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我国防爆安检产业现状及太赫兹技术在防爆安检中的应用

发布日期:2013-05-12  来源:中国防爆设备网  浏览次数:3200【字号:
      当前,业内企业对标准化的重视程度逐步提高,积极参与标准制修订工作。但是,在管理、技术、产品和标准化等方面还存在一些亟待解决的问题。一是在管理方面,目前各行业自成一套管理体系,缺乏归口,导致对整个行业缺乏长远规划和引导;二是在技术方面,尽管国内已经掌握了多种防爆技术,并且部分常规技术在实践中已得到广泛应用,但与国际先进技术还存在着差距,尤其是在高端技术的研发方面缺乏创新能力;三是在产品方面,常规产品已经逐步普及,高新技术产品也逐步得到了应用,但产品的种类不多,性能还需提高,服务市场需要拓展;四是在标准化方面,在相关政府部门的主导和企业的积极参与下,标准制修订不断加快,但尚未形成体系,滞后于市场和应用的需求,产品合格评定工作尚处于起步阶段。
    一、管理方面
    1.行业监管已分别起步,但缺乏归口与协调防爆行业涉及到研发、生产、评价、销售、使用等多个环节,就用户方而言也涉及到治安、边防、民航、铁道、公路等多个部门,这些部门一般只对各自管辖的领域进行管理,分别制定了一些规章制度和规划,初步形成了实施行业监管的态势。但由此带来了政出多门,缺乏归口管理的问题,各部门之间缺乏协调,导致缺乏对整个行业的长远的规划,一些制度法规的制定也缺乏牵头部门,这些在一定程度上制约了防爆行业的发展。
    2.相关法规已初步形成,但尚不够健全防爆相关法规已初步形成,随着近年来国内大型活动的举办,一些新的防爆法规正在逐步建立并颁布实施,如国务院《大型群众性活动安全管理条例》、《北京市大型社会活动安全管理条例》、《中国民用航空安全检查规则》等。这些法规对于我国防爆行业的发展起到了重要的规范和引导作用。这些法规还主要侧重于应用管理层面,对于防爆技术和产品还缺少相关技术性法规,政府对防爆行业发展的指导性规章尚不健全,特别是缺乏产品技术标准和市场准入规范。国内对防爆行业企业尚无明确的从业资质要求,对于防爆安检产品通常只要有用户认可就能应用。这些问题都不利于防爆企业对产品研发方向的把握,造成企业对产品的研发投入产生犹豫,不利于产品技术创新发展和应用规范。
    3.行业市场与发展已初具规模,但需加大引导和扶持力度。我国较大规模并系统的开展防爆安检工作始于民用航空的机场安全检查。随着国际反恐形势的发展以及我国举办奥运会期间安保需求的增加,在大型活动场所和重要交通地段都开展并实施安全检查工作,逐步为广大群众认识并接受。目前,国内大型活动的安保工作已广泛使用一些国产的常规防爆产品,国内产品的市场占有率逐步增加,但产品种类和性能方面还有待提高。近年来,进入防爆行业的中小型企业逐渐增多,已发展成为国有、民营、外资等类型企业共存竞争的局面。
    二、技术方面
    1.常规技术的应用已占主流,但需要进一步攻克技术难点。常规防爆探测技术主要包括:生物探测、双/单能X射线成像、光学成像、金属探测、谐波探测等技术。其中,X射线、金属探测技术成为目前应用最广泛的防爆探测技术,其相关产品在机场、码头、大型活动等场所被大量使用,对探测爆炸物和引爆装置起到了不可低估的作用。常规的防护和处置技术包括防(排)爆服、防爆罐/毯和排爆机器人等,相关产品也得到了广泛应用。但常用技术还存在一些明显的局限性,还不能完全满足用户需求。作为防爆探测设备的使用者,最关心的是该设备用于探测爆炸物为目的的有效性和安全性。从逻辑上说,爆炸物探测最核心的指标:一是漏报率为零,误报率在可接受的范围内;二是检查速度能满足使用场合要求;三是对被检测对象和操作人员所造成的伤害程度以及给环境带来的影响,应有相关标准予以规范。因此随着技术的发展和应用的变化,尽快制定相应的国家标准或行业标准势在必行。综上所述,一方面需要不断地总结常规技术的应用经验,且持续改进提高产品质量;另一方面特别是针对探测器材的漏报率和误报率方面的技术难点,努力科研攻关,提高现有技术水平,形成多技术的互补和综合应用。
