CN101167109A - 检测、记录和报告危险材料和非法行为的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测、记录和报告密闭和半密闭空间内与危险及非法物质有关的物品和能量的系统和方法。该系统和方法涉及普遍与犯罪和恐怖活动相关的危险物质和非法行为的早期检测。此夜以继日的安全保护集成了音频、视频和传感器检测(消极威慑)与实时监控、通信、和数据记录(积极威慑)技术。该系统能提供固定或移动记录－报告装置的功能以检测生物制剂、毒性化学品、脏弹、电磁辐射、人员存在、与挥发性有机化学品有关的药品、以及粗心大意疏忽事故。该系统的主要组成部分是一个位于安装得适应移动或固定应用的小型外壳内的固态检测单元。该检测单元包含各种检测器和传感器、电源、和多个通信接口。中央监控中心持续监控检测单元，在监控中心控制者可以观察来自每个检测单元的数据并响应检测单元触发的事件。

Description

检测、记录和报告危险材料和非法行为的系统和方法

技术领域

本发明是检测、记录和报告在密闭和半密闭空间内与危险及非法物质有关的物品和能量的系统和方法。所述系统和方法涉及通常与犯罪和恐怖活动相关的危险物质和非法行为的早期检测。这种夜以继日的安全保护将音频、视频和传感器检测(消极威慑)与实时监控、通信、和数据记录(积极威慑)集成在一起。

背景技术

大多数反恐专家都承认美国目前的安全措施是严重不足的。关于集装箱的令人不得安宁的问题仅仅是一个例子。每天有成千上万个这样的集装箱进入美国港口，然后通过卡车和铁路运往我们的大城市、城镇和村庄。由于人力需求和预算不足的问题，在那些负责官员看来对这些集装箱进行广泛地检查是一个不可能实现的梦想。这一方面是由于缺乏合适的资源，另一方面是由于时间限制和物流问题带来的困扰，现在当局只有以仅检查货物运输量的很小一部分来聊以自慰。

由于货物处理过程期间普遍缺乏安全性而导致原本负担过重的检查过程更不堪重负。集装箱工业的保险提供者报道说多达5％的国际性集装箱运输在运输过程中产生了各种问题。集装箱被错误发送、偷盗、丢失、损坏和/或严重延迟情况的发生非常频繁。概括的讲，这些问题的出现具有多种原因，从粗心大意的人为错误到狡猾的犯罪意图。

集装箱所存在的安全性不足的问题，仅代表了冰山一角。还有其它明显的例子，例如租用的卡车，卡车拖车，配送中心，火车车厢，和机场、学校、建筑物、地铁、火车站、运动竞技场、音乐厅、主题公园等等的人员入口。人们可以继续举出具有安全性风险的例子，但是可以肯定地说，开发本发明的目的在于加强公共安全，在犯罪和恐怖活动的企图实现之前阻止且挫败它们。

在本发明研究的初始阶段，主要焦点在于由政府主管部门和航运业提出的报告和检查需要的“希望列表”。在那些研究的基础上产生了本发明的目的：建造一个装置，其能够阻止正在形成的犯罪和恐怖活动，同时，给航运和运输工业提供消除很多疏忽、错误的手段，这些疏忽和错误会提高成本、激怒托运人、妨碍检查过程、并对公共安全带来其它的风险因素。也许不可能存在绝对的公共安全保障，但是在这期间，警惕性和早期检测确实是几乎最好的东西，本发明提供了这两者。

发明内容

简要地讲，本发明的系统作为一个固定或移动的记录-报告装置工作以检测生物制剂、毒性化学品、脏弹、电磁辐射、人员存在、与挥发性有机化学品有关的药品、和一些粗心大意疏忽的场合。

系统的主要组成部分是一种安装在小型外壳内的固态检测单元，小型外壳可以安装成适应移动或固定应用的。检测单元包含各种检测器和传感器、一个处理器或控制器、一个电源、和多个通信接口。多个单元被安装在不同的位置，每个单元通过监控系统与监控中心进行持续的通信。

在移动配置的情况下(用于，例如，货物集装箱、火车车厢、卡车等等)，该外壳被安装在货物运载工具内部。一个薄的剥落-按压式太阳能面板和嵌入的天线阵列被安装在货物运载工具的外部。单元由两个独立蓄电池供电且装备有外部电池充电器的插入接口。太阳能面板自动为电池再充电。每个单元装备有“睡眠和待机”省电模式。当货物被装载到运载工具时单元内的多个检测器扫描该货物，并且当运载工具密封后和运输时以预设时间间隔持续进行扫描，对其内部有害物质的聚积或泄漏进行监视。一个GPS单元提供关于所述单元的地理定位的信息。天线阵列被用于将数据传输到报告和监控设备并接收来自报告和监控设备的数据。

