燃油類物證色譜分析數(shù)字化識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)建

趙鵬程

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽 110035）

燃油類物證色譜分析數(shù)字化識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)建

趙鵬程

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽 110035）

利用夾角余弦算法對(duì)燃油類物證色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度的計(jì)算和分析，構(gòu)建了燃油類物證色譜分析數(shù)字化識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)未知燃油品色譜數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中參照燃油品色譜數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別和比對(duì)。

油類物證 色譜分析 數(shù)字化識(shí)別 比對(duì)系統(tǒng)

通過燃油物證色譜的比對(duì)分析，可以對(duì)縱火、焚尸、非法炸藥、交通肇事逃逸等案件中提取到的油類物證進(jìn)行種類鑒別和產(chǎn)地溯源，通過數(shù)學(xué)模式可對(duì)燃油品的指紋信息進(jìn)行數(shù)字化處理，從微觀上反映燃油品間的細(xì)小差異。數(shù)字化的燃油類物證的譜圖便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理，并且易于操作，是提高涉案油類物證鑒別和溯源的重要手段。本研究主要對(duì)燃油類物證氣相色譜分析的色譜圖、特征峰比值等分析數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)庫檢索標(biāo)準(zhǔn)和匹配指標(biāo)進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上建立了燃油類物證氣相色譜指紋數(shù)字化識(shí)別數(shù)據(jù)庫。

1 數(shù)據(jù)與算法

1.1 數(shù)據(jù)格式

在本研究中，各燃油樣品的色譜分析工作均在安捷倫7890A氣相色譜儀上完成，色譜數(shù)據(jù)可以通過安捷倫化學(xué)工作站導(dǎo)出，形成*.csv格式文件，所有數(shù)據(jù)上傳至色譜指紋數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

1.2 系統(tǒng)算法

本研究采用夾角余弦算法，對(duì)不同色譜圖中圖譜的色譜峰數(shù)目、保留時(shí)間和峰面積的微小變化進(jìn)行計(jì)算，從而反映未知圖譜與譜庫中已知燃油物證的色譜數(shù)據(jù)的相似程度。

夾角余弦算法公式如下：

其中，yi分別代表兩組色譜數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，兩個(gè)樣品的色譜分析數(shù)據(jù)越相似，計(jì)算出的夾角余弦值越大，相似度越高。

2 系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)應(yīng)用HTML語言編譯網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成表示層，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。應(yīng)用PHP語言實(shí)現(xiàn)后臺(tái)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫管理等業(yè)務(wù)的邏輯處理。采用MySQL作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。服務(wù)器端采用Windows2003 Server以上操作系統(tǒng)，Web服務(wù)器采用Apache；客戶端采用Windows XP以上操作系統(tǒng)及Firefox瀏覽器。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用目前流行的瀏覽器/服務(wù)器（Browser/ Server，簡(jiǎn)稱B/S）結(jié)構(gòu)，其中間層采用MVC的設(shè)計(jì)模式，即分別為視圖層、控制層、模型層，如圖所示。視圖層又稱為頁面顯示層，即用戶所看到的界面，主要由一些PHP頁面組成，它提供用戶與系統(tǒng)的交互；控制層是整個(gè)系統(tǒng)的邏輯核心，將視圖層與業(yè)務(wù)層聯(lián)系起來，通常由一個(gè)核心的類組成；模型層是應(yīng)用程序的主體部分，由它來實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯，通常由一些類組成。MVC模式的處理過程是：首先由控制器接收用戶的請(qǐng)求，并決定應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)模型來進(jìn)行處理，然后該模型調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯來處理用戶的請(qǐng)求并返回?cái)?shù)據(jù)，最后控制器調(diào)用相應(yīng)的視圖返回?cái)?shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。

圖 基于MVC三層模型的B/S結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)應(yīng)用MySQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺(tái)建立了燃油物證色譜分析譜圖數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了5個(gè)數(shù)據(jù)表，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)生成若干個(gè)臨時(shí)表，可為自定義形式的相似度計(jì)算服務(wù)。樣品編號(hào)數(shù)據(jù)表名稱為count_id，其數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)見表1。

表1 count_id數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

未知樣品基本信息數(shù)據(jù)表名稱為dut_all，其數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)見表2。不同種類油品基本信息數(shù)據(jù)表名稱為kind_all，參照樣品基本信息數(shù)據(jù)表名稱為ref_all，用戶信息管理數(shù)據(jù)表名稱為users。