    2.国内已掌握多种技术,但与国际先进水平存在差距。国内基本掌握了国际上已有的防爆技术,这有利于产品的国产化,降低产品价格,扩大产品应用范围。但是,这些产品的个别性能指标比国际先进水平略低,一些核心器件还依赖进口。目前国际上新出现的,如毫米波、太赫兹等具有远距离探测功能的技术,国内尚在研究阶段。
    3.国内企业有创新研发的积极性,但对高端技术研发能力不足国内防爆企业正在从以代理国外产品为主向自主研发转型,一些规模较大的企业,近年来积极投入自主研发,已研制出一批贴近实战需求的新装备。大多数企业对一些新的高端技术研发实力不足,主要原因是这些技术牵涉到的学科门类多,技术难度大,研发周期长,所需投入高。综上所述,国内对防爆技术的研发与国外的差距主要表现在对高新技术的攻关能力方面,特别是远距离快速探测类技术,包括太赫兹成像、毫米波成像、激光拉曼等,它们都能远距离探测,且探测速度快,有可能识别物质种类。
    三、产品方面
    项目组在综合调研中归纳出的防爆产品共有三大门类四十余种。从应用情况看,国内最常用产品主要为X射线探测、金属探测、防爆罐/防爆毯等;在近几年开始得到应用的是排爆机器人、炸药探测仪等;新产品如激光拉曼炸药探测仪、X射线背散安检设备等,只在少数场合得到应用。
    1.国内产品能基本满足市场需求,但种类还需多样、性能还需提高经过近年来的发展,防爆所需的常规产品大都能实现国产化,一些产品的性能和质量均已能与进口产品媲美。加之进口产品过于昂贵,在国内大型活动中采购国产化设备越来越多,对国产化产品的认可度逐步提高。同时也应看到,防爆一线对产品种类和产品性能的要求越来越高,国内研制常规防爆产品的企业虽然比较多,但其产品主要集中在金属探测和X射线探测类,其他类别产品的研制相对较少;产品在漏报率及误报率等方面性能还需提高。
    2.新技术产品已得到应用,但需与常规技术产品协调发展除常规的X射线、金属探测类技术产品被广泛使用外,一些新技术产品也逐渐投入应用,与常规技术产品的应用形成了多技术产品的互补、融合,促进共同发展的局面,这是近年来的产品发展趋势。炸药探测设备等一些新技术产品在大型活动和公共场所中逐渐得到应用,作为一种有效的安检手段,在实际应用中取得了一定的效果。尽管这些新的防爆技术与产品不断推出,但常规产品的作用仍不能被轻视,因此既要不断完善和改进常规产品,又要不断研发高新技术产品,使两者能相互配合,为防爆一线提供有效的技术支撑与保障。
    3.产品供需市场已初具规模,但服务市场尚需拓展。通过近年来的发展,国内防爆产品的研发生产企业已有50余家,还有上百家代理营销企业,已初步形成了一个特有的行业,业内竞争日趋激烈。另一方面,越来越多的大型活动和公共场所都配置了防爆产品,已经形成了一定规模的供需格局。目前,研、产、销、售后服务一体化的经营模式在业内还是主流,市场细分的运作模式还没有形成,市场营销模式还相对单一,基本以政府采购殴郝蛭鳎宰饬薹绞降挠J礁崭招纬桑ㄒ凳酆蠓裆形锤戏⒄沟男枰哂幸欢ǖ氖谐】占洌Σ扇∫欢ǖ牡枷蛘撸龀肿饬蕖培训、维护等服务市场的发展。
