戰爭遺留爆炸物識別系統的設計與實現

周明安,李是良,謝臨溪,夏 軍

(國防科技大學指揮軍官基礎教育學院, 湖南長沙 410073)

戰爭遺留爆炸物識別系統的設計與實現

周明安,李是良,謝臨溪,夏 軍

(國防科技大學指揮軍官基礎教育學院, 湖南長沙 410073)

提出了一種基于 SQL語言構建戰爭遺留爆炸物識別系統的設計方案,重點研究了爆炸物外部特征數據庫、內部特征數據庫及專家處置建議數據庫的構建方法,并對未知爆炸物識別算法及系統的實現方法提出了相應的設計方案。該系統界面友好、使用方便、未知爆炸物識別正確率高,適于部隊、公安人員實施戰爭遺留爆炸物的檢查與銷毀行動。

戰爭遺留爆炸物;銷毀;識別系統;數據庫

0 前 言

“戰爭遺留爆炸物”是指交戰雙方為達到戰爭目的而使用、但因各種原因未爆炸的和被棄置的各種彈藥。我國在二十世紀經歷了長期的戰亂,不僅在當時給人民帶來了巨大的災難,而且戰爭遺留爆炸物分布廣泛、種類繁多、遺留原因多樣,至今還給人民的生產生活及生命財產安全留下嚴重的威脅,嚴重阻礙了經濟發展,甚至還會引起社會動亂[1～3]。

戰爭遺留爆炸物檢查與銷毀工作任務艱巨,技術性很強,危險性很大。從國內已發現戰爭遺留爆炸物的類別看,不僅有航空炸彈、炮彈、地雷、槍彈、炸藥及其他爆炸裝置,還有日軍遺棄的化學毒氣彈和細菌彈等生化武器;從遺留爆炸物的國別來看,既有二次世界大戰時期美軍和日軍的制式彈藥,也有我軍的某些彈藥及非制式彈藥或疑似爆炸物[4～7]。

對戰爭遺留爆炸物的辨識和分類是其銷毀過程中非常重要的工作[8,9]。目前各種廢棄彈藥的辨識與分類主要是依靠專家的個人經驗,往往因為信息量大、周期長而難以快速準確識別;有時因為可查詢的紙質資料較少,發生誤判而造成嚴重后果。針對目前現狀,本文設計一種數字化、智能化的戰爭遺留爆炸物識別系統,可實現戰爭遺留爆炸物的快速準確檢查與識別,并提供相關專家的轉移與銷毀建議,從而大大提高工作效率,降低安全風險并節約成本,可作為部隊、公安人員在參加國際維和行動、實施戰爭遺留爆炸物的檢查與銷毀行動時的必備工具。

1 系統設計方案

采集關于戰爭遺留爆炸物的信息,利用 SQL語言創建數據庫。系統設計方案如圖1所示。

從圖1可以看出,本系統主要分為戰爭遺留爆炸物外部特征數據庫、戰爭遺留爆炸物內部參數數據庫和專家處置建議數據庫 3個組成部分。其中外部特征數據庫主要存儲戰爭遺留爆炸物的外觀形狀、尺寸、重量及有無色帶標志等外部特征信息,可作為戰爭遺留爆炸物辨識的依據。內部參數數據庫主要存儲戰爭遺留爆炸物的類別、原始形貌、引信類型及裝藥特征等內部特征信息,可詳細了解該爆炸物的爆炸威力及處置風險。專家處置建議數據庫主要存儲業內專家對不同戰爭遺留爆炸物的儲存、轉移及銷毀建議及風險分析,這主要來至國內、軍內多位專家數十年的銷毀經驗和第一手資料。

圖1 戰爭遺留爆炸物識別系統結構

1.1 數據庫的設計

(1)外部特征數據庫。為確保識別系統的普遍適用性,要求戰爭遺留爆炸物外部特征數據庫中爆炸物類型足夠多、信息量足夠大,而且要準確、規范。本系統首先組織相關專家學者收集和整理當前已經出現過的各類戰爭遺留爆炸物信息,并將其進行分類,涉及各類炸藥、火工品、引信、彈藥等多種爆炸物,其中各類炸藥 400余種,火工品近 300種,引信200余種,彈藥 500余種,數據庫結構樹如圖2所示。戰爭遺留爆炸物外部特征數據庫主要存儲了各類爆炸物的外觀圖片、重量、彈體尺寸及彈體色帶標志等外部特征信息,并支持對數據的瀏覽、添加、修改和刪除操作。

圖2 數據庫結構樹

(2)內部特征數據庫。各種爆炸物都有其特殊的內部結構、裝藥種類及當量、引信類型、爆炸威力及應用范疇等內部特征數據。不同類別的爆炸物都有其特定的內部特征數據和外部特征信息,內部特征決定了其爆炸性能。內部特征數據庫的樣本存儲序號與外部特征數據庫的樣本存儲序號是對應的,當通過掃描外部特征數據庫確定了爆炸物的類別后,再從內部特征數據庫中調取其內部特征信息,便能詳細了解該爆炸物的全部信息,確定其爆炸威力及處置風險,為制定銷毀方案提供理論指導。

(3)專家處置建議數據庫。本數據庫存儲了業內專家對不同戰爭遺留爆炸物的儲存、轉移及銷毀建議,主要包括對爆炸物爆炸威力的分析、銷毀方案的設計及處置不當帶來的危害評估等,其中銷毀方案項目詳細包含了銷毀方法選擇、運輸方式、銷毀場地及安全防護措施等。這些數據主要來至國內、軍內多位專家數十年的銷毀經驗和第一手資料,針對同一種爆炸物,可能存在多種銷毀方案。現場作業時可根據當前的條件自行選擇,也可參考多種方案采用折中方法處理。本數據庫凝聚了多位專家多年的寶貴經驗和心血,有利于實現專家指導的遠程化和彈藥銷毀的信息化,大大提高彈藥銷毀的工作效率并顯著降低安全風險。

