X射线技术在地铁安检中的应用研究.pdf

56|PEOPLES TRANSPORTATION管理|Management交通行业安检特点我国公共交通出行的主要途径有机场、高铁和地铁，在不同的交通方式和环境下，其安全需求和旅客流量存在差异，所以需要采取不同的安检要求、程序、设备及流程，以确保交通工具和旅客的安全。安检对象机场安检主要针对乘坐航班的实名旅客、行李及随身物品，高铁安检主要针对乘坐高铁列车的实名旅客及其行李，地铁安检主要针对乘坐地铁的乘客和行李。安检要求和程序机场安检要求严格，通常包括人身和行李两个方面的检查，对行李和旅客都要进行全面的安全检查，并且不允许携带液体过检。高铁安检要求相对简单，主要针对旅客和行李进行快速检查，重点关注违禁物品。地铁安检要求也相对简单并注重效率，对乘客和行李进行快速检查，由于允许携带液体，一般要求逢液必检。安检设备和工具机场安检使用大型的安检设备，如行李X光机、人体X射线技术在地铁安检中的应用研究近年来，国家相关部门发布的一系列文件，如 关于保障城市轨道交通安全运行的意见 中华人民共和国交通运输部令 全国公安机关社会治安防控体系建设指南 均对地铁安检工作提出了明确的要求，指出了“鼓励推广应用智能、快速的安检新技术、新产品，逐步建立与城市轨道交通客流特点相适应的安检新模式”等发展方向，目的是要创建新型智慧城市、安全城市，在进一步满足人民美好生活需要同时，确保城市轨道交通良好、稳定发展。本文以地铁智慧安检采用的X射线技术以及其延伸应用为样本，对当前业内主流应用和创新进行了分析和总结。文/邓一帆安检门、爆炸物检测仪等，这些设备能够检查大量行李和旅客，具备较高的安检准确性。高铁安检通常常用采用大型X光机、人体安检门、手持式金属探测器等，这些工具便于安检人员快速进行检查，同样具备较高的安检准确性。地铁安检使用大型或中型的X光机设备，配合手持式金属探测器、液体探测仪等，这些设备能够快速检查乘客和行李。安检环境和流程机场安检设置在航站楼内的集中安检区域进行，旅客需要进入专门的安检通道，所有行李和随身物品提前开包，经过安检程序后才能登机。高铁安检通常在车站的安检口岸进行，旅客需要在进站前经过安检，确保乘车前没有违禁物品，若行李存疑则会开包检查。地铁安检通常在地铁站的进站口进行，乘客需要在进闸前完成安检，违禁物品和液体是重点检查对象，根据当地要求决定是否开包复核，以保障地铁系统的安全。地铁场景安检需求根据对比分析，在安检要求和程序方面，机场安检 PEOPLES TRANSPORTATION|572023 年 第 18 期 要求严格全面，高铁安检要求快速简单，地铁安检要求简单而高效。机场和高铁由于采取固定区域集中安检，可根据客流强度灵活调整安检口和设备数量，同时安检口前一般设有等候排位区域，可进一步控制安检流量。而在地铁场景下，不具备前两者的安检空间及客流管控条件，并对通行效率有较高要求。另一方面，由于地铁线网车站数量多，且根据车站布局按出入口设置安检点，所以地铁往往需要大量安检设备和安检员。国内地铁发展迅速，随着地铁线网的扩张和客流的增长，安检压力与日俱增，传统的安检技术、设备和处置方式无法满足发展的需要。因此，关于地铁安检还需充分剖析自身需求，深挖安检技术潜力，针对性地开展设计、应用和创新。X射线技术是目前公共交通场景主流的安检方法，从该技术及设备本身寻求突破是解决问题的一条路径。不过，在应用该技术的同时，也应结合系统设计、多技术融合、模式和管理优化等方面进行创新，进一步拓宽地铁安检良性发展的道路。具体有以下几个方面：方向内容解决的需求技术升级多射线技术解决准确性问题，提供更多基础数据系统设计网络化设计提升整体稳定性，兼容性，建设和管理成本降低技术融合AI 智能判图提高准确性、效率，降低人力需求；解决液体检测问题模式创新集中判图提高判图速度，提升通行效率X射线技术原理X射线是比可见光波长还要短的一种电磁辐射，具有强大穿透能力，可穿透大部分常见物质。X射线技术就是利用X射线的特性，即高能量电磁辐射，来穿透物体并形成影像。X射线成像原理在安检中，X射线设备一般采用双能级X射线系统，包括低能量和高能量两种射线。