万永亮 陈世华 铁列克 杨萌 尹帅 成智威

大型车辆集装箱检查系统（以下简称H986）作为非侵入式查验技术装备，被广泛用于全国海关各口岸查验现场，实现了进出口货物的快速查验，达到了反恐、税收、缉毒、缉私的目的。该系统为二类射线装置，射线能量较高，查验时要求车上人员必须下车并远离作业现场。但为防止人员滞留车辆/集装箱内，或者在车辆/集装箱内故意藏匿人员或活体动物，从而造成被射线束意外照射的辐射安全事故，本文对生命探测技术在口岸查验中的应用开展研究。经过分析各种生命探测技术的原理和在口岸查验应用中的优缺点，选择适合口岸现场的微震动生命探测技术开展应用方法研究。通过运用基于微震动生命探测技术的生命探测设备与H986系统相结合，实现H986查验前对车辆、集装箱内人员的快速筛查。同时，该系统还可用于对利用车辆、集装箱进行人员偷渡或活体动物走私的查验。该技术在边境口岸的应用可进一步提升口岸查验科技装备效能，筑牢国门安全第一道防线。

1 生命探测技术概述

生命探测就是利用传感器技术，采集生命体发出的生理、物理、化学信息，并对生命体进行有效识别与定位。其使用方式分为接触式和非接触式两种，其中非接触式生命探测技术摆脱了传感器对探测对象的约束，具备非接触、探测距离远的优点，广泛应用于监狱、戒毒所、核电站、军用设施、人员搜救以及消防救援等多个领域^[1]。非接触式生命探测技术主要有6种代表产品，包括红外生命探测设备、音频生命探测设备、二氧化碳生命探测设备、电磁波生命探测设备、光学生命探测设备、微震动生命探测设备。

1.1 红外生命探测设备

温度在绝对零度以上任何物体都会产生红外辐射，生命体是一种天然红外辐射源，人体的红外辐射具有其自身特点，人体皮肤8～14 μm的红外辐射范围占人体全部辐射能量的46%，这是设计红外生命探测设备的重要技术参数^[2]。红外生命探测设备利用这种差别，以成像的方式把人体目标与背景分开。红外生命探测设备适用于消防、矿山坍塌等的救援，在陆路口岸使用中因无法穿透金属、玻璃，且热成像方式不能有其他热成像物体干扰等缺点，因此不适用于车辆和集装箱的生命探测^[3]。

1.2 音频生命探测设备

音频生命探测设备（又称声波探测设备）应用声波和震荡波原理，采用微电子处理器和声音/振动传感器，探测生命体征，诸如呼吸、心跳、爬行等产生的微弱声波和震动波，通过过滤噪声波和背景干扰来探测生命体是否存在。由于口岸现场音频环境复杂，可能影响到探测的准确性，有时需要将探头贴近或深入集装箱内部，探测速度较慢^[4]。

1.3 二氧化碳生命探测设备

在废墟、集装箱内、室内的人体或者有生命体征的物体会呼出二氧化碳，二氧化碳生命探测设备对二氧化碳气体进行分析，从而感知生物个体的存在。人呼出的空气中包含二氧化碳，休息时二氧化碳含量为1%，工作时为9%。正常的清洁空气中含有0.039%～0.04%的二氧化碳，若人在密闭环境下，二氧化碳的含量会增加，从而给设备提供探测条件。二氧化碳生命探测设备适用于仅通过摄像头很难找到幸存者的区域，如地下、坍塌的建筑物，在陆路口岸使用中，存在需开箱检测等缺点^[5]。

1.4 电磁波生命探测设备

人类心脏跳动会产生30 Hz以下的超低频非一致性电场，向360°扩展，该超低频电场可穿透钢筋混凝土物墙、树木等。电磁波生命探测设备就是借着感应人体所发超低频电场来找到生命体的位置。配备极化电波过滤器可区别于其他动物的电场，如狗、猫、马等，电磁波生命探测器在口岸应用潜力较大，在金属屏蔽物生命体探测，特别是针对动物搜检方面，还需要开展大量的基础研究^[6-7]。

