戰(zhàn)爭遺留爆炸物識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

周明安,李是良,謝臨溪,夏 軍

(國防科技大學指揮軍官基礎(chǔ)教育學院, 湖南長沙 410073)

戰(zhàn)爭遺留爆炸物識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

周明安,李是良,謝臨溪,夏 軍

(國防科技大學指揮軍官基礎(chǔ)教育學院, 湖南長沙 410073)

提出了一種基于 SQL語言構(gòu)建戰(zhàn)爭遺留爆炸物識別系統(tǒng)的設(shè)計方案,重點研究了爆炸物外部特征數(shù)據(jù)庫、內(nèi)部特征數(shù)據(jù)庫及專家處置建議數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法,并對未知爆炸物識別算法及系統(tǒng)的實現(xiàn)方法提出了相應(yīng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)界面友好、使用方便、未知爆炸物識別正確率高,適于部隊、公安人員實施戰(zhàn)爭遺留爆炸物的檢查與銷毀行動。

戰(zhàn)爭遺留爆炸物;銷毀;識別系統(tǒng);數(shù)據(jù)庫

0 前 言

“戰(zhàn)爭遺留爆炸物”是指交戰(zhàn)雙方為達到戰(zhàn)爭目的而使用、但因各種原因未爆炸的和被棄置的各種彈藥。我國在二十世紀經(jīng)歷了長期的戰(zhàn)亂,不僅在當時給人民帶來了巨大的災(zāi)難,而且戰(zhàn)爭遺留爆炸物分布廣泛、種類繁多、遺留原因多樣,至今還給人民的生產(chǎn)生活及生命財產(chǎn)安全留下嚴重的威脅,嚴重阻礙了經(jīng)濟發(fā)展,甚至還會引起社會動亂[1～3]。

戰(zhàn)爭遺留爆炸物檢查與銷毀工作任務(wù)艱巨,技術(shù)性很強,危險性很大。從國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)爭遺留爆炸物的類別看,不僅有航空炸彈、炮彈、地雷、槍彈、炸藥及其他爆炸裝置,還有日軍遺棄的化學毒氣彈和細菌彈等生化武器;從遺留爆炸物的國別來看,既有二次世界大戰(zhàn)時期美軍和日軍的制式彈藥,也有我軍的某些彈藥及非制式彈藥或疑似爆炸物[4～7]。

對戰(zhàn)爭遺留爆炸物的辨識和分類是其銷毀過程中非常重要的工作[8,9]。目前各種廢棄彈藥的辨識與分類主要是依靠專家的個人經(jīng)驗,往往因為信息量大、周期長而難以快速準確識別;有時因為可查詢的紙質(zhì)資料較少,發(fā)生誤判而造成嚴重后果。針對目前現(xiàn)狀,本文設(shè)計一種數(shù)字化、智能化的戰(zhàn)爭遺留爆炸物識別系統(tǒng),可實現(xiàn)戰(zhàn)爭遺留爆炸物的快速準確檢查與識別,并提供相關(guān)專家的轉(zhuǎn)移與銷毀建議,從而大大提高工作效率,降低安全風險并節(jié)約成本,可作為部隊、公安人員在參加國際維和行動、實施戰(zhàn)爭遺留爆炸物的檢查與銷毀行動時的必備工具。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

采集關(guān)于戰(zhàn)爭遺留爆炸物的信息,利用 SQL語言創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

從圖1可以看出,本系統(tǒng)主要分為戰(zhàn)爭遺留爆炸物外部特征數(shù)據(jù)庫、戰(zhàn)爭遺留爆炸物內(nèi)部參數(shù)數(shù)據(jù)庫和專家處置建議數(shù)據(jù)庫 3個組成部分。其中外部特征數(shù)據(jù)庫主要存儲戰(zhàn)爭遺留爆炸物的外觀形狀、尺寸、重量及有無色帶標志等外部特征信息,可作為戰(zhàn)爭遺留爆炸物辨識的依據(jù)。內(nèi)部參數(shù)數(shù)據(jù)庫主要存儲戰(zhàn)爭遺留爆炸物的類別、原始形貌、引信類型及裝藥特征等內(nèi)部特征信息,可詳細了解該爆炸物的爆炸威力及處置風險。專家處置建議數(shù)據(jù)庫主要存儲業(yè)內(nèi)專家對不同戰(zhàn)爭遺留爆炸物的儲存、轉(zhuǎn)移及銷毀建議及風險分析,這主要來至國內(nèi)、軍內(nèi)多位專家數(shù)十年的銷毀經(jīng)驗和第一手資料。

