毒品爆炸物檢測系統(tǒng)設(shè)計

蔣 依 汪鵬飛 鄭雯文*

（長江大學(xué)計算機科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

據(jù)統(tǒng)計，每年約有65 噸海洛因、超過50 噸的冰毒片劑由陸路從緬北進人中國內(nèi)陸地區(qū)[1-2]；爆炸物的不正確的使用人體造成威脅與損傷。對于社會發(fā)展和人類健康安全而言，毒品與爆炸物會阻礙社會治安的穩(wěn)定、破壞家庭的幸福，造成極惡劣的影響。

為降低這種惡劣的影響，提高社會治安與人民幸福，在高速流動的人群和貨物的正常出行和運輸過程中快速、準(zhǔn)確的檢測出隱藏的毒品和爆炸物，已成為關(guān)系國家安全的一項迫切需求和亟待解決的難題。

現(xiàn)有的離子遷移譜檢測產(chǎn)品的為便攜式、門式、臺式三種形式，如美國的GE 公司，其產(chǎn)品采用多項高新技術(shù)，具有功能強大、靈敏度高等特點，主要為郵政、機場、海關(guān)、反恐等政府重要部門所使用。Smithson Detetction 公司研制的SABRE 4000 是一款便攜式和臺式IMS 毒品/爆炸物檢測儀器，該產(chǎn)品能夠在15 秒內(nèi)檢測和辨識超過40 種毒品或爆炸物[3]。

本文提出的毒品爆炸物檢測系統(tǒng)設(shè)計方法，使用串口通信獲取實時數(shù)據(jù)和傳輸指令，通過數(shù)據(jù)去噪處理，利用處理后的數(shù)據(jù)計算檢測物質(zhì)的離子遷移率，與樣品庫數(shù)據(jù)進行比對，得出檢測結(jié)果。

1 總體架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)需求分析

隨著社會的發(fā)展和我國信息化水平的提高，毒品爆炸物種類越來越多，使得樣品庫的管理和可疑物的檢測越來越繁瑣，依靠專業(yè)人員人工檢測并整理檢測歷史記錄，存在檢測時間長、效率低、精度低等問題。同時，在人員密集場所需要完成現(xiàn)場快速檢測可能存在爆炸物，毒品檢查的任務(wù)，在保證準(zhǔn)確性與可靠性的同時，應(yīng)提高檢測效率。本文主要研究如何設(shè)計出毒品爆炸物檢測軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對可疑物快速，靈敏，準(zhǔn)確的檢測。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

通過分析目標(biāo)系統(tǒng)的需求，確定系統(tǒng)的整體方案，檢測儀將采集到的數(shù)據(jù)通過串口通信與檢測軟件實現(xiàn)雙向傳輸，數(shù)據(jù)經(jīng)過檢測軟件的分析處理從而得以判定檢測物質(zhì)是否為可疑物質(zhì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

基于現(xiàn)有技術(shù)，選用適合的軟件設(shè)計原則，確定系統(tǒng)功能模塊包括數(shù)據(jù)獲取模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)展示模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，如圖2 所示。數(shù)據(jù)獲取模塊通過使用串口通信協(xié)議來獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊基于對原始數(shù)據(jù)點進行去噪處理后的算法分析。分析結(jié)果以實時繪圖的形式展現(xiàn)，歷史記錄被動態(tài)存儲。

3 功能模塊設(shè)計實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)獲取

該模塊功能是獲取數(shù)據(jù)并傳輸指令，采用串口通信方式。該方法穩(wěn)定性好，傳輸數(shù)據(jù)速度快，有利于對現(xiàn)實數(shù)據(jù)的實時采集和處理數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)不僅要處理實時數(shù)據(jù)（離子信號），而且還要控制多個參數(shù)進行，例如遷移管溫度，大氣壓檢測和濕度檢測等。串口通信使用三個通信通道，一是指令通道，另外兩個通道是收發(fā)樣品數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)通道。建立串口通信的基本協(xié)議，設(shè)置串口號并打開串口，串口初始化完成。根據(jù)通信協(xié)議指令規(guī)定，進行通信，同時獲取有用的數(shù)據(jù)，為檢測提供數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)功能框圖