1.5 光学生命探测设备

光学生命探测仪又称“蛇眼”，类似医学检查时用的内窥镜，利用光的反射性进行生命探测。光学生命探测设备的主体呈管状，非常柔韧，能在复杂环境中自由扭动，前端有细小的探头，可深入微小的缝隙探测，通过管线将信息传输回来，工作人员利用观察器可以观看。光学生命探测设备适用于小范围搜寻，不适于车辆或集装箱等大体积范围内非侵入搜寻，使用受限^[8]。

1.6 微震动生命探测设备

微震动生命探测系统是一种利用心脏跳动的微小震动传感信号对生命体进行探测的设备。车辆或集装箱内部藏匿者的心脏会产生有节律的跳动，此震动会传递到车辆的悬挂、底部支撑系统上。微震动生命探测系统通过传感器连接到被测车辆，采集震动信号，以此震动分析为基础来探测车辆或集装箱是否有人存在。该技术采用被动式检测，对操作员和被检车辆人员安全无害，环境要求低，检测效率高，可连续工作，随时部署。

综上所述，微震动生命探测设备的使用场景和限制条件在 6类设备中是最适合口岸车辆、集装箱查验等实际工作环境的。本文选择该设备进行现场测试实验，结果表明，该设备与H986配合，完全可以达到H986开机前对运输工具内人员生命特征快速筛查的目的。

2 设备及其原理

2.1 微震动生命探测设备原理

设备选用北京合鲸科技发展有限公司研发的微震动车辆安检系统，设备主要包括系统主机、车辆传感器、地面传感器、数据采集器与传感器电缆，系统检测原理如图1所示。

图1 微震动车辆安检系统检测原理图

Fig.1 Detection principle of micro-vibration vehicle security inspection system

2.1.1 数据分析处理装置

微震动车辆安检系统通过连接在车辆悬挂、车厢底部等位置的车辆传感器，采集人体心脏产生的有节律的震动，并通过无线或数据线缆传递回数据分析器，以地面传感器检测的信号为基准，将车辆传感器检测的信号滤除地面传感器检测的信号，得到车辆的微震动信号，将该微震动信号的波形与波形库中的标准波形进行比较，从而判断被检测运输工具内是否存在生命体，在显示终端上明确显示，并伴随声音报警。

2.1.2 地面、车辆传感器

可靠性及抗干扰性：无误触发、抗干扰性强；工作电压：12 VDC；频率范围：0.5～20 Hz；工作温度范围：-20～60℃；检测方向：全向；控制范围：不小于 25 m²；输出脉冲宽度：与振动信号幅度成正比；无线传感器与接收器传输距离距离：180 m。

2.2 应用技术

2.2.1 环境检测技术

微震动生命探测设备具有环境声波过滤装置，通过高灵敏环境检测器，采集环境噪音（震动），在硬件降噪单元实现大部分环境噪声（震动）过滤消除。实现快速判断，使单台车辆检测时间降低至60 s之内，同时增加系统检测安全系数。

2.2.2 环境模型库技术

研究各型车体结构（含减震器及车胎）在其自然频带内车外干扰对车体的频率响应函数，评估各型车体在承受环境震动时，频率范围内的响应与环境震动之间的响应比例关系，并将此响应比例关系建立资料库。应用此技术，设备可针对不同车型将外在干扰所造成的共振信号精准过滤，残留的信号几乎可视为车内活体心跳所引发的共震信号，可大幅提升侦测的精准度。

2.2.3 微震感测仪信号调节技术

本设备引入微震感测器信号调节技术，在微震感测器与信号采集卡之间加入一个信号调节器，以增加侦测准确率，此信号调节器的功能主要有两点：一是低通滤波，可避免高频信号映像至自然频段内而造成误判；二是放大信号，由于微震信号非常微弱，若未经放大，可能会低于信号采集卡本身的电路噪声，造成错判^[9]。

