淺析爆炸物快速檢測技術(shù)在安檢中的應(yīng)用

■ 文/山西警察學(xué)院爆炸物品公共安全研究中心 趙學(xué)民

關(guān)鍵字：爆炸物檢測 多技術(shù)協(xié)同 設(shè)想

1 引言

爆炸因具有殺傷范圍大、破壞力強(qiáng)、材料易得、實(shí)施簡單、作案后容易逃生等特點(diǎn)，成為當(dāng)前恐怖分子實(shí)施爆恐犯罪活動(dòng)中最常使用的破壞手段之一。當(dāng)前，國內(nèi)分裂組織實(shí)施爆炸恐怖活動(dòng)的危險(xiǎn)依然存在，同時(shí)，國內(nèi)一小撮對社會(huì)不滿人員實(shí)施爆炸的刑事犯罪事件也時(shí)有發(fā)生。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，綜合國力不斷提升以及國際地位的迅速提高，我國越來越廣泛地參與到國際重大事務(wù)之中，國際影響力日益提升，進(jìn)而使得我國海內(nèi)外政治、經(jīng)濟(jì)、外交、能源、交通、“一帶一路”大型工程項(xiàng)目等重要目標(biāo)和基礎(chǔ)設(shè)施面臨爆炸恐怖襲擊的風(fēng)險(xiǎn)越來越高，防范爆恐襲擊已成為我國安全防范的重要任務(wù)。為保證我國政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交、能源、交通等重點(diǎn)目標(biāo)的安全，保障各類大型活動(dòng)的順利開展，除了加強(qiáng)涉爆行業(yè)、涉爆人員、爆炸物安全監(jiān)管外，還要重點(diǎn)防范爆炸物進(jìn)入要害目標(biāo)等特定區(qū)域和場所。為此，通常在出入口設(shè)置安全檢查，檢測一切可能存在的爆炸物，做到危險(xiǎn)事件提前預(yù)控。

2 防爆安全檢查技術(shù)裝備的適用場景

目前，機(jī)場、車站等交通樞紐、大型集會(huì)場所、重點(diǎn)旅游文化景點(diǎn)等普遍實(shí)施出入口安全檢查，對所有進(jìn)出人員采取實(shí)名制身份認(rèn)證，嚴(yán)格檢查所有攜帶物品，收到了良好的安保效果，有效保障了社會(huì)的和諧安寧。但在短時(shí)間內(nèi)人流量大的情況下，防爆安全檢查仍是一項(xiàng)十分艱巨和困難的工作，不僅對安檢人員的體能、業(yè)務(wù)能力是一項(xiàng)嚴(yán)苛的考驗(yàn)，還對防爆安檢儀器裝備提出了嚴(yán)格的性能要求。

防爆安全檢查的主要目的是查驗(yàn)被檢對象和目標(biāo)是否攜帶和藏匿炸藥及其制成品。但炸藥品的現(xiàn)場快速探測和認(rèn)定目前在世界范圍內(nèi)仍是一個(gè)難題，各類防爆安檢儀器不是難以發(fā)現(xiàn)炸藥品，就是存在一些影響廣泛公開應(yīng)用的局限性。熟悉各類安檢裝備的適用場景是正確使用安檢裝備和正確分析解讀安檢結(jié)果的基礎(chǔ)。組裝的電力起爆爆炸裝置一般均含有電池、導(dǎo)線、開關(guān)、雷管等金屬材質(zhì)，通過安檢門和手持金屬探測器可有效檢測到，進(jìn)而再次進(jìn)行人工復(fù)檢；X射線行李安檢儀則比較容易通過圖像分析發(fā)現(xiàn)金屬材質(zhì)零配件，圖像分析時(shí)重點(diǎn)要研判有無雷管等特征，再分析雷管周圍是否包裹有機(jī)物，隨后再進(jìn)行人工二次復(fù)檢。對于尚未組裝的電力起爆爆炸裝置，如果其電池、導(dǎo)線、開關(guān)、雷管等含有金屬成分，則通過上述方法同樣有效；背向散射式X射線安檢機(jī)、主動(dòng)毫米波人體安檢儀、被動(dòng)太赫茲人體成像安檢儀等都是檢測炸藥、毒品、藥品等有機(jī)物的利器，但除了炸藥探測器可以直接檢測炸藥外，其他安檢裝備主要起輔助檢測作用。