在固定配置的情况下(用于，例如，仓库、配送中心、人员和交通工具入口等等)，检测单元可以因为特殊应用而被适当的隐藏，并且采用有线方式供电。在供电失败事件中，两个独立的蓄电池作为冗余电源供电。

系统采用的各个技术一点不成问题。所有的组成部分(传感器、数据记录器、GPS系统等等)都是当今分别应用的高质量固态单元。本发明将这些已被验证的技术结合起来并创建了具有多个报告功能的防篡改外壳单元，将提升公共安全水平并提高陆路、海路以及长期以来一直需要的海陆结合的货物输运的效率。

检测单元在其外壳内包含多个防篡改行为装置。如果检测器被损坏，单元将报告和记录该事件；如果天线阵列失效，主控制系统将报告该事件并报警给管理机构。在任何一种情况中，管理机构能够在下一个检查点访问数据记录器以确定损害的程度。如果单元都停止报告了，则发生了错误，将在第一时机对货物运载工具进行实际调查。

这些检测单元可以被安装或改进以监控并保护多种货物运载工具和设备。所述的运载工具和设备例如可以包括船运集装箱、租用的卡车、拖车卡车、火车车厢、货物分隔舱和储藏舱、装卸码头、电梯、仓库、配送中心、称重站、边境检查站、仓储设施和单位、行李装卸设施、货运车队(例如，贸易运输服务和私人运输队)、人员进入点(如，机场，学校，楼宇，地铁站，火车站，体育场馆，音乐厅)、和一些关键设施的车辆出入口(例如，发电厂、炼油厂、核设施和储存场所、港口、工厂、铁路站、公共汽车站、机场、水库以及净化厂、水坝和军事设施等)。

附图说明

图1描述了包含固态部件和集成电路板的检测单元。

图2示意了与检测单元一起使用的具有嵌入天线的剥落-粘贴型太阳能面板垫。

图3描述了一些传感器和由检测单元处理、记录及报告的数据的类型。

图4示意了与控制人员和管理机构通信的检测单元。

图5描述了检测单元发布事件通知和随后根据来自监控系统的命令激活音频和/或视频响应的方式。

图6描述了本发明在广域网(WAN)实施的包含监控中心的监控系统。

图7描述了本系统的监控中心所在的局域网(LAN)。

图8示出了一个在监控中心的控制人员获得的屏幕显示的例子。

图9示出了在一个为政府机构或船务公司所使用的便携式计算机显示屏幕上显示的事件报告总结的例子。

具体实施方式

如图1所示，本发明系统的中心组件是检测单元2。集成电路板4包含如以下所详细描述的处理器6、多个固态检测器和传感器以及各种各样的通信端口。电路板4和检测单元2的其它组件被安装在外壳8上，外壳8优选是一个尺寸大约为1英尺宽、4英尺长且1英寸厚的铝壳。如果特殊应用的需要，外壳8的尺寸也可以制作得更小一些。

处理器6控制检测单元2的所有功能，且与来自不同传感器和检测器的接收输入端相连接。处理器6处理并控制来自检测单元2的数据的存储和传输。可以使用具有适当关联的接口和存储电路的任一合适的微处理器或微控制器。处理器6被编程以基于来自各种传感器和检测器的输入来检测“事件”，且产生并传输信号给监控中心以响应上述事件的检测。处理器6也可以被编程以依据监控系统的命令来启动摄像照相机、麦克风和其它装置。另外，处理器6管理检测单元2的省电模式和所有其它操作参数。

检测单元2由两个独立蓄电池10a、10b供电，且装备有外部电池充电器(图中未示出)的插入接口。在未再充电情况下电池10a、10b最好有6个月的使用寿命。

如图2所示，提供了一个集成的太阳能面板和天线阵列12。优选地，面板12是薄的、柔软的且自粘附“剥落-按压”式的太阳能电池垫，并嵌入有天线14a、14b。太阳能面板和天线阵列12可以方便地安装在移动货物集装箱、卡车等的外部。太阳能面板和天线阵列12通过插入防水且防篡改的连接器16a、16b的电缆(未被图示)与电路板4相连，且能够自动且持续地给电池10a、10b再充电。

