地鐵違禁品快速檢測研究與應(yīng)用

■文/公安部第一研究所 王秋實

東莞市華盾電子科技有限公司 王積東

關(guān)鍵字：違禁品快速檢測 金屬探測 安檢 地鐵

1 引言

隨著軌道交通的日益發(fā)展，地鐵逐漸成為了城市出行必不可少的一部分。然而，地鐵公交系統(tǒng)存在環(huán)境封閉、人流量大、疏散困難等特點。為保障民眾出行安全，北京率先于2008年啟動與機場安檢模式相同的地鐵安檢模式，隨后全國各地陸續(xù)開展。

目前，地鐵與機場的安檢流程相同，主要由“人檢”和“物檢”兩部分組成。其中，“人檢”由金屬探測門和安檢員組成，“物檢”由安檢機來完成。安檢流程一般為：乘客將隨身攜帶物品及行李放入安檢機，由安檢機對物品及行李進行檢測，乘客則通過金屬探測門，若金屬探測門報警，則由安檢員使用手持式安檢儀進一步核查，若乘客通過金屬探測門不報警，則可以直接通過。上述流程并不適用于地鐵之中，原因是機場對于安全檢查的優(yōu)先級高于保證人員順暢通行，而作為市內(nèi)公共交通的地鐵則需兼顧兩者。所以在人流量大時不會強制要求乘客將隨身攜帶的物品取下放入安檢機，金屬探測門即使報警安檢員也無法對每一位乘客隨身攜帶的物品進行核查，這就造成了“人檢”部分形同虛設(shè)的情況。

本文提出一種新型的“違禁品快速檢測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)能夠檢測及標記通行人員所攜帶金屬物品的形狀，并在出現(xiàn)刀具、槍支等危險物品時發(fā)出提示，可以在不影響乘客通行的情況下大幅改善“人檢”部分的安檢效果，為民眾的出行安全提供更好的保障。

2 金屬分類識別探測技術(shù)原理

本系統(tǒng)利用金屬分類識別探測技術(shù)獲取違禁品的三維材質(zhì)及形狀信息，從而將違禁品與日常用品分離。

圖1為設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，發(fā)射線圈為激勵信號發(fā)射模塊的核心組成部分，接收線圈為渦流/電磁信號傳感模塊的核心組成部分。

圖1 金屬分類識別探測技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，由發(fā)射線圈發(fā)射激勵信號，經(jīng)過空中的傳播，接收線圈會有感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢。當(dāng)有某金屬部件在發(fā)射線圈或者接收線圈附近時，金屬會產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而影響接收線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢。根據(jù)對比該金屬通過接收線圈前和通過接收線圈時的感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢，可提取波形相位差別，得到被測物相位特征值R。多次測量R取平均值后得到該金屬標定物的相位特征值T，T是固定的且與所述金屬標定物的材料成分相關(guān)。將相位特征值T、金屬標定物的成分信息寫入報警數(shù)據(jù)庫中的標定物相位特征表。

實際使用中，當(dāng)被測金屬物通過檢測門時，將被測物的相位特征值R與標定物相位特征表中的T進行逐一對比。判斷R與每一個T的關(guān)系，判斷比對過程如下。

（1）如果符合預(yù)設(shè)范圍，則認為所述金屬標定物的材料成分與被測物最相似，將被測物列為疑似物品，顯示所述金屬標定物的分類圖像并報警。預(yù)設(shè)范圍可以根據(jù)用戶在實際使用過程的需要進行設(shè)定，預(yù)設(shè)范圍的大小決定測試被測物時的容差程度。例如，鐵制武器的相位特征值是60，預(yù)設(shè)的范圍是10，當(dāng)測得被測物的相位特征值是65，則顯示鐵制武器的分類圖像并進行報警，如圖2(a)所示。

（2）若被測物的相位特征值R與多個金屬標定物的相位特征值T的差值都在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則可以同時顯示多個金屬標定物的分類圖像。這種實施方式，可以將更多的檢測信息傳遞到安檢人員中，防止丟失重要信息。例如，金屬a的相位特征值是60，預(yù)設(shè)的范圍是10；金屬b的相位特征值是70，預(yù)設(shè)的范圍是10，當(dāng)測得被測物的相位特征值是65，則可以同時顯示金屬a與金屬b的分類圖像并進行報警，如圖2(b)所示。還可根據(jù)現(xiàn)場需求將兩張圖片合并顯示，如圖2(c)所示。