3 典型防爆安全檢查技術(shù)裝備的優(yōu)勢與短板

目前，機(jī)場、車站等重要場所普遍使用的安檢儀器主要有以下幾類：金屬探測安檢門、手持金屬探測器、X射線行李安檢儀、X射線斷層掃面CT機(jī)、炸藥探測器、主動(dòng)毫米波人體安檢儀、被動(dòng)太赫茲人體成像安檢儀等。

3.1 金屬探測安檢門和手持金屬探測器

通常用于人身安檢。探測受檢對象是否攜帶或藏匿金屬物品，但無法檢測是否攜帶炸藥。金屬探測安檢門使用簡便、快捷，無需身體接觸，雖然原理上只能探測被檢人是否攜帶金屬制品而無法判別是否攜帶炸藥，但其對發(fā)現(xiàn)爆炸裝置有一定的幫助。通常，爆炸裝置或多或少含有金屬材質(zhì)，例如，電池的電極和外殼、導(dǎo)線、開關(guān)、電路板及元器件、電雷管、金屬填充物等等。手持金屬探測器的工作原理與金屬探測安檢門基本一樣，這里不再細(xì)述。近年來，由于新型安檢裝備迭代較快，金屬探測安檢門和手持金屬探測器由于功能單一，定位金屬物的能力較差，處于被淘汰和可替換的邊緣。

3.2 X射線行李安檢儀

通常用于旅客攜帶物品的安全檢查。X射線安檢儀是根據(jù)X射線穿透被檢物時(shí)的強(qiáng)度衰減來進(jìn)行的，即測量被檢物所吸收的X射線量，根據(jù)該能量值確定被檢物的厚度或被檢物的物質(zhì)屬性。對于不同原子序數(shù)的材料，其衰減系數(shù)值不同，一般而言，密度越大的材料其衰減系數(shù)值就越大。例如，鉛的密度在天然非放射性元素中密度是最大的，對X射線的阻擋能力最強(qiáng)，鐵、銅等金屬對X射線的阻擋能力也較強(qiáng)，而有機(jī)物由于其分子中元素主要為碳、氫、氧、氮，因此對X射線的阻擋能力較弱。通過分析X射線安檢儀采集到的行李內(nèi)物質(zhì)圖像，可以識(shí)別不同物質(zhì)的密度區(qū)別。例如，可以較好地甄別出槍支彈藥、管制刀具、電池、開關(guān)、導(dǎo)線、電路板、雷管等金屬構(gòu)件。另外，通過分析物品結(jié)構(gòu)圖像對發(fā)現(xiàn)爆炸裝置有幫助作用，但是不能確定有機(jī)物成分，如果需要進(jìn)一步排查，則需要人工檢查，或通過其他炸藥探測儀器對被檢物進(jìn)行二次檢測認(rèn)定。

3.3 X射線CT斷層掃描安檢機(jī)/背向散射式X射線安檢機(jī)

X射線CT斷層掃描安檢機(jī)是一種能生成360°三維圖像效果的安檢系統(tǒng)，適用于安全等級較高的應(yīng)用場景。無論被檢物擺放的位置或角度如何，均可從多個(gè)方向?qū)ζ溥M(jìn)行掃描檢測，獲得清晰的三維偽彩灰度圖像。通過觀察X射線透視掃描生成的頂視、底視、側(cè)視、斷層等多角度三維圖像，可以直觀地分析被檢測物的材質(zhì)、密度、形狀、體積、空間組合結(jié)構(gòu)等等，進(jìn)而通過圖像推斷是否存在爆炸裝置，但仍不能確定有機(jī)物是否為炸藥。