圖1 戰(zhàn)爭遺留爆炸物識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

(1)外部特征數(shù)據(jù)庫。為確保識別系統(tǒng)的普遍適用性,要求戰(zhàn)爭遺留爆炸物外部特征數(shù)據(jù)庫中爆炸物類型足夠多、信息量足夠大,而且要準確、規(guī)范。本系統(tǒng)首先組織相關(guān)專家學者收集和整理當前已經(jīng)出現(xiàn)過的各類戰(zhàn)爭遺留爆炸物信息,并將其進行分類,涉及各類炸藥、火工品、引信、彈藥等多種爆炸物,其中各類炸藥 400余種,火工品近 300種,引信200余種,彈藥 500余種,數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)樹如圖2所示。戰(zhàn)爭遺留爆炸物外部特征數(shù)據(jù)庫主要存儲了各類爆炸物的外觀圖片、重量、彈體尺寸及彈體色帶標志等外部特征信息,并支持對數(shù)據(jù)的瀏覽、添加、修改和刪除操作。

圖2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)樹

(2)內(nèi)部特征數(shù)據(jù)庫。各種爆炸物都有其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝藥種類及當量、引信類型、爆炸威力及應(yīng)用范疇等內(nèi)部特征數(shù)據(jù)。不同類別的爆炸物都有其特定的內(nèi)部特征數(shù)據(jù)和外部特征信息,內(nèi)部特征決定了其爆炸性能。內(nèi)部特征數(shù)據(jù)庫的樣本存儲序號與外部特征數(shù)據(jù)庫的樣本存儲序號是對應(yīng)的,當通過掃描外部特征數(shù)據(jù)庫確定了爆炸物的類別后,再從內(nèi)部特征數(shù)據(jù)庫中調(diào)取其內(nèi)部特征信息,便能詳細了解該爆炸物的全部信息,確定其爆炸威力及處置風險,為制定銷毀方案提供理論指導(dǎo)。

(3)專家處置建議數(shù)據(jù)庫。本數(shù)據(jù)庫存儲了業(yè)內(nèi)專家對不同戰(zhàn)爭遺留爆炸物的儲存、轉(zhuǎn)移及銷毀建議,主要包括對爆炸物爆炸威力的分析、銷毀方案的設(shè)計及處置不當帶來的危害評估等,其中銷毀方案項目詳細包含了銷毀方法選擇、運輸方式、銷毀場地及安全防護措施等。這些數(shù)據(jù)主要來至國內(nèi)、軍內(nèi)多位專家數(shù)十年的銷毀經(jīng)驗和第一手資料,針對同一種爆炸物,可能存在多種銷毀方案?，F(xiàn)場作業(yè)時可根據(jù)當前的條件自行選擇,也可參考多種方案采用折中方法處理。本數(shù)據(jù)庫凝聚了多位專家多年的寶貴經(jīng)驗和心血,有利于實現(xiàn)專家指導(dǎo)的遠程化和彈藥銷毀的信息化,大大提高彈藥銷毀的工作效率并顯著降低安全風險。

1.2 爆炸物識別算法

為保證爆炸物識別的正確性,本系統(tǒng)采用多次循環(huán)、逐步逼近的識別算法,并且最終要經(jīng)過人工核對后才能確定爆炸物的類別,識別算法流程見圖3。

圖3 爆炸物識別算法流程

從圖3中可以看出,掃描精度是一重要的參數(shù),它決定了識別的結(jié)果。舉例說明,戰(zhàn)爭遺留爆炸物的測量重量為 2.5 kg,直徑為 30 mm,由于其表面大量生銹,因此以 2.5×(1±10%)kg和 30×(1±10%)mm作為篩選范圍才更接近原始參數(shù),“10%”即為掃描精度。掃描精度太大,則篩選出的樣本數(shù)較多,答案不唯一;掃描精度太小,則容易漏掉真實樣本而找不到答案,因此要不斷的調(diào)整掃描精度,以便唯一確定未知爆炸物的類別。同時,為了絕對確保辨識結(jié)果的正確性,最終給出爆炸物的類別之前,必須對辨識結(jié)果進行人工判定,根據(jù)系統(tǒng)所輸出爆炸物的原始圖片、重量、尺寸等參數(shù),與當前待識別爆炸物的外部特征參數(shù)反復(fù)核對無誤后,才能最終確定爆炸物的類別。

