Помощь студентам в учебе
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСПЕКЦИОННОГО ДОСМОТРОВОГО КОМПЛЕКСА С ФУНКЦИЕЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВЕЩЕСТВ ОБЪЕКТОВ КОНТРОЛЯ
|
Введение Обзор литературы
Инспекционные досмотровые комплексы с функцией идентификации веществ
Совершенствование и модернизация инспекционных досмотровых комплексов
3.1 Алгоритмы выбора и оценки параметров инспекционных досмотровых комплексов
3.1.1 Алгоритм оценки погрешности параметров инспекционных досмотровых комплексов
3.1.2 Математическая модель связи параметров инспекционных досмотровых комплексов
3.1.3 Алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения
3.2 Конструктивные модернизации инспекционных досмотровых комплексов
3.3 Физические модернизации инспекционных досмотровых комплексов
Основные результаты
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
5.1 Предпроектный анализ
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения. SWOT-анализ
5.2 Инициация проекта
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом
5.3.1 План проекта. Диаграмма Г анта
5.3.2 Бюджет научно-технического исследования
5.3.3 Проектная организационная структура научного исследования. Реестр рисков
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
6. Социальная ответственность
6.1 Введение
6.2Производственная безопасность
6.3 Экологическая безопасность
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности Заключение
Список публикаций
Список используемых источников
Приложение А
Приложение Б
Инспекционные досмотровые комплексы с функцией идентификации веществ
Совершенствование и модернизация инспекционных досмотровых комплексов
3.1 Алгоритмы выбора и оценки параметров инспекционных досмотровых комплексов
3.1.1 Алгоритм оценки погрешности параметров инспекционных досмотровых комплексов
3.1.2 Математическая модель связи параметров инспекционных досмотровых комплексов
3.1.3 Алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения
3.2 Конструктивные модернизации инспекционных досмотровых комплексов
3.3 Физические модернизации инспекционных досмотровых комплексов
Основные результаты
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
5.1 Предпроектный анализ
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения. SWOT-анализ
5.2 Инициация проекта
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом
5.3.1 План проекта. Диаграмма Г анта
5.3.2 Бюджет научно-технического исследования
5.3.3 Проектная организационная структура научного исследования. Реестр рисков
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
6. Социальная ответственность
6.1 Введение
6.2Производственная безопасность
6.3 Экологическая безопасность
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности Заключение
Список публикаций
Список используемых источников
Приложение А
Приложение Б
В последнее десятилетие наблюдается рост международной напряженности, который проявляется в постепенном увеличении региональных конфликтов и в усиливающейся угрозе международного терроризма. Также следует отметить стремительный рост правонарушений и преступлений, которые связаны с внешнеторговой деятельностью.
Всемирная глобализация привела к существенному переделу рынков стран производителей и стран потребителей. Увеличение объемов товаров, перемещаемых через границы государств, образование таможенных союзов, внешнеэкономическая ситуация в мире - все это привело к невозможности проведения тотального таможенного контроля транспортных и пассажирских потоков традиционными методами. Создание, усовершенствование и масштабное внедрение различных реализаций инспекционно-досмотровых комплексов существенно снизило влияние указанных негативных факторов на экономическую и национальную безопасность стран, в том числе и Российской Федерации.
Инспекционно-досмотровые комплексы позволяют получить информацию о содержание транспортных упаковок, транспорта, багажа и ручной клади, в результате анализа теневых радиационных изображений. В конце XX века получил развитие метод дуальных энергий - метод позволяющий идентифицировать вещество и отнести его к классу органических или неорганических соединений. Метод дуальных энергий позволяет повысить вероятность обнаружения товаров, не указанных в декларации, идентифицировать материалы и, как следствие, предотвратить нарушение таможенных законов государства, а также предотвратить на ранней стадии готовящиеся теракты.
Метод дуальных энергий наиболее сложен в практическом использовании при досмотровом контроле крупногабаритных объектов - авиационных, железнодорожных и морских контейнеров, легковых и грузовых
транспортных средств. Сложность обусловлена особенностями взаимодействия высокоэнергетического рентгеновского излучения с веществом.