1.2 爆炸物識別算法

為保證爆炸物識別的正確性,本系統采用多次循環、逐步逼近的識別算法,并且最終要經過人工核對后才能確定爆炸物的類別,識別算法流程見圖3。

圖3 爆炸物識別算法流程

從圖3中可以看出,掃描精度是一重要的參數,它決定了識別的結果。舉例說明,戰爭遺留爆炸物的測量重量為 2.5 kg,直徑為 30 mm,由于其表面大量生銹,因此以 2.5×(1±10%)kg和 30×(1±10%)mm作為篩選范圍才更接近原始參數,“10%”即為掃描精度。掃描精度太大,則篩選出的樣本數較多,答案不唯一;掃描精度太小,則容易漏掉真實樣本而找不到答案,因此要不斷的調整掃描精度,以便唯一確定未知爆炸物的類別。同時,為了絕對確保辨識結果的正確性,最終給出爆炸物的類別之前,必須對辨識結果進行人工判定,根據系統所輸出爆炸物的原始圖片、重量、尺寸等參數,與當前待識別爆炸物的外部特征參數反復核對無誤后,才能最終確定爆炸物的類別。

2 系統的實現及特色

在本設計中,識別系統的相關界面顯示由Microsoft Visual C#完成,如圖4所示。而相關數據庫由 SQL Server 2005構建和管理。

(1)標準化的爆炸物分類與命名。除了戰爭遺留爆炸物外,數據庫還包含了數百種爆炸物的特征信息參數。爆炸物的分類方式、組成及命名方法均以國家、軍隊相關規范、安全規程為指導,以《戰爭遺留爆炸物議定書》的有關條款為法律依據,較好地解決了戰爭遺留爆炸物種類復雜難以識別的難題。

圖4 戰爭遺留爆炸物識別系統主界面

(2)高度可靠的正確辨識措施。識別系統利用計算機的資源優勢,結合同步多媒體技術,可實現戰爭遺留爆炸物的文字信息、圖片資料、視頻資料及專家建議等信息同步顯示,并可隨時反復調用查閱。同時,采用多次循環、逐步逼近的識別算法,使待識別爆炸物與目標爆炸物逐步吻合,再經過人工核對后才能最終確定爆炸物的類別,這些措施保證了識別的絕對正確性,避免發生誤識。一次識別不成功后,可修改掃描參數,再次識別,直至結果正確。

(3)豐富的爆炸物信息及專家處置建議。識別系統數據庫涵蓋了各類炸藥、火工品、引信、彈藥及化學武器等 1000余種爆炸物,既有美軍、日軍、俄羅斯軍隊及其他國家軍隊曾使用的多種制式彈藥,也有我軍使用的多種制式彈藥,甚至有些自制爆炸裝置,龐大的數據庫容量保證了查詢的成功率,可作為工具軟件廣泛應用。

識別系統融合了多位專家多年的研究成果及實踐經驗,能夠解決戰爭遺留爆炸物裝卸、運輸、銷毀時的安全顧慮大、危害控制難、銷毀不徹底等難題,對戰爭遺留爆炸物銷毀的組織與實施、檢查與銷毀中安全措施、安全評價方法和環境保護技術也給出了科學的設計與建議。

(4)系統的可拓展性。有戰爭就有遺留爆炸物,所以本識別系統預留有很大的空間,方便讓使用者根據最新的研究成果隨時更新或添加數據庫中新型彈藥的特征信息,尤其是添加其他專家的銷毀建議,這樣就可以進一步積累每次的銷毀經驗,不斷完善該系統的功能。

3 結 論

本系統界面友好、使用方便,未知爆炸物正確識別率高,可拓展性強,大大提高爆炸物的檢查與識別效率,降低因識別錯誤而帶來的風險,為戰爭遺留爆炸物的銷毀提供了有力的技術支持。同時本系統還可以作為工具軟件,具有收索、查詢、顯示爆炸物信息的功能。本系統在一些方面還有待加強,如爆炸物識別算法優化、國內外新型爆炸物的特征數據庫的完善與更新等方面。

[1] 徐黎平,周明安.戰爭遺留爆炸物檢查與銷毀[M].北京:海潮出版社,2009.

[2] 吳騰芳.爆炸物識別圖冊[M].北京:國防工業出版社,2007.

[3] 彭兆祥,馬建軍,段衛東.遺留廢舊彈藥的銷毀 [J].爆破,2009,26(3):101-103.

[4] 邱進芬,謝筑湘.廢舊炮炸彈銷毀研究[J].工程爆破,2004,10(1):82-86.

[5] 蔣躍飛,張正中,楊 雁,等.廢舊炮彈銷毀設計與施工 [J].工程爆破,2009,15(2):87-90.

[6] 朱紹武,謝先啟,羅啟軍.炮 (航)彈及過期爆破器材銷毀研究與實踐[J].爆破,2001,18(2):87-89.

[7] 劉鵬安,張懷智,郭勝強,等.系統工程在彈藥減壓式燒毀中的應用[J].裝備環境工程,2009,6(1):92-95.

[8] 劉 鵬,張懷智,金昌根,等.廢舊彈藥爆破銷毀技術綜述[J].工程爆破,2011,17(1):86-89.

[9] 秦翔宇,安振濤,郭文暉.庫存彈藥事故人誤危險性分析與評估模型研究[J].中國安全科學學報,2009,19(8):133-138.

2011-07-04)

周明安 (1961-),男,副教授,系副主任,長期從事爆破工程、反恐、彈藥等方面的教學和科研。