2 系統(tǒng)的實現(xiàn)及特色

在本設(shè)計中,識別系統(tǒng)的相關(guān)界面顯示由Microsoft Visual C#完成,如圖4所示。而相關(guān)數(shù)據(jù)庫由 SQL Server 2005構(gòu)建和管理。

(1)標準化的爆炸物分類與命名。除了戰(zhàn)爭遺留爆炸物外,數(shù)據(jù)庫還包含了數(shù)百種爆炸物的特征信息參數(shù)。爆炸物的分類方式、組成及命名方法均以國家、軍隊相關(guān)規(guī)范、安全規(guī)程為指導(dǎo),以《戰(zhàn)爭遺留爆炸物議定書》的有關(guān)條款為法律依據(jù),較好地解決了戰(zhàn)爭遺留爆炸物種類復(fù)雜難以識別的難題。

圖4 戰(zhàn)爭遺留爆炸物識別系統(tǒng)主界面

(2)高度可靠的正確辨識措施。識別系統(tǒng)利用計算機的資源優(yōu)勢,結(jié)合同步多媒體技術(shù),可實現(xiàn)戰(zhàn)爭遺留爆炸物的文字信息、圖片資料、視頻資料及專家建議等信息同步顯示,并可隨時反復(fù)調(diào)用查閱。同時,采用多次循環(huán)、逐步逼近的識別算法,使待識別爆炸物與目標爆炸物逐步吻合,再經(jīng)過人工核對后才能最終確定爆炸物的類別,這些措施保證了識別的絕對正確性,避免發(fā)生誤識。一次識別不成功后,可修改掃描參數(shù),再次識別,直至結(jié)果正確。

(3)豐富的爆炸物信息及專家處置建議。識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫涵蓋了各類炸藥、火工品、引信、彈藥及化學武器等 1000余種爆炸物,既有美軍、日軍、俄羅斯軍隊及其他國家軍隊曾使用的多種制式彈藥,也有我軍使用的多種制式彈藥,甚至有些自制爆炸裝置,龐大的數(shù)據(jù)庫容量保證了查詢的成功率,可作為工具軟件廣泛應(yīng)用。

識別系統(tǒng)融合了多位專家多年的研究成果及實踐經(jīng)驗,能夠解決戰(zhàn)爭遺留爆炸物裝卸、運輸、銷毀時的安全顧慮大、危害控制難、銷毀不徹底等難題,對戰(zhàn)爭遺留爆炸物銷毀的組織與實施、檢查與銷毀中安全措施、安全評價方法和環(huán)境保護技術(shù)也給出了科學的設(shè)計與建議。

(4)系統(tǒng)的可拓展性。有戰(zhàn)爭就有遺留爆炸物,所以本識別系統(tǒng)預(yù)留有很大的空間,方便讓使用者根據(jù)最新的研究成果隨時更新或添加數(shù)據(jù)庫中新型彈藥的特征信息,尤其是添加其他專家的銷毀建議,這樣就可以進一步積累每次的銷毀經(jīng)驗,不斷完善該系統(tǒng)的功能。

3 結(jié) 論

本系統(tǒng)界面友好、使用方便,未知爆炸物正確識別率高,可拓展性強,大大提高爆炸物的檢查與識別效率,降低因識別錯誤而帶來的風險,為戰(zhàn)爭遺留爆炸物的銷毀提供了有力的技術(shù)支持。同時本系統(tǒng)還可以作為工具軟件,具有收索、查詢、顯示爆炸物信息的功能。本系統(tǒng)在一些方面還有待加強,如爆炸物識別算法優(yōu)化、國內(nèi)外新型爆炸物的特征數(shù)據(jù)庫的完善與更新等方面。

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2011-07-04)

周明安 (1961-),男,副教授,系副主任,長期從事爆破工程、反恐、彈藥等方面的教學和科研。