CN109444984B - 一种多源融合无人车载式爆炸物探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其包括：无人车载平台，作为搭载探测模块的移动底盘；三光融合成像装置，用于负责探测地表的未爆物；电磁感应探测成像装置，用于通过电磁感应的方式进行未爆物的探测和定位；探地雷达成像装置，用来穿透地面土层，探测地下的未爆物目标；未爆物标识和定位装置，用于对探测到的未爆物进行标识；数据处理与控制中心，用来控制无人车载平台的作业，并用来对探测模块的数据进行处理，判决出未爆物及其所在的位置。本发明具有智能化程度高、安全性好、探测精准度高、适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到危爆物的探测技术领域，特指一种多源融合无人车载式爆炸物探测系统。
背景技术
预防和打击爆炸犯罪活动受到全世界各国高度重视，然而目前已有未爆物的探测方法，在探测速度、探测距离等方面还不能完全保证探测人员的安全。如何实现快速准确的爆炸物探测，减少生命财产损失，是各个国家尤其是经历战争后的国家都面临的一个严峻问题。
虽然探测未爆物器材多种多样，其使用的技术手段也不尽相同，但其探测的基本原理几乎依据的都是未爆物材料的物理特性、化学特性或其外形轮廓特征。根据所使用的技术方法的不同将目前的未爆物探测方法分为为四大类: 电子探测、机械探测、化学探测及动物探测,其中电子探测是全球各国目前使用最为频繁的一种探测手段。
电子化探测是利用电子设备，对物理参数发生变化进行分析，确认未爆物，该探测技术基本覆盖了全部的电磁波谱。机械式探测是采用探针或者土钻，进行人工探测，存在探测速度慢，效率低等特点。化学式探测是利用产生的化学反应来探测未爆物。动物探测是利用动物的某种特殊灵敏功能探测。其中最常见的是第一种探测方式，即利用电磁波进行未爆物探测，且电子探测也包含很多种不同的方式：
1.低频电磁感应探测方法，以土壤和金属目标之间电导率和磁导率的不同为基础，将未爆物的金属部件作为电磁波的探测对象。低频电磁感应探测技术简单有效，较适合单兵作业，也应用于车载探测系统。现代未爆物金属部分大幅度减少，使低频电磁感应探测在增大探测灵敏度的同时也导致虚警增多，高灵敏度探测由于土壤中未爆物及其他自然异物的构成、属性在不同条件下的随机差异，无法完全排除周围环境的干扰。
2.磁法探测，早期的未爆物基本是钢质材料制作的外壳，现在大部分的未爆物改用塑料、陶瓷外壳，但仍旧带有一定铁磁性材料制作的部件。由于铁磁性材料具有较强的磁性，因此可以利用磁性来探测未爆物。未爆物表现出的磁性，既与自身含铁磁性物质的数量、形状、材质有关，还与埋设地区的地磁要素及未爆物的轴线方法与地磁场方法的相对角度有关。在地磁场中，未爆物所表现出的磁性是多方面的，每种特性都有其相应的探测技术。
3. 超宽带探地雷达，该雷达探测法通过高频的电磁波的散射和反射，将雷达接收到的信号通过数据分析，就可以得到目标未爆物的尺寸、性质等特征信息。考虑到土壤的色散性，对目标的探测深度和探测分辨率是不能同时兼顾的。因此，实际的应用中，需要对探测深度与探测分辨率进行综合考虑。由于超宽带雷达具有极宽频谱信息量，使探测回波对各种介质的变化具有敏感的反应，增加了探测回波的干扰因素。
4.核电四极矩共振探测技术，探测炸药相比探测电场、磁场等特征更具有未爆物的本质特征。通过探测炸药而发现未爆物，产生虚警的可能性比较小，核电四极矩探测技术是一种对炸药进行探测的探测技术。电四极矩共振探测技术具有探测率高、虚警低而速度快的优势。检测电四极矩共振信号主要困难在于信号太微弱。一方面需要采用较强功能的弱信号接收技术，另一方面要研制异型天线，作为探头，这种探头发射电磁场较均匀，具一定开放性，接收效率较高，有较强的抑制空间干扰的功能。
5.红外成像探测技术，红外成像技术的发展使远距离大面积未爆物的探测成为了可能。红外未爆物探测是根据未爆物上层的土壤与周围的环境背景间的不同的热辐射差异，不同的热学特性使目标场景产生了不同的灰度差异，红外热像仪对这种辐射差异探测成像，通过未爆物和背景的热辐射的不同强度，根据这种差异从目标场景中对未爆物进行探测。
以上传统技术中所有探测基本上基于人工操作，存在探测周期长，探测效率低，存在虚警和漏报等一系列问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种智能化程度高、安全性好、探测精准度高、适用范围广的多源融合无人车载式爆炸物探测系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其包括：
无人车载平台，作为搭载探测模块的移动底盘；
三光融合成像装置，用于负责探测地表的未爆物；
电磁感应探测成像装置，用于通过电磁感应的方式进行未爆物的探测和定位；
探地雷达成像装置，用来穿透地面土层，探测地下的未爆物目标；
未爆物标识和定位装置，用于对探测到的未爆物进行标识；
数据处理与控制中心，用来控制无人车载平台的作业，并用来对探测模块的数据进行处理，判决出未爆物及其所在的位置。
作为本发明的进一步改进：所述无人车载平台用来固定和安装探测模块，提供探测模块所需的电源以及在行驶过程中接收探测模块数据处理中心发出的相应指令。