检测单元内的检测器和传感器

检测单元2可以包含多种传感器和检测器，且其结构可以因为特殊应用而不同。在可移动应用中，传感器可以被周期性的激活且在每隔一段时间被关闭以节约能量。在硬接线的固定的应用中，传感器可以连续地操作。为获得本发明所有的益处，检测单元2优选地包含下述类型的检测器和传感器，其优选的是安装在电路板4上的固态装置，或者，如果不适合板上安装，也可安装在外壳8内的其它位置或在要被监控的位置。

微型炸弹检测器18：“脏弹”通常包括传统爆炸物传播的低强度放射性材料。现今存在很多放射性检测装置，但是几乎没有能够检测出脏弹的存在。例如，大多数基于盖革管的装置不正确地报告(或未能报告)低于它们低强度范围的放射物强度。当不是非常紧密地接近脏弹时，基于硫化镉(CDS)的检测器太慢而不能报告低强度的放射性。

本发明优选地使用最新的微型炸弹检测器18，例如微型炸弹检测器MBD系列2240或电子放射性计量计DMC 2000XB。这些装置能够鉴别与脏弹有关的低强度放射物和放射性同位素的存在。这些类型的检测器具有长距离范围的固态高增益传感器和每秒67次处理放大信号的智能微处理器，从而控制输出和信号以报告周围放射物的强度。

通过集成一个固态放射检测器、一个极高增益放大器和一个过滤背景放射线的智能微处理器，微型炸弹检测器18提供一个用于脏弹的高调谐的早期报警系统。当微型炸弹检测器开始游历遍及我们的社区和交通干道系统时，定位脏弹或可疑放射性同位素的机会将以指数增加。

多种气体分析器20：检测单元2包含一个检测和鉴别化学制剂和有毒工业化学制品的多种气体分析器20。气体分析器20使用表面声波(SAW)传感器阵列和电化学电池来检测气体，例如：

VX  V制剂

GA  塔崩

GB  沙林

GD  梭曼

GF  环己基沙林

HD  芥子气

HN3  氮芥AC  氰化氢

CG  光气

氢化物气体  砷化氢、乙硼烷、硅烷

卤素气体  氯气、氟气、溴气

酸性气体  二氧化硫

电磁辐射(“EMR”)检测器22：检测单元2包含一个能够快速且可靠地定位电磁干扰源的电磁辐射检测器22。EMR检测器22包括内置的天线、放大器和多个肖特基势垒检测二极管，且能够以典型的25μV/cm灵敏度(500MHz，远场设置)覆盖从50Hz到1500MHz的频率范围。检测器22具有3个状态：关闭、高灵敏度(远场)和低灵敏度(近场)。它较理想地适合下述应用：

跟踪本地电磁干扰(EMI)源

电磁兼容性(EMC)预测试

对发射器的快速射线检查

典型宽带无线频率范围(大约从50Hz到1500MHz)

典型的灵敏度25μV/cm(500MHz，远场设置)

挥发性有机化合物(“VOC”)检测器24：检测器单元2包含一个光离子化检测器24，其提供其它手段基本上不能检测的多种有毒气体和蒸气的线性、百万分之一读数。VOC检测器24能够包含特定物质毒性传感器，它也能很好的适合对挥发性有机化合物，例如汽油、苯、油漆、脱脂剂、喷射燃料和大多数有机溶剂等的测量。

VOC检测器24也可以包含一个气相色谱仪，其能够，例如在30秒内分析苯和在2分钟内分析其它有机物例如甲苯、乙苯和间-二甲苯(苯类物质)。精确度在十亿分之几范围，这意味着光离子化检测器能够精确地测量低浓度(例如0-2000ppm)的挥发性有机化合物VOC，而不会带来对采用其他“宽带”传感器而言非常普遍的误报的烦恼。这是一个重要特性，因为许多挥发性有机化合物在低于大多数多种气体监控器的灵敏度之下的浓度情况下也是有毒的。

视频检测：检测单元2设有两个光学输入端26a、26b，两个遥测数字输入端28a、28b，和两个控制输出端30a、30b。光学输入端26和数字输入端28能够被用来监控期望的状态和条件，和/或触发报警。视频输入被自动地或通过监控中心控制下的远程触发而被记录。数字遥测输入端28之一可以被用来接收来自移动检测器46的输入；一旦检测到移动，就记录事件并可以激活视频摄录机32和/或红外摄录机34。

通过指令(该指令可以是在由处理器6控制的自动预设间隔内产生，也可以是由位于监控中心的控制人员起动的一次远程实时检测而产生)，向前和向后移动视频/静止摄录机32a、32b摄取单张照片，或实时影像传输，并通过光学输入端26a、26b将其传输回控制人员。另外，当卡车拖车、集装箱、仓库或其它密闭空间被密封时，红外摄录机34能够被启动以检测是否有人员存在。

