CC BY
1403
УДК 62+339.543.5 ББК 32.965
С.А. ОГОРОДНИКОВ, С.В. СИМОЧКО,
Ю.В. МАЛЫШЕНКО
Инспекционно-досмотровый комплекс СТ-6035
Рассматриваются устройство и порядок применения российского инспекционно-досмотрового комплекса СТ-6035, предназначенного для осмотра автотранспортных средств с перевозимыми грузами. Обсуждаются технические характеристики и функциональные возможности комплекса для целей таможенного контроля.
Ключевые слова: инспекционно-досмотровый комплекс, генератор излучения, детекторная линейка, рабочая станция, анализ изображения, радиационная безопасность.
S.A.Ogorodnikov, S.V. Simochko, Y.V. Malyshencko
Inspection and examination complex ST-6035
The article describes the structure and operation order of the Russian inspection and examination complex ST-6035 designed for inspection of cargo-carrying vehicles. The technical characteristics and functional capabilities of the complex for the purpose of customs control are discussed.
Key words: inspection and examination complex, radiation generator, linear array, working station, image analyses, radiation security.
В Приморском крае на МАПП «Пограничный» по согласованной программе заводских приемо-сдаточных испытаний и с участием государственного заказчика 12 декабря 2013 г. успешно завершены заводские испытания инспекционно-досмотрового комплекса (ИДК) СТ-6035. В ходе испытаний было продемонстрировано технологическое оборудование комплекса, протестированы его основные технические характеристики в зимних условиях эксплуатации (при температуре наружного воздуха -25 °С).
ИДК - очень сложные и дорогостоящие технические устройства. Всего несколько стран в мире, в том числе Россия, наладили их проектирование
ОГОРОДНИКОВ Сергей Анатольевич — кандидат технических наук, директор по науке и технологиям ООО «Скантроник Системе», г. Владивосток.
СИМОЧКО Сергей Владимирович — заместитель председателя Совета директоров ООО «Скантроник си-стемс», г. Владивосток.
МАЛЫШЕНКО Юрий Вениаминович — профессор, доктор технических наук, профессор кафедры организации таможенного контроля и технических средств таможенного контроля Владивостокского филиала Российской таможенной академии, г. Владивосток.
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА
71
и производство. Фактически СТ-6035 - это первый отечественный легко возводимый ИДК, доведенный до стадии внедрения в промышленную эксплуатацию. Он установлен на территории вновь строящегося таможенного перехода в непосредственной близости от границы с КНР. Предполагается, что он будет применяться для осмотра автотранспортных средств, перемещающих товары и пассажиров из КНР в Россию.
В создании комплекса участвовали: «Скантроник Системс» - разработчик комплекса программного обеспечения [2]; НИИЯФ МГУ им. Д.В. Скобельцына - разработчик и производитель клистронного ускорителя электронов; ФГУП НПП «Торий», ФГУП НПП «Пульсар», ОАО НИИСВТ, входящие в ОАО «Росэлектроника», - производители компонентов и узлов.
Комплекс находится в закрытом строении (ангаре) с системой отопления и освещения, осуществлять его эксплуатацию можно в любое время года (рис. 1). Он позволяет производить рентгеновское просвечивание 40-футового контейнера вместе с перемещающим его транспортным средством.
Рис. 1. Внешний вид ангара ИДК
Внутри ангара находится досмотровый туннель для объекта контроля и помещения для персонала и водителя осматриваемого автотранспортного средства.
Туннель с двух сторон имеет ворота, управляемые автоматикой. Автотранспортное средство въезжает в одни ворота, а выезжает через другие. Внутри туннеля находятся рельсы, по которым перемещается передвижная рама (рис. 2). Ширина просвета между рельсами - 9,29 метра. Дорожка для передвижения автотранспортного средства расположена между рельсами и ограничена бортиком из труб, окрашенных в желтый цвет.
72
ТАМОЖЕННАЯ ПОЛИТИКА РОССИИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ № 1(66)/2014
Основные характеристики комплекса, которые были подтверждены в ходе испытаний:
— максимальные габариты объекта контроля: 20 х 3 х 4,5 м;
— энергия излучения: 6 и 3,5 МэВ;
— частота повторения импульсов излучений: 2 х 200 Гц;
— проникающая способность по стали: 400 мм;
— чувствительность по проволоке: без преграды - 0,5 мм, за 100 мм стали - 1,0 мм, за 250 мм стали - 6,0 мм;
— контрастная чувствительность: за 40 мм стали - <1%, за 200 мм стали -0,5%, за 300 мм стали - 1%.