    四、标准化方面
    近年来标准化工作在防爆行业内逐步得到重视,标准制修订速度加快,与贯彻标准相关的合格评定工作已经逐步展开,但相对于新技术、新产品的不断推出,相应的产品标准的制修订滞后;管理和服务的相关标准的制订尚未起步,防爆行业的标准化体系正在构建之中。
    1.国内标准化工作已开展,但尚未形成体系目前公安系统的相关标准化技术委员会已制定了主要涉及X射线检查、金属探测器、防爆毯等十几个防爆标准。此外,中国民航总局也制定了几个民用航空防爆安检的相关技术规范和标准。但相对于近年来逐步推出的防爆产品,相应的标准制修订工作尚不能满足规范产品研发、应用的需要,特别是涉及防爆技术与产品的基础类、通用类标准的制修订工作正处于起步阶段,因此现已发布实施的防爆类技术标准还不足以构成完整的标准体系。
    2.标准制修订工作已有突破,但需急用先立近年来,国内制修订标准的速度加快,企业参与标准制定的积极性明显提高。一批新标准正在立项或报批中,如《基于离子迁移原理的痕量毒品/爆炸物检查仪》、《X射线透视人体藏物(毒)检查设备通用规范》标准于2007年在公安部立项,目前已完成送审稿;此外《爆炸物销毁器技术条件》已于2007年修订,修订稿已报批,新近立项的还有《货运(大通道)X射线安全检查设备技术要求》等标准。
    总的看,防爆技术标准的制修订工作已经开始突破被动的局面,呈现较好的发展势头。但面对防爆行业的标准化资源与发展需求的矛盾,应当加强调研与识别,对急用的标准,应采取“急用先立,急用先订,急用先推”的办法;把有限的资源集中使用在急需的标准项目上。如搜排爆服、频率干扰仪、车底视频检查仪、内窥镜等产品,在大型活动中得到广泛应用,甚至成为大型活动安保的必备装备,但还没有相关标准来评价产品和监控质量。
    此外,一些产品标准的标龄超期,已经出现明显的不适宜,急需修订。与贯彻标准相关合格评定工作已启动,但需要更新观念并加快步伐。目前,用户方和管理方都逐步重视产品的评价,一些产品的合格评定工作已经开展。但由于相关法规、标准不够健全,特别是上述关键性性能指标的国家标准和行业标准尚未制订,因此产品评价大多为依据企标或企业提供的技术文件进行委托检测,且检测项目的实施也受到企业委托权限的限定,很难保证检测结果的科学性、权威性。另外,公安系统的检验实验室对防爆产品的检验能力亟待提高,特别是缺少对防爆探测仪器检测所使用的标准物质,这是制约检验能力提高的瓶颈。建立样品了一种脉冲式THz成像仪QA-1000,由于采用了脉冲源,可以同时得到THz辐射与物体相互作用的光谱信息,具有物质鉴别能力,当然该系统的光学复杂度较大,扫描速度需要进一步提高。近年来,采用其它连续式THz光源的系统也相继出现,如A.Dobroiu等人选择返波管(BWO),由于BWO的输出波束具有较高的质量和功率,图像的分辨率和信噪比相应提高。
    最近,量子级联激光器(QCL)和自由电子激光器(FEL)与焦平面阵列探测器联合实现实时成像的THz系统也被提出。但是,BWO和FEL这两种辐射源均比较笨重,QCL需要在低温环境下工作,这些因素将限制它们的应用范围。为了检测无特定形状的违禁品,必须依据该类物质自有的物理或化学特性,比如双能X射线成像技术根据有效原子序数和电子密度来鉴别是否存在可疑物质,但对于种类繁多的有机物,仅通过上述两个物理量仍无法实现准确鉴别,更有效的方法应该具有在分子水平识别物质的能力。由于THz光谱为分子的构象提供了唯一的标识信息(指纹谱),很多研究人员通过实验和理论模拟探索了根据THz光谱检测违禁品的可行性,证实了常见爆炸物和毒品在THz波段有特征吸收。