Совершенствование высокоэнергетических инспекционных
досмотровых комплексов с функцией идентификации материалов объектов контроля развивается по нескольким основным направлениям, которые связаны с источниками и регистраторами рентгеновского излучения; алгоритмами формирования и обработки радиометрической информации в методе дуальных энергий; механическими улучшениями существующих конструкций комплексов.
Наиболее актуальными направлениями продолжают оставаться задачи выбора и оценки параметров и характеристик высокоэнергетических инспекционных досмотровых комплексов на основе полномасштабного учета различных аспектов, связанных с особенностями физических закономерностей испускания, взаимодействия и регистрации рентгеновского излучения применительно к высокоэнергетическому методу дуальных энергий. Этот вывод подтверждается увеличением числа научных публикаций, числа новых исследований и экспериментов, посвященных указанной теме.
Объект исследований - высокоэнергетические инспекционные досмотровые комплексы с функцией идентификации веществ и материалов объектов контроля и их фрагментов.
Предмет диссертационных исследований - закономерности формирования конечных идентификационных изображений
высокоэнергетического метода дуальных энергий.
Цель исследований - разработка методик выбора и оценки параметров и характеристик высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля и их фрагментов методом дуальных энергий.
Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач:
- исследовать трансформацию шумов в исходных радиографических изображениях в шумы идентификационных изображений метода дуальных энергий;
- разработать математическую модель высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля, которая должна связать основные параметры источника высокоэнергетического излучения, объекта контроля, геометрической схемы контроля, линейки радиометрических детекторов с потребительскими свойствами комплекса - разрешением по параметру идентификации и производительностью;
- разработать алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения в методе дуальных энергий, применительно к задаче идентификации материалов объектов досмотрового контроля и их фрагментов;
- провести цикл экспериментальных исследований по оценке работоспособности предлагаемых алгоритмов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и имитационного моделирования, планирования научных экспериментов, статистической обработки результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна:
- разработан алгоритм трансформации шумов в исходных радиографических изображениях в шумы идентификационных изображений метода дуальных энергий;
- разработана математическая модель высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля, которая должна связать основные параметры источника высокоэнергетического излучения, объекта контроля, геометрической схемы контроля, линейки радиометрических детекторов с потребительскими свойствами комплекса - разрешением по параметру идентификации и производительностью;
- создан алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения в методе дуальных энергий, применительно к задаче идентификации материалов объектов досмотрового контроля и их фрагментов;
- проведен цикл экспериментальных исследований по оценке
работоспособности предлагаемых алгоритмов.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в результате диссертационных исследований алгоритмы обработки информации и рекомендации позволят повысить точность оценки линейных и площадных размеров объекта контроля, уменьшить уровень шума на радиографических изображениях, позволят выбрать оптимальные параметры и характеристики для высокоэнергетического ИДК.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований реализованы в алгоритмах обработки цветных фотографических изображений, позволяющих оценить характеристики неоднородностей объектов контроля по цифровым цветным оптическим изображениям.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на XIX Всероссийской научно-практической конференции «Качество - стратегия XXI века» (Томск 2014), VI Всероссийской научнотехнической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (Томск 2016), International Scientific Conference on "Radiation- Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials" (2014, Tomsk, Russia).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах, из них 1 статья опубликована в журнале, реферируемом в SCOPUS и WEB of Science.
На защиту выносятся:
- алгоритм трансформацию шумов в исходных радиографических изображениях в шумы идентификационных изображений метода дуальных энергий;
- математическая модель высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля, которая должна связать основные параметры источника высокоэнергетического излучения, объекта контроля, геометрической схемы контроля, линейки радиометрических детекторов с потребительскими свойствами комплекса - разрешением по параметру идентификации и производительностью;
- алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения в методе дуальных энергий, применительно к задаче идентификации материалов объектов досмотрового контроля и их фрагментов;
- результаты экспериментальной оценки работоспособности предлагаемых алгоритмов;
- анализ основных механических усовершенствований для существующих ИДК;
- анализ основных физических усовершенствований (источники излучения и детекторы излучения) для существующих ИДК.
Всемирная глобализация привела к существенному переделу рынков стран производителей и стран потребителей. Увеличение объемов товаров, перемещаемых через границы государств, образование таможенных союзов, внешнеэкономическая ситуация в мире - все это привело к невозможности проведения тотального таможенного контроля транспортных и пассажирских потоков традиционными методами. Создание, усовершенствование и масштабное внедрение различных реализаций инспекционно-досмотровых комплексов существенно снизило влияние указанных негативных факторов на экономическую и национальную безопасность стран, в том числе и Российской Федерации.