Рис. 2. Передвижная рама с генератором и детекторной линейкой
В досмотровом туннеле находится передвижная рама, которая представляет собой портал с опорными точками на двух рельсах. На одной базовой точке располагается платформа с бунгало с излучателем, модулятором, чил-лером (системой охлаждения), фильтром, коллиматором и электрическим шкафом (рис. 2, справа). На другой базовой точке размещается дугообразная линейка детекторов с чувствительными элементами и платами электроники, а также свинцовый поглотитель пучка по всей высоте дуги, предотвращающий выход пучка в окружающее пространство (рис. 2, слева). Компоненты этой передвижной рамы обеспечивают генерацию рентгеновского излучения в направлении просвечиваемого объекта и регистрацию излучения, прошедшего через автотранспортное средство. Высота рамы должна быть выше объекта контроля, так как в процессе сканирования она передвигается по рельсам, оставляя под собой сканируемое автотранспортное средство (рис. 3).
Возможно несколько скоростей перемещения передвижной рамы: 9, 18 и 36 м/мин.
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА
73
Процесс осмотра с помощью данного комплекса можно представить в виде следующих операций:
1. Ворота открываются. Автотранспортное средство заезжает в досмотровый туннель.
2. Ворота закрываются. Водитель в сопровождении одного из операторов комплекса покидает машину и выходит через специальную дверь из досмотрового туннеля.
Рис. 3. Движение рамы в процессе сканирования
3. Старший смены по системе видеонаблюдения проверяет отсутствие людей в досмотровом туннеле. Если по данным системы мониторинга нет блокировок, он со специального пульта дает команду на включение генератора и сканирование. Передвижная рама двигается по рельсам и генератор периодически с частотой 2 х 200 Гц излучает кванты рентгеновского излучения.
4. Детекторная линейка периодически фиксирует интенсивность прошедшего через объект излучения. Данные с детекторной линейки передаются в компьютерную систему, которая формирует рентгеновский снимок (изображение) объекта.
5. Одновременно через станцию ввода документов сканируются документы перевозчика и заносятся в базу данных комплекса.
6. После сканирования полученное рентгеновское изображение, вместе со сканированными документами, передается для анализа оператору изображений. По результатам анализа принимается решение: есть или нет подозрения в отношении осмотренного объекта.
7. По завершению сканирования и выключения генератора открывается дверь в досмотровый туннель, водитель проходит к машине, открываются ворота ангара и машина выводится из досмотрового туннеля.
74
ТАМОЖЕННАЯ ПОЛИТИКА РОССИИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ № 1(66)/2014
8. Выехав из ангара, водитель ожидает решения по результатам осмотра.
Основными и наиболее наукоемкими компонентами ИДК являются источник излучения и детекторная линейка, параметры которых во многом определяют радиационно-физические параметры ИДК и качество получаемого рентгеновского изображения.
Источник излучения представляет собой клистронный линейный ускоритель электронов УЭЛР-6-1-Д-4-01 производства совместного предприятия компании «Скантроник Системс» и МГУ им. М.В. Ломоносова (рис. 4).
а б
Рис. 4. Вид спереди бунгало с генератором - (а); то же, но со снятой передней панелью (б)
Генератор комплекса работает в импульсном режиме, последовательно выдавая короткие пары импульсов излучения с частотой 200 Гц с энергиями 6 и 3,5 МэВ. Нечетные импульсы каждой пары имеют высокую энергию, четные - низкую. Использование импульсов с разными энергиями позволяет оценивать эффективный атомный номер материала (Z) в точке прохождения рентгеновского луча [3, 4]. При этом стало возможным классифицировать материалы по четырем группам:
— «органические» материалы с малым атомным номером (1 < Z < 10);
— материалы со средним атомным номером (10 < Z < 20);
— «неорганические» материалы (20 < Z < 50);
— тяжелые металлы с высоким атомным номером (Z > 50).
Специальной коллимационной системой рентгеновское излучение формируется в узкий веерообразный луч шириной 3 мм. На рис. 3 хорошо видна щель коллиматора.
Прошедшие через объект контроля рентгеновские лучи попадают на детекторную линейку (рис. 5а). Система детектирования предназначена
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА
75
для измерения интенсивности тормозного излучения, прошедшего через объект контроля. Конструктивно она представляет собой дугообразную линейку детекторов с чувствительными элементами-детекторами, расположенными вдоль дуги окружности с центром в фокусном пятне ускорителя. Дугообразная форма позволяет устранить искажения, возникающие из-за разного расстояния от фокуса источника излучения до детекторов, если бы детекторная линейка была бы прямолинейной.
Используются сцинтилляционные детекторы. Такой детектор представляет собой пару «люминофор, светящийся при попадании на него квантов рентгеновского излучения + фотодиод». Фотодиод преобразует свечение в аналоговый сигнал в виде электрического тока, величина которого зависит от величины энергии квантов, попавших на люминофор.