作为本发明的进一步改进：所述三光融合成像装置为激光/红外/可见光三光融合的成像装置，通过融合三种光学图像对未爆物进行探测。
作为本发明的进一步改进：所述电磁感应探测成像装置采用电磁感应线圈阵列结构，通过多个线圈实现未爆物的探测和定位。
作为本发明的进一步改进：所述探地雷达成像装置采用S波段的超宽带雷达，穿透地面土层，探测地下的未爆物目标。
作为本发明的进一步改进：所述未爆物标识和定位装置用于对探测到的未爆物进行标识。
作为本发明的进一步改进：所述数据处理与控制中心向上连接无人车车载平台的控制端，向下连接各个探测模块及未爆物标识和定位装置，探测模块将获得的图像和数据通过网络全部送给数据处理与控制中心，数据处理与控制中心融合三种探测模块的图像，并进行比对和判决，确定是否存在未爆物及其所在的位置。
作为本发明的进一步改进：所述电磁感应探测成像装置、探地雷达成像装置以及未爆物标识和定位装置三个模块通过机械装置伸出无人车载平台的车体，探地雷达成像装置以及未爆物标识和定位装置位于车的前端，三光融合成像装置通过一个支撑杆位于车的顶部，数据处理与控制中心位于车内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，通过采用无人车平台及多种探测器融合的方式，实现对所有地上和地下未爆物进行全面探测，探测方式采用全自主作业，减少人工干预。
2、本发明的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，可以同时检测地面未爆物和地下未爆物，采用三光融合成像、探地雷达成像装置和电磁感应成像三种方法同时检测地面未爆物和地下未爆物，开辟快速通道和清扫大面积未爆物场地。
3、本发明的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，分别通过不同传感器获得同一目标信息，并进行比较判决，提高目标的检测概率，降低系统的虚警率。
4、本发明的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，通过获得目标的图像，采用目标识别，结合深度学习的方法，有效判别未爆物的种类和标记危险程度。
5、本发明的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，通过无人车自主作业的方式，降低风险，保证检测人员的生命安全。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意图。
图2是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。
图例说明：
1、无人车载平台；2、三光融合成像装置；3、电磁感应探测成像装置；4、探地雷达成像装置；5、未爆物标识和定位装置；6、数据处理与控制中心。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种多源融合无人车载式爆炸物探测系统，包括：
无人车载平台1，作为搭载探测模块的移动底盘；
三光融合成像装置2，用于负责探测地表的未爆物；
电磁感应探测成像装置3，用于通过电磁感应的方式进行未爆物的探测和定位；
探地雷达成像装置4，用来穿透地面土层，探测地下的未爆物目标；
未爆物标识和定位装置5，用于对探测到的未爆物进行标识；
数据处理与控制中心6，用来控制无人车载平台1的作业，并用来对探测模块的数据进行处理，判决出未爆物及其所在的位置。
在具体应用实例中，无人车载平台1用来固定和安装探测模块，提供探测模块所需的电源以及在行驶过程中接收探测模块数据处理中心发出的相应指令，如停止前进，继续前进，加速等。可以理解，只要满足上述能力的无人车均可以实现本发明的目的，均应在本发明的保护范围之内。
在具体应用实例中，三光融合成像装置采用激光/红外/可见光三光融合的成像装置，其中可见光主要用于光线条件较好的白天探测，而红外主要用于晚上等照明条件较差的情况下探测，激光雷达成像主要辅助可见光和红外对前端未爆物进行识别和测距，通过融合三种光学图像，能够同时支持白天和夜晚的探测任务，减少环境对未爆物探测系统的影响。
在具体应用实例中，电磁感应探测成像装置3采用电磁感应线圈阵列结构，通过多个线圈实现未爆物的探测和定位，同时由于多个探测线圈的同时使用，能够进一步降低虚警。
在具体应用实例中，探地雷达成像装置4采用S波段的超宽带雷达成像技术，通过穿透地面土层，探测地下的未爆物目标，检测分辨率能够达到mm级别。
未爆物标识和定位装置5，主要用于对探测到的未爆物进行标识以保证后续的未爆物排除过程，当电磁感应探测成像装置3和探地雷达成像装置4都确定发现未爆物时，通过数据处理中心6启动未爆物标识和定位装置，根据数据处理与控制中心6确定的位置信息，转动喷头，在定位的位置处喷出白色液态油漆或者类似标志物，用于标识未爆物位置。由于是使用无人车自主作业，排除过程车辆必须进行后退或移动，所以标识和定位是非常重要的。
在具体应用实例中，数据处理与控制中心6向上连接无人车车载平台的控制端，向下连接各个探测模块个标识系统，探测模块将获得的图像和数据通过网络全部送给数据处理与控制中心6，数据处理与控制中心6融合三种探测模块的图像，并进行比对和判决，确定是否存在未爆物及其所在的位置。
