鐵路新型安防技術(shù)的應(yīng)用

鐵路新型安防技術(shù)的應(yīng)用

0太赫技術(shù)下鐵路安全檢查工作鐵路是中國的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的重要因素。它在國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用。鐵路安檢是鐵路有關(guān)部門為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,預(yù)防各類事故的發(fā)生,而依法對(duì)旅客人身及其攜帶物品和托運(yùn)物品等進(jìn)行的強(qiáng)制性檢查。它對(duì)于保護(hù)公民人身安全和公私財(cái)產(chǎn)安全,維護(hù)鐵路正常運(yùn)輸秩序,確保社會(huì)穩(wěn)定具有十分重要的作用。目前鐵路安檢是以安全門、手持金屬探測(cè)器和X射線安檢儀等儀器檢查為主,輔助以人工檢查。這種傳統(tǒng)的安檢方法在一定程度上能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,對(duì)違法犯罪分子起到一定的震懾作用。但是由于安全門、手持金屬探測(cè)器和X射線安檢儀的性能以及安檢人員技能的局限性,鐵路安檢過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏判和錯(cuò)判的情況,比如無法有效檢測(cè)出人體藏匿的非金屬危險(xiǎn)物品,以及對(duì)鑰匙、手機(jī)等常用物品的錯(cuò)誤報(bào)警。另外,由于鐵路車站的人流量很大,而傳統(tǒng)的安檢方法效率較低,無法滿足當(dāng)今社會(huì)人員快速流動(dòng)的需要。因此,為了提高安檢的準(zhǔn)確性和效率,各種各樣的安檢技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,太赫茲技術(shù)就是其中一種安全、有效的新型安檢技術(shù)。太赫茲安檢技術(shù)不僅對(duì)人體更加安全,而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)被檢對(duì)象的智能化識(shí)別,它對(duì)塑料、紙片、紡織品等材料具有極好的穿透力,可以迅速發(fā)現(xiàn)藏在衣服或箱包中的違禁物品,因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景,甚至有美國物理學(xué)家把太赫茲技術(shù)視為反恐的終極防御手段。1太赫茲波簡介1.1亞闕里亞粒波和遠(yuǎn)紅外射線太赫茲波通常指的是頻率在0.1THz~10THz范圍內(nèi)的電磁輻射(1THz=1012Hz)。從頻率上看,這一波段位于微波和紅外線之間,在不同的研究領(lǐng)域,該段頻率的電磁波又被稱作亞毫米波或遠(yuǎn)紅外射線。太赫茲波段在電磁波譜中的位置如圖1所示。在20世紀(jì)80年代中期以前,由于缺乏有效的太赫茲發(fā)射源和靈敏的探測(cè)器,這一波段的電磁輻射并沒有得到深入的研究,人們對(duì)該波段電磁輻射的了解非常有限,從而形成了科學(xué)家們通常所說的太赫茲空隙(THzGap)。在近二十年中,超快激光技術(shù)和低尺度半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,為太赫茲波段提供了合適的光源和探測(cè)手段,太赫茲波的產(chǎn)生和應(yīng)用才得到了迅速的發(fā)展。1.2太赫波在環(huán)境參數(shù)設(shè)置中的應(yīng)用與其他波段的電磁波相比,太赫茲波具有如下一些基本特性,正是這些特性使得太赫茲波在通信、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)成像、無損檢測(cè)和安全檢查等多個(gè)領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。(1)透視性。太赫茲波對(duì)于很多非極性物質(zhì),如紙箱、塑料、皮革、布料等包裝材料有很強(qiáng)的穿透力,可以對(duì)不透明的物體進(jìn)行透視成像,用于對(duì)已經(jīng)包裝的物品或藏匿物品進(jìn)行質(zhì)檢或安全檢查。由于太赫茲波的波長遠(yuǎn)大于空氣中懸浮灰塵或煙塵的尺度,這些懸浮顆粒對(duì)太赫茲波的散射損耗非常小,因此太赫茲波可以在濃煙或風(fēng)塵環(huán)境中進(jìn)行成像,用于火災(zāi)救護(hù)或復(fù)雜環(huán)境下尋敵等。