3.2 數(shù)據(jù)的處理與分析

對數(shù)據(jù)進行分析和處理是該檢測系統(tǒng)的核心功能。一般采集到的數(shù)據(jù)都具有噪聲多，冗雜性大等特點。因此，為提高檢測準(zhǔn)確性，在進行分析前對數(shù)據(jù)進行處理是必不可少的一環(huán)。此系統(tǒng)中應(yīng)對數(shù)據(jù)采用兩次去噪處理，第一次是將檢測空氣的采樣點數(shù)據(jù)視作噪音數(shù)據(jù)，在檢測過程中用做消除噪音處理，第二次是為排除先前易揮發(fā)物質(zhì)在檢測中殘留物質(zhì)的干擾，對采集信號濾波去噪。

將進行去噪處理后的數(shù)據(jù)點濃度與設(shè)定報警濃度比較，若其濃度高于報警濃度，則通過一定算法計算檢測物質(zhì)離子遷移率與樣品庫樣品離子遷移率的相似度，最終相似度是判定物質(zhì)是否危險的有效依據(jù)。數(shù)據(jù)處理分析具體流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理分析具體流程

3.3 數(shù)據(jù)的展現(xiàn)

畫圖模塊是對從計算模塊獲取的原始采樣點數(shù)據(jù)使用圖形圖像去噪音技術(shù)處理之后，在畫布上畫出一條能夠體現(xiàn)特征信息的曲線圖。

3.3.1 噪聲處理

根據(jù)分析，數(shù)據(jù)產(chǎn)生噪聲的主要原因為在數(shù)據(jù)采集時的傳送、測量等過程中，設(shè)備均處于復(fù)雜的環(huán)境下，由于受氣壓、溫度的影響，繪出的曲線有著不同程度的噪聲干擾，不能很好的展現(xiàn)其中的規(guī)律。為了盡量減少誤差所帶來的影響，需要對原始數(shù)據(jù)進行去噪、對曲線進行平滑處理。經(jīng)過處理后所得的圖像如圖4 所示。

圖4 平滑后圖像

3.3.2 實時繪圖

實時繪圖即在規(guī)定的時間間隔內(nèi)動態(tài)地展現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的曲線，實現(xiàn)邊檢測變繪圖的功能，其要求準(zhǔn)確、迅速、清晰明了。系統(tǒng)使用TChart 控件來實現(xiàn)該功能，將發(fā)送過來的實時物質(zhì)的濃度經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到新坐標(biāo)點，再添加至TChart 控件中，同時利用TTimer 控件不斷觸發(fā)該事件，從而實現(xiàn)動態(tài)圖像的繪制，如圖5 所示。

圖5 實時繪圖

3.4 數(shù)據(jù)存儲

3.4.1 毒品爆炸物樣品庫模塊

樣品庫管理實質(zhì)上是對毒品和爆炸物的種類進行管理，保存每種樣品的詳細信息，為檢測提供樣品的基礎(chǔ)信息。樣品庫涵蓋市面上出現(xiàn)的各類毒品、爆炸物，它為檢測數(shù)據(jù)的處理提供了有效的支撐。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對樣品的新增、刪除、修改和查詢功能。其中在新增樣品入庫時，系統(tǒng)將獲取到的數(shù)據(jù)設(shè)置為不可修改，樣品檢測有關(guān)的屬性可修改。

3.4.2 歷史信息管理模塊

該模塊實現(xiàn)兩個功能，一個是存儲和展示檢測樣品的詳細信息，另一個是保存檢測樣品時所繪制折線圖的數(shù)據(jù)。同時系統(tǒng)實現(xiàn)了自動刪除一個月以上數(shù)據(jù)的功能，從而使歷史記錄模塊可以動態(tài)存儲近一個月的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本文提出了毒品爆炸物檢測系統(tǒng)的設(shè)計方法，系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)采集，分析處理，顯示和存儲等功能，能在短時間內(nèi)提供準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，以直觀的方式為使用人員展示檢測結(jié)果，具有一定的使用價值。后續(xù)研究中，我們將預(yù)留接口，用于實現(xiàn)云平臺遠程數(shù)據(jù)管理功能。