    炸药及其相关材料的THz光谱特性从2003年开始已有陆续的报道,最近Chen等应用THz时域谱分析(THz-TDS)技术测量了17种常见爆炸物在THz范围内的光谱特征,对于构建该类材料的光谱数据库具有重要的参考价值。在毒品检测方面,Davies在文献综述了可卡因、海洛因、吗啡和苯丙胺类毒品的THz光谱分析,指出它们中的绝大多数都存在特征吸收。此外,由于常规材料(如衣物、塑料、纸张等)对于THz辐射几乎是透明的,而且光谱没有特征,即使爆炸物和毒品被隐藏起来,它们的光谱特征也同样会呈现出来在测量光谱的基础上进行成像就形成了THz谱成像技术,由前述讨论可知,这种成像技术具有识别物质的本领。能够获得THz光谱的典型方法是采用脉冲式THz辐射源,通常由飞秒激光脉冲激发光导天线或者电光晶体产生THz脉冲。目前的实验成像系统通常以逐点扫描的方式获取样品在二维平面(x-y)内每个栅格点处的数据,即测量样品各点的透射THz脉冲时域波形,经过傅立叶变换得到THz脉冲的频谱。图像的构建可以通过波形的时域信息来完成,比如脉冲幅度、时间延迟等,也可利用频域信息,如频谱在特定频率处的幅度及相位等,还可利用提取的物理参数,例如折射率、吸收系数、介电常数等。相比传统的X射线检测方法而言,THz成像能够获得待测样品各个点的THz波段光谱,可利用的信息量或者说用来识别的特征的数量大增,因而识别能力大大提高。
    五、实用化THz检测装置研制面临的难点
    THz辐射用于安全和反恐方面的研究尚处于实验室的阶段,将这一技术真正应用于实践主要面临如下几方面的挑战:
    1.现有实验装置采用的宽频带脉冲式THz辐射源的功率较低,这将限制THz辐射对待检物体的穿透性。例如,在我们的透射式THz-TDS实验中,爆炸物样品的厚度都很小(1-2mm),这正是考虑了穿透性的因素。为了避免无法穿透的情况,在实际应用中可以采取反射方式测量,但过厚的遮挡层也会对THz辐射造成较大的衰减,因此更为有效的解决途径是使用功率更高的辐射源。
    2.THz谱成像技术的检测速度还有待进一步提高。目前所采用逐点扫描成像方式,大大限制了成像速度。缩短成像时间的解决办法有利用大面积电光晶体与CCD相机实现实时成像。
    3.周围环境的干扰会对THz辐射带来影响,其中一个主要因素是空气中水蒸气的吸收。在实验室内部降低水蒸气含量的办法通常是对实验系统充以干燥的氮气,这在实际应用中是不现实的。由于分子转动能级的跃迁,水蒸气只对某些特定频率的THz辐射存在吸收,所以一种解决方法是只利用通带内的信号,但有效信号的减少势必引起检测灵敏度的降低;对于光谱振荡现象,则可以采用相应的滤波算法做初步处理,但算法的性能还需提高。
    4.太赫兹发射与接收系统还需要向集成化、小型化和低成本的方向发展。
    5.对于可疑物品被金属遮挡的情况,THz成像则无能为力,这时需要联合其它的检测技术,如金属探测器或者毫米波成像。面对安检和反恐的迫切性,国际上相关领域正在积极地开展研究以解决这些问题,并不断取得新的进展。可以预见,随着技术的进一步完善,THz谱成像技术将成为安检领域技术发展与设备创新的生力军。实践证明,在安检领域没有一种技术方法是万能的,针对不同的检查目的和应用场合应该选用不同的方法,或者联合使用几种方法。将THz技术与现有安检技术相结合是一种有效的解决方案,例如利用X射线与THz辐射联合检测,能够实现两者在检测速度和物质识别能力之间的优势互补。(来源:互联网)
 
 
 
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