Детекторная линейка собирается из печатных модулей (рис. 5б), на каждом из которых установлено по 8 детекторов, каждый детектор имеет ширину 3 мм. Всего детекторная линейка может содержать до 2 112 штук детекторов.
а б
Рис. 5. Детекторная линейка (а) и модуль с детекторами (б)
Аналоговые сигналы с детекторов преобразовываются в цифровую форму и передаются на компьютерную систему комплекса, в которой, с помощью
76
ТАМОЖЕННАЯ ПОЛИТИКА РОССИИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ № 1(66)/2014
специализированного программного обеспечения, производится окончательная обработка данных, включая коррекцию и фильтрацию, формирование и визуализацию черно-белого или цветного изображения сканируемого объекта на мониторе компьютера.
Для снижения влияния окружающей среды детекторы и электронные компоненты детекторной линейки размещаются в дугообразном стальном корпусе с изоляцией от электромагнитных помех и сопряженном с приточновытяжной энергосберегающей установкой «Климат СК-012» (рис. 5а), обеспечивающей замкнутую циркуляцию воздуха с осушением и поддерживающей требуемую температуру внутри корпуса. Для работы с данными и управления комплексом имеется несколько персональных компьютеров, организованных в вычислительную сеть. Компьютер с прикладным программным обеспечением называют станцией. Станции имеют названия, отражающие основное назначение ее прикладного программного обеспечения. Структура компьютерной системы комплекса показана на рис. 6.
Операторы ИДК работают со следующими рабочими станциями:
— ввод документации (к ней подключен сканер);
— управление комплексом;
— сбор данных;
— начальник смены;
— анализ изображений.
Шкаф адрвдрный
Рис. 6. Структура компьютерной системы ИДК СТ-6035
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА
77
Рис. 7. Место расположения рабочей станции ввода документации
станции отображаются положения в ходе сканирования (рис. 10).
Рабочая станция ввода товаросопроводительной документации находится в небольшом помещении прямо на выходе из перехода, по которому водитель выходит из досмотрового туннеля (рис. 7). Один из операторов комплекса сканирует и вводит в базу данных ИДК данные и документы, представленные водителем (рис. 8).
Остальные станции находятся в отдельном большом помещении (рис. 9).
Рабочая станция оператора сканирования обеспечивает управление и мониторинг технологического оборудования комплекса. По сетевому интерфейсу TCP/IP она имеет связь с системой детектирования комплекса и другими рабочими станциями компьютерной системы комплекса, а также с логическим контроллером. В частности, на мониторе ворот, перемещение передвижной рамы
Рис. 8. Экран отображения данных и документов
78
ТАМОЖЕННАЯ ПОЛИТИКА РОССИИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ № 1(66)/2014
Рис. 9. Помещение операторов комплекса
Рис. 10. Отображение процесса сканирования
На рабочей станции анализа изображений осуществляется анализ рентгеновского изображения сканированного объекта и соответствующей товаросопроводительной документации.
Всего станций три, т. е. одновременно могут анализироваться три изображения (рис. 9). Изображение для анализа выбирается из каталога
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА
79
готовых к обработке изображений. Анализ выполняется с помощью специальной программы, имеющей панель управления со множеством кнопок, которыми можно выбирать различные режимы анализа (изменение яркости и контрастности, фильтры, выделение и увеличение фрагментов, оценка размеров, использование разных цветовых палитр для выделения мест с различной плотностью, и др.).
Рис. 11. Мониторы оператора анализа изображений
Оператор обычно использует два монитора (рис. 11). На один выводится анализируемое изображение, на второй - товаросопроводительная документация и административные данные по объекту. Подозрительные места выделяются оператором на изображении, и в дальнейшем эта информация используется при проведении ручного досмотра. Экран станции с изображением показан на рис. 12.
Рабочая станция сбора данных осуществляет сбор данных с детекторной линейки, их первичную обработку и запись результатов в базу данных комплекса; через нее можно делать разные настройки детекторной линейки, осуществлять проверку ее работоспособности; управлять ею можно с рабочего места оператора сканирования.
Большое внимание при разработке комплекса уделялось радиационной безопасности. Система радиационной безопасности комплекса фактически обеспечивает защиту на уровне требований для населения, т. е. допускается дополнительная годовая доза не более 1 мЗв.