背向散射式X射線安檢機(jī)利用X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的康普頓散射效應(yīng)原理進(jìn)行爆炸物檢測。炸藥的平均原子序數(shù)低，較易產(chǎn)生康普頓散射效應(yīng)，屬于次生X射線。通過采用點(diǎn)掃描成像原理，采集背向散射的X射線生成圖像，使炸藥從其他物品的復(fù)雜圖像中自動(dòng)地“浮現(xiàn)”出來。因此無論炸藥呈現(xiàn)什么形狀都會(huì)被凸顯出來，無需仔細(xì)分辨圖像便可一目了然。這類安檢技術(shù)既可以用于貨物安檢，也可以用于人體安檢。用于貨物安檢時(shí)，通過接受高能X射線穿透被測物時(shí)產(chǎn)生的散射光譜利用成像技術(shù)顯示物體圖像，常用于對集裝箱中的爆炸物、毒品、偷渡者等進(jìn)行安全檢查。

3.4 炸藥探測器

用于人身或行李安檢。炸藥探測器是最有效、最直接的炸藥探測手段，其他安檢儀器對于炸藥來講，都屬于間接探測，而炸藥探測器可以對人身或行李表面沾染的微量炸藥、炸藥蒸氣或微粒進(jìn)行檢測。炸藥探測器具備多種探測原理，如氣相色譜技術(shù)、化學(xué)顯色技術(shù)、氣體吸附技術(shù)、離子遷移波譜技術(shù)（IMS）、離子俘獲漂移質(zhì)譜技術(shù)（ITMS）、熒光淬滅技術(shù)、拉曼光譜檢測技術(shù)、中子探測技術(shù)、質(zhì)譜分析技術(shù)(MS)、電子俘獲技術(shù)(EDC)、熱氧化探測技術(shù)(TR)、場離子測譜技術(shù)(FIS)等等。其中普遍用于安檢現(xiàn)場的快速檢測技術(shù)主要有離子遷移波譜技術(shù)（IMS）、熒光淬滅技術(shù)等。隨著儀器制造和智能分析技術(shù)的進(jìn)步，相信還會(huì)研發(fā)出更多先進(jìn)的便攜式快速炸藥檢測儀器。如果被檢人短期內(nèi)接觸過炸藥，那么在其身體、服裝、行李表面或多或少都會(huì)沾染有微量炸藥顆粒，這些微量炸藥顆粒就是炸藥探測器的檢測目標(biāo)。拉曼光譜檢測技術(shù)也可以用于炸藥探測，不過需要檢材體積達(dá)到約1mm3，不適用于微量痕量檢測。

炸藥探測技術(shù)發(fā)揮作用基本的前提條件是人身或行李表面沾染了微量炸藥微粒，因此，無論是離子遷移波譜技術(shù)（IMS），還是熒光淬滅技術(shù)均無法有效檢測嚴(yán)密封閉包裝的炸藥。拉曼光譜檢測技術(shù)雖然對透明包裝材料內(nèi)封裝的晶體、粉末、液體炸藥有較好的檢測效果，但無法檢測非透明材質(zhì)包裝的炸藥。另外，無論何種快速檢測技術(shù)都或多或少存在誤報(bào)現(xiàn)象，主要是因?yàn)檎ㄋ幓瘜W(xué)組分和分子結(jié)構(gòu)與很多日用化學(xué)品存在相似之處，容易造成識(shí)別錯(cuò)誤。

3.5 主動(dòng)毫米波人體安檢儀

用于人身安檢。屬于被動(dòng)式、非接觸式、成像式安全檢查。毫米波兼具微波和紅外的優(yōu)點(diǎn)，有一定的穿透能力，因此可以透過服裝進(jìn)行安檢。毫米波成像電磁波輻射功率小、時(shí)間短，可以對人體體表進(jìn)行環(huán)形或平行掃描成像，不會(huì)對人體造成危害。其技術(shù)原理是主動(dòng)掃描成像，如同用手電筒在黑暗處尋找物體一樣，可以依據(jù)人體、金屬物、有機(jī)物散射能量的大小區(qū)分不同物理屬性的物體，將隱藏于衣服下面的違禁物品通過圖像識(shí)別分辨出來。該項(xiàng)技術(shù)的局限性在于：一是由于工作原理屬于圖像識(shí)別，所以不能有效辨別物質(zhì)屬性，檢出夾帶物的屬性需要人工進(jìn)行二次認(rèn)定；二是該技術(shù)無法檢測出藏匿于體內(nèi)的違禁品。