1.低能量X射线：低能量X射线主要用于检测有机物质，如爆炸物、毒品等。这些物质在X射线照射下会产生特定的衰减和散射，形成在影像中可识别的特征。2.高能量X射线：高能量X射线主要用于检测金属和其他高密度物质。金属物品对X射线的吸收能力较强，因此在影像中会呈现出明显的高密度区域。X射线设备通常包括一个X射线源和一个探测器。X射线源会向被检查的物体发射X射线，而探测器会接收经过物体后的射线并转化为电信号。电信号经过处理后，将形成一个影像，显示物体内部的结构和特征。图 1 透视扫描图双能材料识别技术双能材料识别技术，可同时获取被检物品的高能衰减系数、低能衰减系数和有效原子序数等多维信息，并综合利用多种信息对物质进行准确识别。可实现对违禁品最有效的探测，同时拥有极低的误报率。采用双能材料识别技术，可获得更为准确的物质材料信息，并可对不同材质的物品赋予不同颜色，以协助安检人员进行物质识别。根据材料信息可把被检物品分为有机物、无机物和混合物（或轻金属）三个类别，并在图像上分别用橙色、蓝色和绿色表示。典型物质类别及颜色定义如表 1 所示：表 1 双能图像颜色与物质对应表多视角成像技术采用多个视角同时获取包裹图像，能够有效避免由于某一个角度的遮挡、重叠造成的读图困难。通过对比不同视角图像效果，能够有效提高包裹内容的识别率。由下图可见，在其中一个视角中重叠的包裹可能在另外一个视角有很好的分离度，从而帮助操作员清晰分58|PEOPLES TRANSPORTATION管理|Management辨包裹内容。图 2 多角度成像示例图X射线技术延伸应用X射线技术是整个安检流程的初始输入环节，在决定安检质量的基准。然而，高质量的发展更应多角度、多维度去看待问题，解决问题。对于地铁安检来说，有几个方向的延伸应用值得探讨。网络化设计地铁安检网络化设计是指在地铁系统中应用网络化技术和智能化设备，对安全检查过程进行优化和整合的设计方案。传统上，地铁安检通常是通过人工进行，包括安检员对乘客进行手工检查和物品扫描。然而，随着科技的不断进步，地铁安检逐渐引入了网络化设计的概念，以提高安检效率和安全性。地铁安检网络化设计的核心是利用网络连接和信息技术来实现以下目标：智能化检测设备：引入高效的安检设备，如X射线行李检查机、金属探测门等，通过智能化技术实现对乘客和行李的快速检查。这些设备可以自动识别潜在的安全威胁物品，减少了对人工操作员的依赖，提高了安检效率。数据整合和分析：将安检设备产生的数据进行整合和分析，实现对安检过程的监控和管理。通过网络化设计，可以将多个安检设备连接到一个中央控制中心，实现对整个地铁站点的安检情况进行实时监控和数据分析。这样的设计可以提供更准确的安检数据，帮助安检人员及时发现和应对潜在的安全威胁。预警和应急响应：利用网络化设计，可以实现对安检系统的实时监测和预警功能。当系统检测到异常或潜在的安全威胁时，可以立即触发预警并通知相关人员进行应急响应。这有助于加强地铁安全管理，及时处理安全事件，保障乘客的安全。数据共享与联动：通过网络化设计，地铁安检系统可以与其他相关系统进行数据共享和联动。例如，可以将安检数据与地铁运营系统进行关联，实现对乘客流量和安检效率的动态调整。同时，也可以与公安等执法部门的系统进行联动，实现安检数据的共享和协同作战，提高地铁安全管理水平。AI智能判图地铁安检使用的X光机设备存在多种厂家品牌，导致管理和使用方面存在一些不足。这包括技术标准和算法的差异，操作界面复杂，维护和保养难度大，数据共享和集成困难，以及安全更新滞后的问题。这些不足导致安检结果不一致，操作风险增加，维修和维护复杂，数据共享受限，安全性可能存在隐患。而采用AI智能算法进行安检智能判图可以有效解决这些问题。统一化处理：AI算法可以将来自不同品牌X光机设备的数据进行统一化处理，使得不同设备产生的图像数据在算法层面上具有一致性。这有助于提高数据的可比性和一致性，减少因设备差异而引起的不一致问题。提升算法性能：通过对多品牌数据进行训练和优化，AI算法可以获得更广泛的数据特征和更全面的识别能力。