音频检测：检测单元2包含一个麦克风36。当视频系统因某种原因失灵时，控制人员能够触发麦克风36，且聆听被密封的卡车拖车箱内、集装箱内、仓库或其它密闭空间内部的活动或说话声音。如果需要，在货物装载操作期间的会话也能够被位于监控中心的控制人员监控和/或记录。

介入检测：检测单元2设有一个或多个接近传感器38。如果电子锁模式为“接通”(on)，每次运载设备、仓库或其它密闭空间的门被打开时，接近传感器38将会触发数字摄录机40，且发送一个事件传输报告给监控中心。数字摄录机40作为一个安全摄录机，只要这些空间的门处于打开状态，其就以预设的时间间隔记录事件。

定位检测：对于移动应用，检测单元2设有一个全球定位系统(GPS)装置42，其连续地或根据需要提供实时地理定位报告。以预设间隔记录来自GPS装置42的数据。

湿度传感器：检测单元2设有一个湿度传感器44，其以预设间隔作出记录。只要湿度超过了预设限制，湿度传感器44发送一个事件传输报告给监控中心。

内部移动检测：检测单元2设有一个内部移动检测器46，在运载设备或其它密闭空间被密封时，其将对所密封的空间内任何不合理的移动(人的运动、货物的移位等)做出响应。移动传感器46通过触发视频摄录机32并发送一个事件传输报告给监控中心来作为响应。

温度传感器：检测单元2设有一个温度传感器48，其以预设的间隔作出记录；并且只要温度超过预设限制，该温度传感器48就发送一个“事件”传输报告给监控中心。

载货单和重量输入：检测单元2设有一个插件槽50，其作为一个扫描仪接口和重量数据输入连接器。如果托运人和承运人作出选择的话，他们能够将重量和载货单信息上载至该检测单元的内部数据存储单元。

摆动和震动检测：检测单元2设有一个摆动/震动检测器52，只要震动或摆动影响超出了预设限制，其发送一个事件传输报告给监控中心。

无线射频识别(RFID)：检测单元2包含一个无线射频识别(RFID)装置54，其能够通过便携式电脑或手持装置自动地识别检查单元。这个特性非常有利于例如港口、边境站、公路检查站和类似设施的检查。

外部检测器输入端口：一个外部检测器输入端口56允许与外部设备的连接，这种外部设备包括例如称重系统、或如在运输工具进出点检查运输工具下侧的视频摄录机。该端口接收来自外部设备的模拟或数字输入。

空气泵：可以包含一个空气泵58以在必要时向多种气体分析器20和VOC检测器24提供空气采样。环境空气检测器不需要空气泵。

篡改行为的检测：可以将各种装置和系统包括进检测单元2以检测任何篡改行为。例如，如果外壳8被打开或如果检测单元2从它的安装位置被移走，则产生一个事件信号且发送到监控中心。

报告和数据记录

历史数据存储：检测单元2设有一个内部数据存储单元60。数据存储单元60优选地利用闪存，闪存是可靠的、非易失性的且消耗较少电能的，但是也可以使用硬盘驱动器或类似的方式。如图3和图4所示，处理器6将诸传感器、检测器、摄录机、麦克风和GPS记录的数据发送至数据存储单元60。这些数据能在数据存储单元60中被保留至少90天。存储的数据将提供GPS定位、危险材料检测、运输工具门被打开和关闭的时间和地点、和出现的任何对单元作出篡改行为等情况的历史。

记录/报告系统软件包括智能数据日志记录能力，其意味着托运人和/或承运人能够基于时间间隔、距离和事件选择特定记录数据。所选择的数据能够在内部数据存储单元60内保留多个星期或多个月。

如图4和5所示，检测单元2包含无线收发器62，检测单元2能够通过此收发器保持与监控系统不间断的联系。收发器62也被用来向监控系统上载数据，发送事件通知给监控中心，从监控中心接收指令，并允许监控系统轮询检测单元2。

如图6所示，监控系统在广域网(WAN)进行操作，其包含监控中心64a-g，其中的每一个可以被指定覆盖例如一个特定的地理区域或设施类型。虽然图示了卫星66，广域网通信也可以通过有线或无线电话、卫星、或其它方式进行。每一个监控中心64可以作为一个局域网(LAN)如图7所示进行操作。LAN包含一个服务器或路由器68、多个主机70和用户工作站72，每个用户工作站72包含一个为管理者和控制人员而设的显示器74。LAN可以通过有线和无线链接76与WAN通信。在每个监控中心64，主机70从检测单元2下载历史数据。监控中心64将保持24小时后勤和通信支持，显示下载数据以保持控制人员及时得到更新数据。控制人员可以在显示器74上观察到各个检测单元2的状态。