表2 dut_all數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

表3 kind_all數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

3.1 用戶管理

本系統(tǒng)采用權(quán)限管理，分為管理員、用戶兩個(gè)權(quán)限。系統(tǒng)管理員可以對(duì)樣品數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增加、刪除、清空等更新操作、管理用戶和譜圖對(duì)比分析等操作。系統(tǒng)注冊(cè)用戶只能進(jìn)行譜圖分析對(duì)比計(jì)算、結(jié)果瀏覽顯示操作。

3.2 數(shù)據(jù)管理

在樣品導(dǎo)入界面中，樣品庫類別中包括以下類別：柴油庫、汽油庫I、汽油庫II、動(dòng)物油庫和自定義樣品庫。通過樣品種類選擇可將上傳數(shù)據(jù)分為參照樣品和未知樣品兩類，參照樣品數(shù)據(jù)是已知燃油樣品的分析數(shù)據(jù)，可作為數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，未知樣品上傳后通過計(jì)算相似度可與數(shù)據(jù)庫中的已知樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，確定最相似樣品的色譜數(shù)據(jù)。樣品數(shù)據(jù)的上傳功能對(duì)權(quán)限進(jìn)行了細(xì)化，其中參照樣品的上傳功能只提供給管理員權(quán)限，管理員可以將數(shù)據(jù)直接上傳至樣本數(shù)據(jù)；為注冊(cè)用戶提供未知樣品數(shù)據(jù)的自由上傳功能，數(shù)據(jù)上傳后直接跳轉(zhuǎn)到樣品計(jì)算頁，可為注冊(cè)用戶直接提供計(jì)算數(shù)據(jù)的比對(duì)服務(wù)。

3.3 數(shù)據(jù)計(jì)算功能

根據(jù)實(shí)際需要，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)了兩種計(jì)算模式：一是當(dāng)用戶進(jìn)行檢材燃油品物證的溯源分析時(shí)，可以分別選擇參照樣品庫提供的已經(jīng)內(nèi)置的4個(gè)數(shù)據(jù)庫（柴油庫、汽油庫I、汽油庫II、動(dòng)物油庫）進(jìn)行分類對(duì)比，也可以選擇所有未知樣品選項(xiàng)進(jìn)行全庫對(duì)比，系統(tǒng)可以給出檢材油品與數(shù)據(jù)庫中參照樣品的相似度，供用戶篩選；二是當(dāng)用戶只需要對(duì)案件中的兩份檢材與樣本油品之間進(jìn)行比對(duì)分析時(shí)，可以通過自定義形式分別上傳檢材和比對(duì)樣本的色譜數(shù)據(jù)，不必通過數(shù)據(jù)庫檢索，系統(tǒng)就會(huì)直接計(jì)算出二者的相似度。

4 結(jié)語

以前，在進(jìn)行檢材與比對(duì)樣品的色譜數(shù)據(jù)比對(duì)分析時(shí)，主要通過二者的色譜峰保留時(shí)間、色譜峰數(shù)目、峰面積相對(duì)比值等進(jìn)行說明，本研究所構(gòu)建的色譜分析數(shù)據(jù)數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)所給出的檢驗(yàn)結(jié)果就可以表述為檢材與比對(duì)樣本的色譜數(shù)據(jù)的匹配百分率。譜圖數(shù)字化識(shí)別技術(shù)也可以應(yīng)用到其它微量物證的鑒別中，通過建立數(shù)字化譜圖識(shí)別的基本標(biāo)準(zhǔn)，為微量物證理化檢驗(yàn)結(jié)果的數(shù)字化處理和數(shù)據(jù)庫管理提供科學(xué)、易用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)化比對(duì)程序，提高微量物證檢驗(yàn)結(jié)果的證據(jù)價(jià)值。

[1]孫培艷，周青，李光梅，等.原油中多環(huán)芳烴內(nèi)標(biāo)法指紋分析[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2008，27（4）.

[2]蔣啟貴，張志榮，宋曉瑩，等.輕烴指紋分析及其應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2005，24（1）.

（責(zé)任編輯：于 萍）

D918.92

A

2014-3-12

公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2012YYCXXJXY129）。

趙鵬程（1973-），男，遼寧錦州人，中國(guó)刑警學(xué)院法化學(xué)系教授，博士，主要從事刑事化驗(yàn)研究。