Инспекционно-досмотровые комплексы позволяют получить информацию о содержание транспортных упаковок, транспорта, багажа и ручной клади, в результате анализа теневых радиационных изображений. В конце XX века получил развитие метод дуальных энергий - метод позволяющий идентифицировать вещество и отнести его к классу органических или неорганических соединений. Метод дуальных энергий позволяет повысить вероятность обнаружения товаров, не указанных в декларации, идентифицировать материалы и, как следствие, предотвратить нарушение таможенных законов государства, а также предотвратить на ранней стадии готовящиеся теракты.
Метод дуальных энергий наиболее сложен в практическом использовании при досмотровом контроле крупногабаритных объектов - авиационных, железнодорожных и морских контейнеров, легковых и грузовых
транспортных средств. Сложность обусловлена особенностями взаимодействия высокоэнергетического рентгеновского излучения с веществом.
Совершенствование высокоэнергетических инспекционных
досмотровых комплексов с функцией идентификации материалов объектов контроля развивается по нескольким основным направлениям, которые связаны с источниками и регистраторами рентгеновского излучения; алгоритмами формирования и обработки радиометрической информации в методе дуальных энергий; механическими улучшениями существующих конструкций комплексов.
Наиболее актуальными направлениями продолжают оставаться задачи выбора и оценки параметров и характеристик высокоэнергетических инспекционных досмотровых комплексов на основе полномасштабного учета различных аспектов, связанных с особенностями физических закономерностей испускания, взаимодействия и регистрации рентгеновского излучения применительно к высокоэнергетическому методу дуальных энергий. Этот вывод подтверждается увеличением числа научных публикаций, числа новых исследований и экспериментов, посвященных указанной теме.
Объект исследований - высокоэнергетические инспекционные досмотровые комплексы с функцией идентификации веществ и материалов объектов контроля и их фрагментов.
Предмет диссертационных исследований - закономерности формирования конечных идентификационных изображений
высокоэнергетического метода дуальных энергий.
Цель исследований - разработка методик выбора и оценки параметров и характеристик высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля и их фрагментов методом дуальных энергий.
Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач:
- исследовать трансформацию шумов в исходных радиографических изображениях в шумы идентификационных изображений метода дуальных энергий;
- разработать математическую модель высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля, которая должна связать основные параметры источника высокоэнергетического излучения, объекта контроля, геометрической схемы контроля, линейки радиометрических детекторов с потребительскими свойствами комплекса - разрешением по параметру идентификации и производительностью;
- разработать алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения в методе дуальных энергий, применительно к задаче идентификации материалов объектов досмотрового контроля и их фрагментов;
- провести цикл экспериментальных исследований по оценке работоспособности предлагаемых алгоритмов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и имитационного моделирования, планирования научных экспериментов, статистической обработки результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна:
- разработан алгоритм трансформации шумов в исходных радиографических изображениях в шумы идентификационных изображений метода дуальных энергий;
- разработана математическая модель высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля, которая должна связать основные параметры источника высокоэнергетического излучения, объекта контроля, геометрической схемы контроля, линейки радиометрических детекторов с потребительскими свойствами комплекса - разрешением по параметру идентификации и производительностью;
- создан алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения в методе дуальных энергий, применительно к задаче идентификации материалов объектов досмотрового контроля и их фрагментов;
- проведен цикл экспериментальных исследований по оценке
работоспособности предлагаемых алгоритмов.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в результате диссертационных исследований алгоритмы обработки информации и рекомендации позволят повысить точность оценки линейных и площадных размеров объекта контроля, уменьшить уровень шума на радиографических изображениях, позволят выбрать оптимальные параметры и характеристики для высокоэнергетического ИДК.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований реализованы в алгоритмах обработки цветных фотографических изображений, позволяющих оценить характеристики неоднородностей объектов контроля по цифровым цветным оптическим изображениям.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на XIX Всероссийской научно-практической конференции «Качество - стратегия XXI века» (Томск 2014), VI Всероссийской научнотехнической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (Томск 2016), International Scientific Conference on "Radiation- Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials" (2014, Tomsk, Russia).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах, из них 1 статья опубликована в журнале, реферируемом в SCOPUS и WEB of Science.