(2)安全性。太赫茲波的光子能量只有毫電子伏(meV)的數(shù)量級(jí),與X射線千電子伏(keV)的光子能量相比,它不會(huì)引起有害的光致電離,另外,由于水對(duì)太赫茲波有極強(qiáng)的吸收,因此太赫茲波不會(huì)穿透人體的皮膚,對(duì)人體是非常安全的,非常適合于針對(duì)旅客身體的安全檢查。(3)指紋譜性。太赫茲波段包含了豐富的光譜信息,大多數(shù)極性分子和生物大分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷都處于太赫茲波段。根據(jù)這些指紋譜,利用太赫茲光譜成像技術(shù),不僅能夠辨識(shí)物體的形貌,而且能夠鑒別物體的組分,可以有效地排查出毒品和炸藥等違禁物品,用于緝毒和反恐等領(lǐng)域。1.3太赫科學(xué)發(fā)展的背景從20世紀(jì)90年代中期開始,美國、歐盟等國家和地區(qū)對(duì)太赫茲波的科技研究進(jìn)行了大規(guī)模的投入。2005年,日本政府更是把太赫茲科技列為“國家支柱技術(shù)十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首,舉全國之力進(jìn)行研究開發(fā)。2005年11月22日,由科技部、中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委聯(lián)合召開的以“太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展”為主題的第270次學(xué)術(shù)討論會(huì)在北京香山飯店舉行,標(biāo)志著我國太赫茲科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)研究的開始。目前,國內(nèi)已有清華大學(xué)、首都師范大學(xué)等30多家單位從事太赫茲科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的研究工作,并且取得了一些重要成果。2泰茲技術(shù)在鐵路保障中的應(yīng)用2.1太赫2成像技術(shù)鐵路安檢的范圍主要包括槍支彈藥、管制器具、易燃易爆物品、劇毒品、腐蝕品、放射性物品、感染性物質(zhì)等可造成人身傷亡的危險(xiǎn)物品。除了查危防爆以外,毒品也是鐵路安檢的一個(gè)重要目標(biāo)。對(duì)于槍支彈藥、管制器具和起爆裝置等具有形狀特征的違禁物品,可以根據(jù)形狀信息加以識(shí)別;而對(duì)于炸藥、毒品和生化戰(zhàn)劑等沒有固定形狀的違禁物品,則需要鑒別出物質(zhì)的成分或種類。太赫茲安檢技術(shù)是包含了太赫茲成像技術(shù)和光譜技術(shù)這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的綜合應(yīng)用,能夠滿足上述兩方面的需求。與其他成像信號(hào)源(如X射線、電子束、超聲波等)相比,太赫茲波可以穿透大多數(shù)非極性的電介質(zhì),因此可以作為一種光源對(duì)物體進(jìn)行成像。太赫茲成像技術(shù)的原理是,太赫茲波由聚焦元件聚焦到物品的某一點(diǎn)上,從該點(diǎn)透射或反射的太赫茲波被收集聚焦到探測(cè)元件上,探測(cè)元件把含有位置信息的太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再經(jīng)過圖像處理后就形成了該物品的太赫茲像。由于不同的物質(zhì)在太赫茲波段都有其特定的光譜特征,因此可以利用太赫茲光譜技術(shù)將它們辨認(rèn)出來。太赫茲光譜技術(shù)就是利用不同物質(zhì)對(duì)太赫茲波段的不同特征吸收譜來分析研究物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及其相互作用關(guān)系的一種技術(shù)。將太赫茲波成像技術(shù)和太赫茲波的光譜分辨本領(lǐng)相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)太赫茲波的光譜成像。在太赫茲光譜成像中,不但可以顯示出被檢測(cè)物體的形狀,還能夠根據(jù)其光譜特性鑒別被檢測(cè)物體的組分。