構(gòu)筑更加安全高效的安檢體系,是機(jī)場安檢行業(yè)的持續(xù)追求。毫米波安檢技術(shù)的快速更新和相關(guān)安檢儀產(chǎn)品的不斷迭代,近年來為該行業(yè)提供了的新應(yīng)用亮點(diǎn)。毫米波安檢儀對非金屬材料的探測能力受到廣泛好評,對人體的安全性、非接觸性的測量過程、和直觀的性能參數(shù),也受到用戶的積極反響。
世界各國/區(qū)域的民航局積極推出相應(yīng)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和許可證,例如歐洲民航會(huì)議ECAC的 版本1和2,美國交通運(yùn)輸安全局TSA的認(rèn)證,以及我國民航局的民航安檢設(shè)備許可證制度。
經(jīng)過幾年的進(jìn)化,新一代毫米波人體安檢的方向已經(jīng)更加明朗。早期有些產(chǎn)品用少量的射頻單元,機(jī)械方式移動(dòng)掃描。新一代產(chǎn)品則使用固定方式進(jìn)行測試。得益于工藝進(jìn)步和計(jì)算機(jī)運(yùn)算的飛速發(fā)展,儀器內(nèi)也大量引入新的信號處理技術(shù),例如人工智能算法等。這些方向保證了系統(tǒng)更加穩(wěn)定,識別能力更強(qiáng)。
圖 1 R&S®QPS201毫米波快速人體安檢儀
近一兩年,新儀器的普及進(jìn)入了快速發(fā)展期,世界多個(gè)主要城市機(jī)場陸續(xù)大量啟用了新一代毫米波人體安檢儀,包括美國、英國、德國、法國、澳大利亞機(jī)場等,中國從今年啟動(dòng)并估計(jì)在未來幾年里會(huì)大量啟用毫米波人體安檢儀。此外,一些重點(diǎn)場所也開始布置毫米波人體安檢儀,如大使館、政府機(jī)關(guān)、大型會(huì)場和體育場館等。
在前兩代產(chǎn)品獲得巨大成功的基礎(chǔ)上,羅德與施瓦茨推出的R&S®QPS201快速人體安檢儀,進(jìn)一步優(yōu)化了硬件設(shè)計(jì)、檢測算法、處理時(shí)間、安檢通道設(shè)計(jì)等等多種要素,提升了安檢儀的精度、效率、可靠性,契合全球各地機(jī)場的多樣化需求。目前已經(jīng)通過上述三大機(jī)構(gòu)的認(rèn)證許可,并在各大機(jī)場大量投入使用,以其高掃描速度,高分辨率和高檢出率廣受客戶的好評。
高精度、對人安全的檢測方案選擇
毫米波檢測技術(shù)主要檢查物體對毫米波頻段電磁波的反射,而非低頻的電磁感應(yīng)。因此對物體的材質(zhì)并無要求,而對其形狀特征十分敏感。相較于通過式金屬探測安檢門,R&S®QPS201極大地?cái)U(kuò)展了檢查物品范圍??梢詸z出多種物品,包括陶瓷、玻璃、塑料、液體、顆粒等非金屬。
人體攜帶的物品尺寸一般從幾厘米級到幾毫米,因此安檢儀首選毫米波頻段。70~80GHz頻段的電磁波信號,其波長較短,僅有3.8mm,信號的分辨率可以接近2~3mm,適合于測量人體表面攜帶的微小顆粒物。同時(shí),毫米波對毛發(fā)具有一定的穿透能力,不至于對受檢人員的衣物造成大量虛警,減輕了安檢人員的工作負(fù)擔(dān)。相較而言,低頻段的毫米波探測設(shè)備雖然更容易實(shí)現(xiàn),但其分辨率隨著頻率降低和波長增加而變差,例如38GHz的信號只能探測4~5mm的物體,雖然經(jīng)濟(jì),但不適用于最高標(biāo)準(zhǔn)的安檢工作。
該頻段的電磁波對人體無害,相較于X光,毫米波的電磁輻射是非電離輻射;相較于低頻的設(shè)備,毫米波輻射的探測深度僅到人體表皮,不會(huì)到達(dá)真皮以下。類似技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人體、醫(yī)學(xué)檢測、場地監(jiān)測和汽車?yán)走_(dá),因此QPS系列選擇使用70-80GHz頻段。
信號功率方面,R&S®QPS201的發(fā)射功率強(qiáng)度不到手機(jī)的千分之一,每次掃描只需幾十毫秒。完全符合世界各國的電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
精準(zhǔn)檢測、隱私保護(hù)、高效檢查、高可靠性