3.6 被動(dòng)太赫茲人體成像安檢儀

用于人身安檢。可實(shí)現(xiàn)對體表攜帶物品的被動(dòng)式、非接觸式、成像式安全檢查。該技術(shù)利用人體輻射出的遠(yuǎn)紅外線成像，將隱藏于衣服里面的各類夾帶物品通過圖像識(shí)別出來。該技術(shù)由于不會(huì)向被檢人輻射電磁波，因此適用于孕婦、兒童等所有人群的安全檢查。由于具備優(yōu)越的性能優(yōu)勢，被動(dòng)太赫茲人體成像安檢儀將會(huì)和毫米波人體成像設(shè)備一起，共同取代民用機(jī)場沿用二十余年的金屬探測門。該技術(shù)的局限性有以下兩點(diǎn)：一是由于工作原理屬于圖像識(shí)別，無法有效識(shí)別物質(zhì)屬性，檢出的夾帶物性質(zhì)需要人工進(jìn)行二次鑒定；二是該技術(shù)無法檢測出藏匿于體內(nèi)的炸藥。

4 常用技術(shù)裝備在實(shí)際應(yīng)用中的局限性

目前，世界各國都非常重視炸藥探測技術(shù)的研發(fā)及裝備的研制。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，涌現(xiàn)出很多行之有效的防爆安全檢查技術(shù)和裝備，而且使用效果非常好。然而，這些技術(shù)或裝備因受到諸如技術(shù)封鎖、價(jià)格昂貴、對人體存在潛在危害等多種因素限制，目前在國內(nèi)難以普及應(yīng)用。

4.1 X射線人體安檢儀

2016年，成都雙流機(jī)場的“弱光子人體安檢儀”在網(wǎng)絡(luò)上引起軒然大波，原因是該安檢儀被曝出所謂的“弱光子”其實(shí)采用的是X射線檢測技術(shù)，雖然X射線輻射劑量較小，但對人體仍然存在輻射危害，特別是對孕婦和兒童傷害會(huì)更大。雖然X射線人體安檢儀可以有效發(fā)現(xiàn)?人體內(nèi)藏匿的各類物品，對炸藥探測也能起到良好輔助作用，但是容易引起旅客情緒上的抵制，非特殊情況下不適合普遍用于機(jī)場、車站等安檢場所。

4.2 背向散射式X射線安檢儀

背向散射式X射線安檢儀用于人體安檢時(shí)可以發(fā)出不穿透人體的低能量X射線，只采集背向散射掃描圖像，根據(jù)圖像灰度層級差別，有效檢測出體表藏匿的金屬或有機(jī)物等各類可疑物。槍支彈藥一般可以通過圖像直接識(shí)別認(rèn)定，然后再對有機(jī)物進(jìn)行二次檢測確認(rèn)。背向散射式X射線安檢儀用于人體安檢時(shí)，雖然采用低能X射線，設(shè)備每次掃描的輻射劑量不超過0.1微西弗，相當(dāng)于每人每天接受外界自然輻射值的1%，但是X射線畢竟屬于電離輻射，同樣容易引起旅客情緒上的抵制，從而限制了該技術(shù)的適用場景。

4.3 中子探測技術(shù)

常用于含氮炸藥檢測。中子炸藥探測儀利用中子發(fā)射器發(fā)射出一定能量的中子，當(dāng)中子作用于炸藥的原子核時(shí)，炸藥內(nèi)的氮會(huì)吸收中子能量并產(chǎn)生Y射線，從而被傳感器探測到。但由于中子探測系統(tǒng)探測的只是目標(biāo)物質(zhì)中氮的含量，而與氮原子所處的化學(xué)環(huán)境無關(guān)，因而誤報(bào)率較高。而且無論是中子還是Y射線，都屬于電離輻射性質(zhì)的射線，對有機(jī)生命體有較強(qiáng)烈的軀體殺傷和遺傳殺傷效應(yīng)，因此存在較大的使用局限性。

