安检设备中多信息融合技术的数据重构

安检设备中多信息融合技术的数据重构

宋云峰

宋云峰SONGYun-feng

（海城市运输车辆管理处，海城114200）

（HaichengTransportVehicleManagement，Haicheng114200，China）

摘要：随着网络购物迅猛发展，人与人之间的物品交流越来越频繁。由于一些人自觉或不自觉地在包裹中参杂一些违禁品，如果发生漏检或错检，将对人民安全和国家安全造成威胁。本论文主要研究安检设备中X射线检测信息和电子鼻气（液）体检测信息对同一个检测对象的特征识别。设计电子鼻气（液）体检测系统，通过大量的实验，设定响应信号基础强度为80mv为预警值对危险性气液体报警。利用建立的信息融合系统对五种不同的包裹进行检测，对其有无危险品进行判断。

Abstract:Withtherapiddevelopmentofonlineshopping,thegoodsexchangeamongpeoplebecomesmorefrequent.Sincesomepeopleconsciouslyorunconsciouslymixedsomecontrabandinthepackage,ifundetectedordetectedwrongly,itwillposeathreattopeople'ssecurityandnationalsecurity.ThisthesismainlystudiestherecognitionofthefeatureofthesamedetectionobjectbyX-rayinformationandelectronicnosegas(liquid)informationinsecuritycheckequipment.Inthedesignoftheelectronicnosegas(liquid)detectionsystem,throughalargenumberofexperiments,itsetsthe80mvvalueofthebasicstrengthofresponsesignalasthewarningalarmvalueforhazardousgasandliquidswarning.Thispaperusestheinformationfusionsystemestablishedforthedetectionoffivedifferentpackagestojudgethepresenceorabsenceofdangerousgoods.

关键词：X射线检测；气体传感器；液体检测；电子鼻；信息融合

Keywords:X-rayinspection；gassensor；liquiddetection；electronicnose；informationfusion

中图分类号：TP393.0文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）20-0199-03

1课题背景

随着物流行业的高速发展，快递市场被物流企业越做越大。在市场经济体制下，能够提供快速可靠快递服务的企业就会受到客户的青睐。然而，由于国内外形势的不断变化，特别是从2001年9月11日发生恐怖袭击事件以来，快递安全性成为中国的突出问题。根据快递业的特点，应对包裹是否含有爆炸品、易燃气体、毒害品和放射性物质进行重点检查。基于以上问题，本论文提出气体传感器与X射线安检仪相结合的液体检测方法。

电子鼻测试系统的框图（如图1），整个系统包括测试箱体、传感器阵列（PID气体传感器）、轴流风机、微型气泵、单片机测试电路（加热电路、采集电路、A/D转换板、微机接口）、数据采集卡（北京阿尔派公司的PCI8008H）、直流稳压电源和计算机。

2实验数据采集

2.1电子鼻危险气体预警值的建立首先利用乙醇对电子鼻进行一些初步实验。为了增强电子鼻探头的敏感性，实验过程中对传感器探头从工艺上做了一些改进：通过资料查询得知传感器探头的外壳只影响其寿命，为了进行对比实验，将其外壳破坏掉。

在一定的风速下，用烧杯装150ml的乙醇液体，改变电子鼻与瓶的水平距离，表1列出了随电子鼻探头与乙醇的距离变化的响应时间与量化浓度（模拟输出电压）的值。从表1中数据可得出，改进的电子鼻探头响应时间比普通的电子鼻的响应时间提高近1秒。当距离达到一定程度时，电子鼻基本没有响应（可以看成响应时间无穷大）。因此在以后的实验中，采用的就是这种去掉探头外壳的电子鼻。为了能够得到该电子鼻最快的响应时间，我们对其进行了针管实验。即用一个容积为25ml的医用注射器，抽取10ml的乙醇液体，然后将其注射到电子鼻探头处。表2列出了两种电子鼻的响应时间与量化浓度的关系。