Меры защиты от ионизирующего излучения обеспечиваются следующими техническими решениями:
— досмотровый туннель имеет защитные ворота для въезда и выезда объектов контроля, оборудованные световой сигнализацией, датчиками
80
ТАМОЖЕННАЯ ПОЛИТИКА РОССИИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ № 1(66)/2014
и блокировками, исключающими возможность включения генератора излучения при незакрытых воротах;
— генерация рентгеновского излучения короткими импульсами и только в период нахождения объекта контроля в зоне рентгеновского луча. При выключении питания генератор выключается и полностью безопасен;
— сам генератор находится в защищенном кожухе, с помощью коллиматора луч концентрируется в определенном направлении, за детекторной линейкой установлена свинцовая защита;
Рис. 12. Изображение на мониторе станции анализа изображений
— операторы комплекса находятся вне досмотрового туннеля за железобетонными стенами;
— система мониторинга (в том числе состояния системы безопасности) дает разрешение на включение генератора только при соблюдении мер безопасности и отсутствии блокировок;
— невозможно включение генерации излучения при открытой двери входа в досмотровый туннель;
— внутри досмотрового туннеля имеются кнопки аварийного останова, выдергиваемые тросы с аварийным остановом для выключения генерации излучения в случае случайного попадания туда людей и в других аварийных ситуациях;
— в помещении операторов комплекса установлен дозиметр гамма-и рентгеновского излучения ДКС-АТ1123 (рис. 13а), который дает звуковое предупреждение и отключает генерацию излучения в случае превышения порогового значения;
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА
81
— осуществляется постоянный видеоконтроль за обстановкой с помощью системы видеонаблюдения на базе компьютера (рис. 13б), состоящей из пяти камер наблюдения (две - внутри туннеля, две - снаружи ангара, одна -в лабиринте входа в досмотровый туннель);
а
б
Рис. 13. Дозиметр ДКС-АТ1123 (а), монитор с изображениями от видеокамер (б)
— кнопки аварийного выключения на пульте управления оператора, а также в непосредственной близости от источника излучения и детекторов;
— подсистема радиосвязи (стационарная рация у системного оператора, три переносных рации для других операторов);
— подсистема оповещения с микрофоном у системного оператора и громкоговорителями, размещенными внутри досмотрового туннеля;
— светофоры на въезде и выезде ангара, звуковая сирена.
В заключение отметим, что ИДК СТ-6035 полностью разработан и изготовлен в России, хотя и были использованы некоторые комплектующие зарубежного производства.
ФТС России сегодня использует около шестидесяти зарубежных ИДК различного назначения, в том числе легко возводимые [1]. В данном ИДК использован ряд оригинальных технических решений, что позволило обеспечить более высокие параметры некоторых характеристик ИДК, по сравнению с зарубежными аналогами, а также обеспечить некоторые дополнительные функции.
Так, перед каждым сканированием несколько секунд осуществляется калибровка измерительной системы, для обеспечения равномерности движения рамы используется лазерная система контроля движения, датчики детекторной системы имеют уменьшенные размеры и повышенную чувствительность, и др. Это позволило обеспечить более высокие проникающую (на уровне стационарных ИДК с генератором 9 МэВ) и разрешающую способности.
82
ТАМОЖЕННАЯ ПОЛИТИКА РОССИИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ № 1(66)/2014
Оригинальные алгоритмы, реализованные в станциях сбора данных и анализа изображений, позволяют с высокой достоверностью разделять материалы на группы по эффективному атомному весу, оценивать вес материалов в выбранном фрагменте изображения.
Такие сложные комплексы, как ИДК, требуют больших расходов на эксплуатацию, со временем возникает нужда в ремонте и модернизации. При этом программное обеспечение, схемотехника и конструкции наиболее важных узлов является ноу-хау фирм-производителей. В связи с этим для ремонта и модернизации ИДК приходится привлекать зарубежные фирмы, что в разы увеличивает соответствующие расходы. Поэтому создание и использование отечественных ИДК, несомненно, будет способствовать развитию в России нового наукоемкого производства и снизит расходы на оснащение таможенных органов.
Список литературы
1. Малышенко Ю. В. Начальная подготовка персонала инспекционнодосмотровых комплексов: учебник / Ю. В. Малышенко, С. С. Ярошенко, С. В. Симочко; под ред. Ю. В. Малышенко. Владивосток: РИО Владивостокского филиала Российской таможенной академии, 2010. 460 с.
2. Система досмотра транспортных средств [Электронный ресурс]. URL: www.scantronicsystems.com
3. Ogorodnikov S. A. Physical Review Special Topics / S. A. Ogorodnikov, V. I. Petrunin. Processing of interlaced images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition // Accelerators and Beams. 2002. № 5 (104701) [Электронный ресурс]. URL: http://prst-ab.aps.org/abstract/PRSTAB/v5/i10/ e104701
4. Ogorodnikov S. A. Material discrimination technology for cargo inspection with pulse-to-pulse linear electron accelerator / S. Ogorodnikov, M. Arlychev, I. Shevelev, R. Apevalov, A. Rodionov, I. Polevchenko // Proceedings of IPAC2013. Shanghai, 2013, p. 3699 [Электронный ресурс]. URL: http://accelconf.web.cern.ch/ accelconf/IPAC2013/papers/thpwa033.pdf