这可以提升算法的性能，使其能够更准确地判断和识别各种不同品牌设备产生的图像数据中的物体和潜在威胁。减少人为干预：采用AI算法对各品牌数据进行兼容和统一处理可以减少人为因素的干预。相比于依赖操作员对不同设备进行手动调整和判断，AI算法可以自动化地处理数据，减少人为错误和主观判断的影响。管理和维护简化：使用统一的AI算法处理不同品牌设备的数据，可以简化管理和维护流程。这样只需维护和更新一个统一的算法系统，而不需要为每个品牌设备分别管理和维护不同的处理软件或算法。数据共享和集成优势：统一处理不同品牌设备的数据，可以更轻松地实现数据共享和系统集成。统一处理后的数据可以更容易地与其他安检系统或数据平台集成，实现更高效的信息交流和利用。目前，AI智能算法在常见危险品的检测上已经达到 PEOPLES TRANSPORTATION|592023 年 第 18 期 较好水平，但在地铁场景的应用仍有优化的空间。地铁是允许乘客携带安全液体进站的，且这类乘客占比高，同时又要求逢液必检。这部分的检查和开包成为了地铁安检最大的负担，造成人力资源压力、安检速度减慢、乘客体验下降等问题。国内部分AI算法厂商针对液体检测也开展了攻关。通过X光机底层的物质等效原子序数，结合双能级透视数据与X射线源的空间角度信息，计算液体的有效原子序数，并根据有关测定标准得出液体成分，实现基于X光底层数据的液体细类甄别，从而有效降低地铁安检中液体的开包率。图3 AI算法液体识别效果图集中判图地铁安检特点体现在安检点数量众多、分布广泛，安检人员面临着监控、判图和响应的复杂任务。同时，地铁安检要求高效、准确和统一管理，以确保乘客的安全和运营的顺利进行。然而，传统的分散模式下存在着资源分散、人为疏漏和误判、响应时间滞后以及缺乏统一管理和监督等问题。在这种情况下，集中判图模式应运而生，成为地铁安检的趋势。首先，集中判图模式极大地提高了安检效率。安检人员可以同时监控多个安检点，快速发现异常情况，并及时采取相应措施。相比于分散模式下的安检，集中判图模式能够更好地集中资源，实现资源的优化利用，从而提高整体的安检效能。这样，不但可以大幅节约本地安检下需要的人员配备，也可以根据客流潮汐特点进行排班，达到降本增效目的。其次，集中判图模式确保了统一的管理和协调。在分散模式下，各个安检点可能存在管理和协调不足的问题，安检流程的一致性和准确性难以保证。而通过集中管理和监督，安检人员可以在中央控制室内进行统一的指导和监督，确保安检流程的标准化和一致性，有效提升安检的质量和可靠性。管理与维护要求X射线技术是整个安检流程的初始输入环节，决定安检质量的基准，是影响安检设备状态水平的重要因素。因此X射线安检机应定期进行校准，确保灵敏度和分辨率等参数处于正确的状态，从而保持图像的清晰度、对比度和准确性，保证潜在危险物品和违禁物品的检测准确性。建议在日常管理与维护时注意以下几点：（1）定期检查：进行定期检查以确保设备的各个部件和系统正常运行。这包括检查机械部件、电子部件、光学系统和辐射源等。（2）清洁和维护：保持设备的清洁和良好的工作状态。定期清洁设备表面和内部的杂物、灰尘和其他污染物，并确保机械部件的润滑。（3）辐射安全：定期校准辐射剂量以确保符合安全标准。这包括监测设备的辐射剂量输出和辐射束的均匀性。（4）软件更新：及时安装和更新设备的软件程序和固件，以确保设备能够使用最新的功能和安全性改进。（5）培训和资质：确保维护人员接受相关培训，并具备操作和维护X射线安检机所需的资质和技能。（6）故障排除和修理：及时检测和解决设备的故障和问题。设备故障时，必须有合适的维修计划和备件支持。（7）文件记录：保留设备的维护记录和文件，包括维修记录、校准报告和培训记录等。结语地铁安检系统中的X射线技术、网络化设计、AI智能判图技术和集中判图模式为提升地铁安全水平和运营效率做出了重要贡献。未来，我们需要继续深化研究，跟踪技术融合应用落地后的各项运营数据，进行动态优化和创新，以推动地铁安检系统的进一步发展和应用。我们相信，随着技术的不断进步和完善，地铁安检系统将能够更好地保护乘客的安全，并为城市的可持续发展做出积极贡献。（作者单位：广州地铁集团有限公司）