儀器對于可用性的需求是,在人流量大的公共場所,能夠高效、準(zhǔn)確地檢出攜帶的物體,區(qū)別于人體特征,從而標(biāo)識出違禁物品。并將之標(biāo)識在人形示意圖上,在保護(hù)乘客隱私的同時(shí),便于安檢員根據(jù)部位提示進(jìn)行檢查。
在這方面,羅德與施瓦茨充分發(fā)揮業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力,為R&S®QPS201設(shè)計(jì)了兩面固態(tài)矩陣面板,內(nèi)含數(shù)千個(gè)收發(fā)天線,構(gòu)成一套高精度的雙面測量系統(tǒng)。測量過程中,每個(gè)天線僅工作一瞬間,儀器在幾十毫秒內(nèi)完成全部的信號探測工作。由于R&S®QPS201的天線數(shù)量和規(guī)模遠(yuǎn)超業(yè)界同類產(chǎn)品,可以獲得更高信噪比的信號,利于后續(xù)程序計(jì)算識別可疑物。
圖 2 毫米波收發(fā)矩陣示意圖
在信號處理和可疑物識別方面,R&S®QPS201使用業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)處理加速器,將海量的信號數(shù)據(jù)加速處理,使得儀器對信號具有極高的合成運(yùn)算速度。物體檢測算法則使用了業(yè)界領(lǐng)先的AI人工智能技術(shù),經(jīng)過大量的訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),使得AI算法對體表物品的特征識別達(dá)到了很高的準(zhǔn)確度。針對國內(nèi)的安檢標(biāo)準(zhǔn),R&S®QPS201特別提供了專用于中國國內(nèi)的算法模型,適應(yīng)國內(nèi)市場需求。
面對高峰期人流的繁重工作壓力,儀器需要在電路和機(jī)械兩方面盡可能達(dá)到高效率。R&S®QPS201除了引入處理單元,也采用了固態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以大量的收發(fā)單元取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)懸臂,使用物料成本取代了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)過程的時(shí)間成本。這樣做的結(jié)果是,儀器的信號掃描時(shí)間優(yōu)化到僅有64毫秒;獲取完整的測量結(jié)果小于2秒鐘。從而大大提高吞吐量,減少旅客的等待時(shí)間。
基于對乘客個(gè)人隱私的尊重,檢查結(jié)果在屏幕上僅以示意光標(biāo)的形式,提示在人偶圖的相應(yīng)肢體位置,不會(huì)暴露在公眾場合。
圖 3 檢測結(jié)果示例
全固態(tài)面板的設(shè)計(jì)方案,在系統(tǒng)工況和穩(wěn)定性上具備了無可比擬的優(yōu)勢。從實(shí)際結(jié)果來看,由于每天都要進(jìn)行數(shù)千次測量,R&S®QPS201的效率與可靠性結(jié)合,對用戶反而更加高效、經(jīng)濟(jì)。而上述模塊數(shù)量上的優(yōu)點(diǎn),需要強(qiáng)大的技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)力來支撐。R&S的工廠具有一整套高精度的自動(dòng)化流水線,批量生產(chǎn)儀器所需的毫米波模塊,實(shí)現(xiàn)大量模塊產(chǎn)品的參數(shù)高度一致,無需反復(fù)調(diào)試,使得儀器走出實(shí)驗(yàn)室,成為直接面向大眾的量產(chǎn)產(chǎn)品。同時(shí)也為后續(xù)服務(wù)體系提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
優(yōu)化安檢通道的排布方式
羅德與施瓦茨不僅是一家儀器廠商,同時(shí)也是一家經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)備廠商。在QPS系列的設(shè)計(jì)方案中,除了潛心提高技術(shù)參數(shù)之外,經(jīng)過幾次產(chǎn)品迭代后,充分吸收安檢行業(yè)客戶的意見和建議,對于安檢通道的設(shè)計(jì)配合與效率安排也優(yōu)化得十分到位。
