького размера. Кроме этого, установки способны с высокой точностью определить химический состав проверяемых грузов.
Повсеместное введение рентгеновских комплексов в пунктах проверки позволяет заметно повысить эффективность досмотра, увеличить проходимость пропускного пункта, уменьшить количество персонала, избежать простоя транспорта на пунктах проверки.
Важным фактором является отсутствие вредного влияния на продукты пищевого назначения и лекарства, после такого облучения их состав и свойства не меняются, а использование по прямому назначению будет безвредным для людей и животных. Также рентгеновское излучение безопасно для различных носителей информации, не меняет свойств полупроводниковых устройств.
В ближайшем будущем планируется обеспечить все пункты таможенного досмотра современными комплексами, что позволит заметно увеличить пропускную способность и повысить качество проверки транспорта.
2005-2021 © Транспортная компания «СигмаТранс»