3 设备验证及结果

3.1 测试过程

使用微震动车辆安检系统开展以下4组实验测试：第1组简易板车测试；第2组轿车测试；第3组客车测试；第4组载货挂车测试。其中，第4组测试分为以下步骤。

（1）选择周围没有其他干扰的稳定环境为检测区，将待检车辆开到检测区熄火，司机下车，关闭车门和音响等电子设备，测试过程中现场工作人员不得走动。（2）连接设备，将2个车辆传感器分前后呈对角线吸在车辆悬挂梁上；3个地面传感器分车头、车中、车尾的方位放在待检车辆的一侧，距离车辆3 m左右。（3）打开测试软件，根据测试车辆的车型选择不同的灵敏度进行测试，其中简易板车选择灵敏度1、轿车选择灵敏度2、客车选择灵敏度3、载货挂车选择灵敏度4。（4）点击软件界面中的测试按钮进行测试。结果为绿灯时，则待检车内无生命体存在；结果为红灯时，则待检车内存在生命体，需开展人工排查；结果为黄灯时，则可能是干扰因素导致，需先排查干扰因素重新测试，如多次测试都为黄灯，则需进行人工检查。（5）检测完毕，取下车辆、地面传感器，关闭主机系统及电源。

3.2 测试结果

测试结果表明，微震动生命探测设备对各类运输工具和集装箱内的人员生命迹象的检出率很高。微震动车辆安检系统在车辆内有人员时，完全可以检查出存在生命迹象。另外，车辆在静止状态下，系统可在8～30 s内给出检测结果。车辆刚熄火状态下，还存在冷却风扇持续短时转动的情况，启动系统不会产生亮黄灯中断的情况，运行40～50 s可以给出检测结果，测试结果汇总见表1。

3.3 动物筛查实验

选择体重约3 kg、体长约25 cm的小型宠物猫1只，体重约4 kg、体长约20 cm的小型宠物犬1只，体重约1 kg宠物龟2只作为动物活体筛查实验对象，选择轿车为测试车辆，筛查结果汇总见表2。

对宠物猫测试时，检出率约为70%，考虑到猫比较安静，体格小，结果可以接受。对宠物狗测试时，由于小狗活跃度高，系统显示黄灯，主要原因是狗比较活跃好动而引起震动。在车辆已关、周围无明显振动情况下，证明车内有活动物体，需要开箱检查,可以认为设备检出活体动物。对宠物龟测试时，显示绿灯，未检出活体动物。

4 口岸现场应用及发展前景

4.1 现场应用

（1）微震动生命探测技术设备直接应用于口岸进出境车辆/集装箱的人员藏匿查验。（2）微振动生命探测技术设备与H986配套使用。车辆/集装箱进入H986，H986根据微振动生命探测技术设备反馈的探测结果判断启动与否。操作方式为：如探测结果为黄灯，则停止启动H986，微振动生命探测系统重新检测；如探测结果为红灯，则停止启动H986系统，在确保车上人员撤离后，重新启动微振动生命探测系统进行检测；若探测结果为绿灯，则实时启动H986。（3）将微震动生命探测技术设备嵌入到H986。作为H986的一部分，为H986增加生命探测功能。

4.2 发展前景

4.2.1 动物生命探测技术研究

从第3.3节动物筛查实验数据可以看出，虽然数据样本少，但基本上可得出该系统对中大型哺乳动物有较好的探测效果，对小型哺乳动物有一定效果，爬行动物没效果，这主要与各种动物的心脏振动频率不同以及动物大小有关。

2010—2020年，全国海关濒危物种走私查获案件数呈现先增后减趋势^[10]，为获取高额的经济利润或满足好奇心，犯罪嫌疑人运用多种躲避海关监管的手段实施珍贵动物走私，严重危害了国家珍贵动物进出口管理制度，未经检疫合格的野生动物入境还可能造成病毒传播。

开发基于微震动生命探测技术的动物生命探测设备，为边境口岸打击和防范利用车辆、集装箱进行藏匿或走私活体动物行为提供新的非侵入查验手段。为此，还需针对动物尤其是禽类和爬行动物心跳所产生的震动波形开展大量基础性研究^[11]，进一步提高查验动物范围种类和准确度。

4.2.2 自动化探测技术研究

该微震动生命探测设备工作时需要将2个传感器放置到车辆的悬挂、车厢底部等位置，由于车型不同，车辆底部尺寸和支撑系统位置差别很大，目前需要人工放置。因此，结合口岸查验场景开发智能探测系统也是下一步研究方向。

5 结语

本文采用微震动生命探测设备与口岸监管查验相结合，实现对运输工具、集装箱内人员生命体征的快速筛查，可最大限度地避免H986射线造成辐射照射安全事故。该设备对人员探测准确性高，可广泛应用于口岸进出口运输工具、集装箱内生命体快速筛查等领域。

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