综合以上实验分析，证明了搭建的系统能够在规定的时间里完成数据的采集。电子鼻的响应时间及量化浓度值与危险品的距离和气流运动情况有关。电子鼻检测到的响应时间分两部分：

淤气体挥发到达电子鼻的时间。气体的挥发性与风速、压强、温度特别是密封状态有关。

于电子鼻探头接触气体后反应所需时间。当气体分子自上而下由敏感膜上未覆盖电极部分表面向敏感膜内部进行扩散，直到底部，这期间伴随着与相关物质作用，进入敏感膜内部多余的未生成弱合物化学作用的气体分子在覆盖电极部分左右两边扩散，这一过程耗时很短。

电子鼻第二部分的响应和恢复时间是材料固有特性，实验中无法解决。但是第一部分的时间可以通过气流的输送来缩短。

将丙酮、乙醇、煤油、盐酸等实验数据分别输入Mathematica中，剔除实验过程中的粗大误差，进行多项式拟合，可以分别得到图2至图5的拟合响应曲线。其响应时间与量化浓度值之间的数学模型分别为：

从图中可以看出，没有丙酮、乙醇、煤油气体存在时，量化浓度值（电压值）均在65mv-70mv之间波动。当存在丙酮气体时，曲线开始上升达到最大值，停留一小段时间又开始下降，最后达到初始状态。在本检测系统中，如果系统等量化浓度值达到最大值或稳定值时才算作响应时间，这将会造成延时，这对于本系统的研发是毫无意义的。因此软件设计中考虑环境因素，设置报警阈值为80mv，即超过80mv就认为有危险气体存在。

2.2包裹实验本实验材料有乙醇、丙酮、水、可乐各500ml，试剂瓶2个，易拉罐（铝）1个，矿泉水瓶1个，洗面奶一个，包装盒若干。五次实验分别如图6至图10。在获得X射线图像的同时也获得包裹的气体响应曲线，为方便处理，只提取响应曲线的最大值列于表3。

3实验数据处理

从文献[2]中，可以知道日常生活中可燃液体的包装为试剂瓶、饮料瓶以及易拉罐。因此将表1与X射线检测图像信息相结合，可以推断出：1号包裹、2号包裹为安全包裹，3号包裹、4号包裹和5号包裹为危险包裹。由于3号包裹里只含有一个危险品，因此可以轻易的找出危险品，而4号和5号包裹中含有多个瓶状物无法确定危险品的位置，因此还需要进行灰度比较。

根据表4，编写如图11流程算法。

4结论

淤建立了电子鼻检测系统，并对丙酮、煤油、乙醇和盐酸进行实验；于根据4种液体的气体响应变化规律，确定80mv为危险液体响应值；盂利用X射线检测信息和电子鼻响应值对含有丙酮、乙醇的包裹进行了判别，其结果正确。本文依据判断分析表建立了危险包裹判断算法，这是对包裹检测的尝试，但是危险气液体的种类很多，并且危险品灰度数据库也极其庞大，如果要利用此算法还有很多后续工作。但此种检测方法对于以后安检设备的发展提供了参考价值。

参考文献：

[1]王潇.多信息高性能安检设备研究[D].沈阳,东北大学,2005.

[2]原培新等.民用安检技术与设备[J].中国道路运输，2007(5)：50-53.

[3]李建平.微结构气敏传感器与电子鼻研究[D].中国科学院电子学研究所，2000.

[4]王磊,曲建岭,杨建华等.发展中的电子鼻技术[J].测控技术，1999，18(5)：8-10.

[5]金鹏迪.邮件多信息在线检测实时处理系统研究与应用[D].沈阳：东北大学，2011.

[6]李海庆.多信息融合安全检测技术研究[D].沈阳，东北大学，2008.

[7]JulianW.Gardner,PhilipN.Bartlett,performancedefinitionandstandardizationofelectronicnoses[J],SensorsandAccratorsB,1996(33):60-67.

[8]H.V.Shurmer.BasicLimitationsforanelectronicnose[J],SensorsandActuatorsB,2000(1):48-53.