5 爆炸物檢測的未來發(fā)展方向與研發(fā)重點(diǎn)

基于爆炸物快速檢測難度大、裝備少、準(zhǔn)確性欠佳等現(xiàn)實(shí)問題，短時(shí)間內(nèi)，通過提高安檢員業(yè)務(wù)水平，綜合運(yùn)用多技術(shù)協(xié)同檢測，不斷深挖現(xiàn)有安檢裝備潛力，安檢技術(shù)可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到一定提高。從長遠(yuǎn)來講，隨著改革開放的進(jìn)一步深化，人員流動(dòng)量將會(huì)持續(xù)增加，安檢工作量將會(huì)越來越大，同時(shí)新型涉爆犯罪手段的升級也會(huì)給安檢工作帶來更大挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)多技術(shù)聯(lián)合安檢一體機(jī)，開發(fā)AI自動(dòng)分析研判系統(tǒng)，以及研發(fā)基于新技術(shù)的爆炸物安檢裝備將是未來防爆檢測的主要發(fā)展方向。高能光源技術(shù)、量子檢測技術(shù)、新材料技術(shù)等一批新技術(shù)將給防爆安全檢查帶來嶄新的前景。

5.1 通過大數(shù)據(jù)預(yù)警、多技術(shù)協(xié)同檢測提高安檢可靠性和效率

無論機(jī)場、車站，還是大型活動(dòng)的安檢，均存在短時(shí)間內(nèi)人流量大的情況，長時(shí)間排隊(duì)安檢會(huì)消磨旅客或參會(huì)者的耐心，不利于安檢秩序的維護(hù)，而提高安檢速度的同時(shí)也會(huì)帶來漏檢、誤檢風(fēng)險(xiǎn)，保障安全和提高安檢效率之間必然會(huì)存在一定的矛盾。優(yōu)先解決這一矛盾關(guān)鍵是要把安檢重點(diǎn)放在重點(diǎn)人和重點(diǎn)物上，做到重點(diǎn)突出、寬嚴(yán)相濟(jì)、松馳有度。如果能做到這一點(diǎn)，那么既能保障安檢可靠性，又能有效提高安檢效率，安檢員還不會(huì)過度疲勞。

5.1.1 通過大數(shù)據(jù)綜合預(yù)警確定安檢重點(diǎn)人和物

防爆安全檢查的重點(diǎn)目標(biāo)和對象不外乎人及其攜帶或托運(yùn)的行李，因此，安檢時(shí)弄清人和物的對應(yīng)關(guān)系對提高安檢效率非常重要。隨著公安科技的提高，公安機(jī)關(guān)掌握了大量重點(diǎn)人口信息數(shù)據(jù)，特別是掌握了那些有特殊技術(shù)背景人員、犯罪前科人員、危害社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)人員、來自特殊敏感地區(qū)人員、網(wǎng)購敏感物品人員等海量信息。大數(shù)據(jù)篩查、視頻監(jiān)控及人臉識(shí)別已經(jīng)成為較為成熟的安全防范和預(yù)警技術(shù)，在機(jī)場、車站、大型活動(dòng)現(xiàn)場出入口，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)通過實(shí)名認(rèn)證或身份識(shí)別，可以有條件對重點(diǎn)人實(shí)施安檢前預(yù)警，并且可根據(jù)人員類型和預(yù)警原因?qū)嵭蟹旨夘A(yù)警，同時(shí)將預(yù)警信息即時(shí)告知安檢員，安檢員根據(jù)預(yù)警信息類型和風(fēng)險(xiǎn)等級，妥善選擇安檢手段，加強(qiáng)對重點(diǎn)人及其攜帶物品的安檢，進(jìn)而降低漏檢、誤檢風(fēng)險(xiǎn)。