2.2太赫波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用X射線安檢儀是鐵路安檢中廣泛使用的設(shè)備,然而,由于X射線對(duì)人體健康會(huì)有一定程度的影響,因此,X射線安檢儀只能用于對(duì)箱包行李的檢查,而不能用于對(duì)旅客的普遍檢查。安全門和手持金屬探測(cè)器主要用于對(duì)旅客的人身檢查,其具有對(duì)金屬物品敏感的特點(diǎn),可以發(fā)現(xiàn)旅客隨身攜帶的槍支、刀具等金屬危險(xiǎn)物品。但是,現(xiàn)在很多非金屬材料也具有很高的硬度,如果這些非金屬材料被做成兇器,那么安全門和手持金屬探測(cè)器就無能為力了。太赫茲波由于其透視性和安全性,既可以用于對(duì)箱包行李的安全檢查,又可以用于對(duì)普通旅客的安全檢查。在對(duì)箱包行李進(jìn)行安檢時(shí),和X射線安檢儀類似,可以采用太赫茲波透射成像的方式。在對(duì)旅客進(jìn)行安檢時(shí),太赫茲波能夠穿透一般的衣物,不能透過旅客的身體,只能探測(cè)旅客身體反射回來的太赫茲波對(duì)人體進(jìn)行成像,從而發(fā)現(xiàn)隱藏于衣服下面的違禁物品。由于太赫茲安檢儀可以對(duì)旅客進(jìn)行全身成像檢查,減少了手檢的步驟,因此提高了安檢的效率。大多數(shù)有機(jī)大分子(包括炸藥和毒品等)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)譜處于太赫茲波段,因此,利用它們各自的光譜特征進(jìn)行成像,就可以從相應(yīng)的太赫茲像中將不同的違禁物品(如陶瓷手槍、塑膠炸彈、毒品等)區(qū)分出來,而這是常規(guī)的安檢方法很難有效探測(cè)出來的。此外,利用太赫茲波譜還可以對(duì)遠(yuǎn)距離的毒氣戰(zhàn)劑(如沙林毒氣)和生物戰(zhàn)劑(如炭疽)進(jìn)行有效感測(cè)。目前,在公安部門的支持與配合下,首都師范大學(xué)已經(jīng)建立了常見毒品、爆炸物和生物大分子的太赫茲譜庫,便于利用太赫茲技術(shù)對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。由于太赫茲波在空氣中可以進(jìn)行中遠(yuǎn)距離(100m以上)的傳播,所以太赫茲波可以用于對(duì)危險(xiǎn)物品的站開檢測(cè),即它可以使檢測(cè)者位于安全距離以外來檢測(cè)危險(xiǎn)物品,這對(duì)保證檢測(cè)者的人身安全是非常重要的。因此,太赫茲安檢技術(shù)可以在鐵路車站等地對(duì)炸藥、武器、毒品等違禁物品實(shí)施遠(yuǎn)距離、大范圍的預(yù)警。2.3太赫儀的實(shí)用和規(guī)范化操作有待進(jìn)一步完善與X射線安檢儀和金屬探測(cè)器相比,太赫茲安檢技術(shù)的確具有一定的優(yōu)勢(shì),但是在應(yīng)用上也存在著一定的局限。首先,太赫茲波無法穿透金屬材料,如果有人在常見的金屬容器里面放入違禁物品的話,只靠太赫茲安檢儀是沒有辦法發(fā)現(xiàn)的,所以X射線安檢儀和人工檢查還是不可缺少的。其次,由于極性液體(如水)中分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)太赫茲波有很強(qiáng)的吸收,所以太赫茲波不能穿透人體。如果有人在身體內(nèi)部藏有毒品或者危險(xiǎn)物品的話,太赫茲安檢儀就無法識(shí)別了,恐怕還得借助于人體藏毒檢查儀等設(shè)備做進(jìn)一步的檢查了。最近幾年,太赫茲技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,但是還不夠成熟,特別是在實(shí)用方面還有待進(jìn)一步的完善。在國內(nèi),可用于安檢領(lǐng)域的便攜式太赫茲光譜儀樣機(jī)已經(jīng)研制成功。不過,太赫茲安檢儀要真正商品化,還有很多工作要做。比如,要在車站等地對(duì)旅客和行李進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大范圍的安檢,還要克服空氣中水分子對(duì)太赫茲波的吸收和復(fù)雜環(huán)境的影響等。另外,炸藥和毒品的種類很多,其成分和配方也在不斷變化,所以要不斷加強(qiáng)對(duì)炸藥和毒品等違禁品的光譜研究,完善相應(yīng)的太赫茲譜庫。當(dāng)然,降低儀器成本,提高儀器性能等都是需要考慮的現(xiàn)實(shí)因素。3刑罰性檢驗(yàn)法太赫茲技術(shù)作為一門新興的前沿學(xué)科,為鐵路安檢提供了一種