一个典型控制人员的屏幕显示78如图8所示。单元ID 80用于显示由各个控制人员监控的每个检测单元2。对于每个检测单元2，显示各种信息，包括事件82的类型和地理定位84。也可以显示历史定位数据86，还可以在地图88上跟踪位置和移动。控制人员可以通过单元访问按钮90访问数据、摄录机和麦克风。可以在屏幕92上观察视频和静止图片。

当在检测单元2触发事件且数据通过WAN传送至监控中心64时，主机70将把这个特定的检测单元2传输至某一控制人员的显示器74。与该数据相关的报警可以被自动地传输至联邦国土安全部、另一政府机关、运输公司或其它合适的当局。该机构或运输公司可以与该控制人员进行通信，以确定事件的原因并采取适当的行动。

如上所述，如果主机70失掉了与检测单元2的所有联系，该主机70将自动就该单元以“红线”示出并通知控制人员。例如，如图8所示此单元的ID可以在屏幕上闪烁。在这样的事件中，监控中心和它们的控制人员将联络国土安全部、运输公司和其它需要的机构。

监控系统被设计成为与宽范围的蜂窝电话调制解调器、甚高频/特高频(VHF/UHF)数字无线电、无线LAN系统和卫星调制解调器(商用低轨道小卫星短数据通信系统ORBCOMM)进行连接。双向通信基于短消息服务SMS、GPS或IX数据包。蜂窝电话/LAN发送-应答器可以链接到便携式电脑或手持单元，这允许行业内人员和/或政府官员根据需要同时获得实时和记录数据的快速、准确的读数。这一特性对执法人员现场检查集装箱或设施或对事件信号做出反应是很有用的。对边界巡逻官员在边境检查跨境卡车，保安人员对运输工具进入站点设施入口的检查，以及类似情况也是有用的。政府机构或运输公司人员在便携式电脑或手持单元上观看到的显示事件数据的典型屏幕显示94如图9所示。此显示报告了单元ID 96、任一事件性质98、单元地理定位100、历史位置102、定位地图104、实时影像传输106和其它相关信息。

监控系统被设计成为就政府机构和运输产业提出的所有关心的方面提出报告，包括以下方面：

经签署的运载工具和/或集装箱的ID

交易事务

脏弹

生物制剂

门开/关

定位-纬度/经度/高度

篡改事件

占有链

电磁辐射

现场人员出现情况

与VOC有关的药品的存在

无声及求救信号的报告

有毒化学品

干扰检测

温度

湿度

不合理的内部移动

上述举例旨在描述本发明一个具体实施例，而非对本发明范围的限制。本发明的其他修改和改进对本领域技术人员是显然的。

Claims (21)

1.一种用于检测、记录和报告密闭或半密闭空间内危险物质和非法行为的系统，包含：

至少一个检测单元，其具有至少一个用于检测所述空间内的安全事件的传感器和一个用于记录来自该传感器的数据的数据存储单元；

包含至少一个监控中心的监控系统；和

用于使所述检测单元和所述监控系统能够通信的通信装置；

其中所述检测单元基于来自所述传感器的输入检测安全事件并通过所述通信装置产生并向所述监控系统传输事件信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是用于检测低强度放射物和放射性同位素的微型炸弹检测器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个多气体分析器。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个电磁射线检测器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个用于检测挥发性有机化合物的光离子化检测器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个摄录机。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个音频麦克风。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个红外摄录机。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个全球定位系统装置。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个湿度传感器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个移动检测器。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个温度传感器。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是一个摆动和震动检测器。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元包含一个无线射频识别(RFID)装置以唯一地识别该检测单元。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信装置包含一个无线发送-应答器和一个天线。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元进一步包含一个可充电电池和适配为为该电池充电的太阳能面板。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元包含用于检测对该检测单元的篡改行为的装置。

18.根据权利要求1所述的系统，进一步包含用于与便携式计算机进行通信的接口装置。

19.一种用于检测、记录和报告在密闭或半密闭空间内存在危险物质和未授权行为的方法，包含：

在空间内提供检测单元，该检测单元具有至少一个传感器和一个数据存储单元；

将来自所述传感器的数据记录到所述数据存储单元中；

基于该数据产生一个事件信号；和

通过通信网络将该事件信号传输至监控中心。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包含响应事件信号从所述监控中心向所述检测单元发送控制信号以激活传感器的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包含持续监控所述检测单元和如果与该检测单元的通信中断则发送警告信号至所述监控中心的步骤。

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