本发明的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，工作流程为：
首先，各个模块按照图2所示的结构进行安装，电磁感应探测成像装置3、探地雷达成像装置4以及未爆物标识和定位装置5三个模块通过机械装置伸出无人车载平台1的车体，位于车的前端，三光融合成像装置（激光/红外/可见光的三光融合装置）通过一个支撑杆位于车的顶部，数据处理与控制中心6位于车内。
当开始执行未爆物探测时，激光/红外/可见光的三光融合装置照射前端，获得地面未爆物的图像，并传送给数据处理中心进行目标识别，由于激光/红外/可见光的三光融合装置的探测距离在100m以上，所以会先检测地面较远处的未爆物，并进行未爆物扫除。
当表面未爆物基本排除后，使用电磁感应探测成像装置3、探地雷达成像装置4对地下未爆物和表面未被光学系统探测到的未爆物进行探测，电磁感应探测成像装置3、探地雷达成像装置4分别获得的图像都传输至数据处理与控制中心6。当车辆在行进过程中，只要探测到异常则发射停止命令给车载控制系统，使得车辆停止。探地雷达成像装置4的电磁感应的成像速度能够达到30ms以下，满足车辆前进过程中的实时处理要求。
当探测到地下的未爆物时，使用未爆物标识和定位装置5的未爆物标识和定位功能对未爆物的位置进行精确标记，由于电磁感应探测成像装置3、探地雷达成像装置4都是近距离探测，当需要排除未爆物时车辆必须后退，保证无人车的安全，这就必须要求系统中能够对探测到的未爆物进行有效标识。
当探测到未爆物时，必须进行有效的排查，车辆才能前进，同时本发明支持将车辆平台获得的图像信息无线传送至远端的数据处理与控制中心6，供人工判别和参考。
本发明使用红外、激光以及可见光三光融合的成像探测技术，同时结合超宽带探地雷达成像装置4和电磁感应探测成像装置3同时对地面和地下的爆炸物进行探测，开辟快速通道和清扫大面积未爆物场地，采用无人车平台作为主控，最终形成了无人化的多源融合爆炸物探测系统。通过无人车自主作业的方式，降低风险，保证检测人员的生命安全，同时支持自主-半自主的探测操作。本发明中采用通道多源融合的方式，分别通过不同传感器获得同一目标信息，并进行比较判决，提高目标的检测概率，降低系统的虚警率。进一步还可以通过获得目标的图像，采用目标识别，结合深度学习的方法，有效判别未爆物的种类和标记危险程度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，包括：
无人车载平台，作为搭载探测模块的移动底盘；
三光融合成像装置，用于负责探测地表的未爆物；所述三光融合成像装置为激光/红外/可见光三光融合的成像装置，通过融合三种光学图像对未爆物进行探测；
电磁感应探测成像装置，用于通过电磁感应的方式进行未爆物的探测和定位；
探地雷达成像装置，用来穿透地面土层，探测地下的未爆物目标；
未爆物标识和定位装置，用于对探测到的未爆物进行标识；
数据处理与控制中心，用来控制无人车载平台的作业，并用来对探测模块的数据进行处理，判决出未爆物及其所在的位置。
2.根据权利要求1所述的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，所述无人车载平台用来固定和安装探测模块，提供探测模块所需的电源以及在行驶过程中接收探测模块数据处理中心发出的相应指令。
3.根据权利要求1所述的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，所述电磁感应探测成像装置采用电磁感应线圈阵列结构，通过多个线圈实现未爆物的探测和定位。
4.根据权利要求1所述的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，所述探地雷达成像装置采用S波段的超宽带雷达，穿透地面土层，探测地下的未爆物目标。
5.根据权利要求1所述的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，所述未爆物标识和定位装置用于对探测到的未爆物进行标识。
6.根据权利要求1所述的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，所述数据处理与控制中心向上连接无人车车载平台的控制端，向下连接各个探测模块及未爆物标识和定位装置，探测模块将获得的图像和数据通过网络全部送给数据处理与控制中心，数据处理与控制中心融合三种探测模块的图像，并进行比对和判决，确定是否存在未爆物及其所在的位置。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的多源融合无人车载式爆炸物探测系统，其特征在于，所述电磁感应探测成像装置、探地雷达成像装置以及未爆物标识和定位装置三个模块通过机械装置伸出无人车载平台的车体，探地雷达成像装置以及未爆物标识和定位装置位于车的前端，三光融合成像装置通过一个支撑杆位于车的顶部，数据处理与控制中心位于车内。
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