（3）若被測物的相位特征值R分別與標定物相位特征表中多個金屬標定物的相位特征值的差值相同，根據(jù)多個金屬標定物預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級，顯示較高優(yōu)先級的金屬標定物的分類圖像。這種實施方式，可以最優(yōu)選的檢測信息傳遞到安檢人員中，減少安檢人員的主觀判斷，提高工作效率。例如，金屬a的相位特征值是60，預(yù)設(shè)的范圍是10；金屬b的相位特征值70，預(yù)設(shè)的范圍是10，當(dāng)測得被測物的相位特征值是65，若金屬b的優(yōu)先級高于金屬a，則顯示金屬b的分類圖像并進行報警，如圖2(d)所示。

圖2 金屬分類識別探測技術(shù)報警示意圖

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程

系統(tǒng)由位于兩側(cè)門板中的信號發(fā)送與接收模塊，以及位于頂部機箱中的信號處理與比對模塊組成。其中，信號發(fā)送與接收模塊由一組激勵信號發(fā)射模塊及n組渦流/電磁信號傳感模塊組成，信號處理與比對模塊由n組模擬信號處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、特征提取模塊組成，最后統(tǒng)一由分析判斷報警模塊來匯總處理，如圖3所示。

圖3 違禁品快速檢測門模塊構(gòu)成

圖4 違禁品快速檢測門

本系統(tǒng)將各個渦流/電磁傳感器接收到的微弱信號進行放大、濾波等處理，以排除外界復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾，之后對數(shù)據(jù)進行分析，從中提取信號特征參數(shù)。由于不同的物體具有特定的渦流、電磁信息特征，通過金屬分類識別探測技術(shù)結(jié)合學(xué)習(xí)得到的金屬標定物的相位特征值從而判斷通道中的乘客是否攜帶有違禁品。

3.2 前端設(shè)備

本系統(tǒng)的核心組成設(shè)備為“違禁品快速檢測門”，設(shè)備如圖4所示。

該設(shè)備在排除了被檢人員身上口袋里的手機、手表、鑰匙、皮帶扣等日常隨身攜帶的金屬物品的前提下，可探測到被檢人員身上的違禁品，例如，砍刀、斧頭、槍支、鋁制/鐵制等金屬易拉罐體、鋁管/銅管/鐵管/等金屬管體。

3.3 后臺軟件

當(dāng)乘客人攜帶違禁品通過時，本系統(tǒng)將以聲光報警及圖文的形式顯示出來。

（1）如圖5(a)所示，設(shè)備檢測到被檢人員攜帶了手機、手表等日常金屬物品，文字圖片顯示，但設(shè)備不報警。

（2）如圖5(b)所示，設(shè)備檢測到被檢人員攜帶了工具刀槍類違禁金屬物品，文字圖片顯示，人形區(qū)位顯示攜帶位置，并且聲光報警。

（3）如圖5(c)所示，設(shè)備檢測到被檢人員攜帶了鋁制易拉罐體類違禁金屬物品，文字圖片顯示，在人形區(qū)位顯示攜帶位置，并且聲光報警。

（4）如圖5(d)所示，設(shè)備檢測到被檢人員攜帶了馬口鐵罐類違禁金屬物品，文字圖片顯示，在人形區(qū)位顯示攜帶位置，并且聲光報警。

4 成果應(yīng)用

目前，本設(shè)備已在地鐵、監(jiān)獄、軍隊、公共資源交易中心等單位使用，其中，北京、南寧、天津、深圳、廣州、杭州等地地鐵；新疆、云南、山西、江西、河北、遼寧、四川等全國180多家監(jiān)獄；南部戰(zhàn)區(qū)、西部戰(zhàn)區(qū)、中核集團；貴陽公共資源交易中心、雄安新區(qū)公共資源交易中心等地均有采購。用戶反饋良好，設(shè)備的分類檢測效果尤為明顯，大大降低了安檢員的工作強度，提高了安檢準確性。

圖5 快速違禁品檢測系統(tǒng)展示界面

未來，本系統(tǒng)將會針對地鐵安檢工作模式與人像采集等多種信息采集設(shè)備進行融合對接，形成多維度的安檢信息采集裝置。在減輕安檢人員工作量的基礎(chǔ)上，豐富采集信息的種類，交叉比對，形成軌道交通立體防護網(wǎng)。

本組件共獲得3項發(fā)明專利：ZL201610291906.2、ZL201610184184.0和 ZL201610182858.3。4項 實 用新型專利：ZL201620244866.1、ZL201620244355.X、ZL201620244445.9和ZL201620244926.X。

5 結(jié)語

“違禁品快速檢測系統(tǒng)”能夠在不影響乘客通行效率的前提下提升安檢效果，改善目前地鐵安檢中存在的問題，為民眾的出行安全提供更好的保障。但是，該設(shè)備的使用還需安檢員的業(yè)務(wù)模式相配合，應(yīng)建立更加合理的安檢業(yè)務(wù)流程，將“技防”與“人防”進行有機的結(jié)合，才能發(fā)揮本系統(tǒng)“便民”“護民”的雙重優(yōu)勢。