四倍高效的儀器利用率:一套R&S®QPS201自帶一臺(tái)立式觸屏顯示器,此外最多可以選配4個(gè)額外的終端。這些終端放置在后續(xù)的手檢區(qū)域,為手檢人員按提示檢查乘客相應(yīng)部位。安檢人員可以快速檢查通過乘客,根據(jù)乘客的性別和后臺(tái)的空閑狀態(tài),分派給后續(xù)的不同的手檢人員,最后收到檢查完成的反饋。
圖 4 QPS配合2臺(tái)終端工作的場景
新一代的儀器大幅減小了占地面積,R&S®QPS201對通道寬度的要求,由上一代的2.5米縮減到1.75米。重要的是,儀器的外側(cè)無需保留避讓空間,僅需幾厘米的換氣空間。當(dāng)R&S®QPS201并列放置時(shí),間距可以很窄。安檢人員可以緊貼儀器布置隔離柵欄,無需保持距離,避免了乘客漏檢的可能。在人員密集的機(jī)場航站樓,也可以并排相鄰放置儀器。
圖 5 放置空間示意
安檢通道內(nèi)應(yīng)保證機(jī)場安檢人員的視野良好通透,便于維持秩序。R&S®QPS的兩塊面板側(cè)立于安檢通道兩側(cè),從入口看過去沒有遮擋,便于安檢員巡視場地。由于R&S®QPS201的檢查效率遠(yuǎn)高于其他設(shè)備,而且機(jī)場乘客的行李較多。用戶也可以考慮將兩條安檢隊(duì)列中的人體安檢儀器合并,在通道中間合用一套R&S®QPS201,行李安檢機(jī)放置在通道兩側(cè)。這樣的設(shè)計(jì)除了可以高效利用儀器之外,進(jìn)一步增大了安檢區(qū)的巡查視野。

圖 6 安檢員視野
對乘客姿勢的要求,R&S®QPS201僅需受檢乘客步入儀器,站立在地板上,雙腳與肩同寬,略微抬起雙臂,而無需舉起雙臂。儀器正面的人形圖案直觀提示站立姿態(tài),安檢人員無需反復(fù)糾正站姿。排隊(duì)的乘客可以看到檢查過程,學(xué)習(xí)站姿。此外,乘客可能有多種特殊情況,例如老年乘客行動(dòng)不便,或者有殘疾狀況。而不用舉手這一點(diǎn),得益于儀器的高分辨率探測能力,對于動(dòng)作不便的乘客非常友好。殘疾人士乘坐的輪椅,可以經(jīng)過儀器通道直達(dá)手檢區(qū),無需另設(shè)通道。開放式設(shè)計(jì)也讓乘客以放松的心態(tài)接受安檢,避免幽閉恐懼等情形的發(fā)生。

圖 7 用作緊急通道和輪椅通過
根據(jù)民用機(jī)場設(shè)計(jì)的消防標(biāo)準(zhǔn),人員密集區(qū)的走道寬度應(yīng)當(dāng)大于1米。實(shí)際民用建筑的走道寬度一般大于1.5米。R&S®QPS201的內(nèi)部走道寬度為1.5米,檢查過程無需關(guān)門,不妨礙通行。因此符合上述要求。緊急避難通道功能:在緊急狀態(tài)時(shí),R&S®QPS201內(nèi)部較寬的通道可以成為避難通道,允許乘客快速通過。
由上述數(shù)據(jù)和分析可以看出,在將近2米寬的合并安檢通道內(nèi),R&S®QPS201的實(shí)際占地寬度僅有30~40厘米寬。其余空間都留給了安檢員和乘客,包括良好的通過性和視野。這也是R&S®QPS201能夠在多個(gè)機(jī)場獲得成功的因素之一。
系統(tǒng)集成與運(yùn)維
R&S®QPS201支持網(wǎng)絡(luò)總線集成接口,可以及時(shí)將工作狀態(tài)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上報(bào),且具備專有的管理軟件系統(tǒng)。由于沒有運(yùn)動(dòng)部件,儀器無需日常校準(zhǔn)。僅在現(xiàn)場維修后需要校準(zhǔn),時(shí)間40分鐘左右。整個(gè)過程完全自動(dòng)化,無需特殊儀器,經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員可操作。
最后,在售后服務(wù)體系,羅德與施瓦茨在全國多個(gè)主要城市均有服務(wù)機(jī)構(gòu)。羅德與施瓦茨建立了一套完善的快速響應(yīng)機(jī)制,能做到對全球產(chǎn)品的快速響應(yīng)和高效解決。