5.1.2 多技術(shù)協(xié)同檢測提高安檢可靠性

做好防爆安全檢查關(guān)鍵在于提高對炸藥、起爆器材、爆炸裝置的檢測準(zhǔn)確率。現(xiàn)行的安檢流程基本是按照炸藥探測篩查-安檢門初檢-手持金屬探測器復(fù)檢-所有攜帶行李通過X射線安檢儀重點(diǎn)檢查（有疑問時(shí)人工復(fù)查）實(shí)施。安檢可靠性主要依靠安檢員與安檢設(shè)備的協(xié)同配合，安檢員憑借其熟知的炸藥理化屬性，起爆器材、爆炸裝置結(jié)構(gòu)特征，以及不同安檢儀器針對炸藥、起爆器材、爆炸裝置檢測時(shí)的反饋信號特點(diǎn)予以研判。這種安檢模式對安檢人員的技術(shù)水平要求十分苛刻。較好的解決辦法是通過多種安檢技術(shù)協(xié)同檢測。例如，美國將X射線安檢機(jī)和背向散射式X射線安檢機(jī)聯(lián)機(jī)，通過圖像切換，無論高密度物件還是低密度有機(jī)物都可以清晰呈現(xiàn)。還可以將炸藥探測與X射線安檢儀聯(lián)機(jī)組成安檢通道，這種方式可以減少對安檢員經(jīng)驗(yàn)的依賴，提高安檢可靠性。

5.2 加快攻克嚴(yán)密包裝炸藥的快速檢測技術(shù)

包裝嚴(yán)密的炸藥極大地限制了炸藥探測器的檢測條件。如果恐怖分子將之偽裝成奶粉、藥品、日用化學(xué)品等帶入，然后再組裝成非電雷管起爆的爆炸裝置，將極有可能引發(fā)災(zāi)難性后果。例如，2001年12月22日，美利堅(jiān)航空公司063航班上發(fā)生的“鞋子炸彈”事件給各國政府提出了嚴(yán)峻課題，如何避免類似事件再次發(fā)生呢？我們知道，X射線可以輕易地穿透各種嚴(yán)密包裝材料的阻礙，拉曼散射效應(yīng)能有效鑒別含能材料組成物質(zhì)的分子種類，如果這兩種技術(shù)能有效融合，那么快速檢測各種隱藏炸藥就有了技術(shù)上的支撐。該設(shè)想的技術(shù)瓶頸主要集中在X射線激光光源上，X 射線激光作為激光探針用來診斷激光產(chǎn)生的高溫等離子體內(nèi)部，特別是臨界面附近的密度分布將是 X 射線激光另一重要應(yīng)用，將為激光與物質(zhì)相互作用的研究，特別對慣性約束聚變靶物理研究提供有效的診斷手段。隨著X射線激光器技術(shù)的不斷成熟，相信X射線拉曼散射效應(yīng)安檢儀一定會(huì)成為防爆安全檢查的利器。

6 結(jié)語

典型防爆安全檢查技術(shù)裝備，如金屬探測安檢門、手持金屬探測器、X射線行李安檢儀、X射線斷層掃面CT機(jī)、炸藥探測器、主動(dòng)毫米波人體安檢儀、被動(dòng)太赫茲人體成像安檢儀等，均為優(yōu)勢與短板并存，目前還不能有效檢測認(rèn)定爆炸物。炸藥探測器也依舊存在檢測結(jié)果不理想，存在一定的漏檢和誤檢率的情況。大數(shù)據(jù)綜合預(yù)警、多技術(shù)協(xié)同檢測短期內(nèi)可以有效提高安檢水平，但是難以應(yīng)對國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來的人員大量自由流動(dòng)帶來的挑戰(zhàn)。因此研發(fā)多技術(shù)聯(lián)合安檢一體機(jī)，開發(fā)AI自動(dòng)分析研判系統(tǒng)，以及研發(fā)基于高能光源技術(shù)、量子檢測技術(shù)、新材料技術(shù)等新技術(shù)的爆炸物安檢裝備將是未來防爆安檢的主要發(fā)展方向，值得期待。