На защиту выносятся:
- алгоритм трансформацию шумов в исходных радиографических изображениях в шумы идентификационных изображений метода дуальных энергий;
- математическая модель высокоэнергетического инспекционного досмотрового комплекса с функцией идентификации веществ объектов контроля, которая должна связать основные параметры источника высокоэнергетического излучения, объекта контроля, геометрической схемы контроля, линейки радиометрических детекторов с потребительскими свойствами комплекса - разрешением по параметру идентификации и производительностью;
- алгоритм выбора максимальных энергий рентгеновского излучения в методе дуальных энергий, применительно к задаче идентификации материалов объектов досмотрового контроля и их фрагментов;
- результаты экспериментальной оценки работоспособности предлагаемых алгоритмов;
- анализ основных механических усовершенствований для существующих ИДК;
- анализ основных физических усовершенствований (источники излучения и детекторы излучения) для существующих ИДК.
На сегодняшний день ИДК являются одним из самых перспективных средств таможенного контроля. Благодаря новейшим техническим разработкам существующие ИДК соответствуют основным потребительским требованиям в полном объем.
Процесс совершенствования и модернизации ИДК очень трудоемок. Самым перспективным до сих пор направлением улучшения является разработка и внедрение огромного количества программных алгоритмов. Как показывает анализ литературы готовятся к разработке (либо уже единично внедрены) следующие алгоритмы пост обработки изображений:
- создание 3D модели выделенного фрагмента изображения на основе двух теневых изображений;
- алгоритмы уменьшения линейных искажений изображения,
- алгоритмы оценки и выбора параметров для проведения досмотровго
контроля (ИНК ТПУ);
- алгоритмы повышения контрастности и резкости изображений;
- алгоритмы уменьшения шумов;
- совершенствование алгоритмов автоматической обработки изображения
(поиск, обнаружение и индикация опасных объектов)
Полученные в результате исследований алгоритмы и рекомендации по модернизации технических и физических реализаций досмотрового контроля помогут повысить следующие потребительские показатели:
- уменьшение продолжительности контроля за счет использования источников излучения с энергией выше 7,5 МэВ;
- за счет оценки вероятной погрешности определения эффективного атомного номера вещества возможно более полно и достоверно определить параметры ОК;
- за счет использования новых разновидностей детекторов и более мощных источников излучения возрастает производительность и скорость контроля.
Сформулированы и выведены математические соотношения, предназначенные для оценки погрешности определения параметров идентификации для двух реализаций высокоэнергетического метода дуальных энергий - по эффективному атомному номеру и способом линий уровней.
Проанализированы параметры комплексов, влияющие на точность определения параметров идентификации. Даны методические рекомендации по формированию структуры пакетов импульсов высокоэнергетического рентгеновского излучения.
Проведено сравнение экспериментальных и теоретических оценок погрешности идентификационных параметров фрагментов тестового объекта, которое доказало применимость на практике алгоритма оценки погрешности идентификационных параметров высокоэнергетическим методом дуальных энергий.
Приведена совокупность математических соотношений для оптимального выбора максимальных энергий рентгеновского излучения исходя из критерия минимизации статистической погрешности оценки параметра идентификации методом дуальных энергий.
Инспекционные досмотровые комплексы - относительно новая и молодая тема, которая с каждым годом привлекает к себе все больше и больше внимания. Постоянная модернизация и усовершенствование комплекса являются неотъемлемой частью обеспечения безопасности населения в чрезвычайных ситуациях, связанных с террористическими актами и контрабандными перевозками запрещенных объектов и товаров.
Процесс совершенствования и модернизации ИДК очень трудоемок. Самым перспективным до сих пор направлением улучшения является разработка и внедрение огромного количества программных алгоритмов. Как показывает анализ литературы готовятся к разработке (либо уже единично внедрены) следующие алгоритмы пост обработки изображений:
- создание 3D модели выделенного фрагмента изображения на основе двух теневых изображений;
- алгоритмы уменьшения линейных искажений изображения,
- алгоритмы оценки и выбора параметров для проведения досмотровго
контроля (ИНК ТПУ);
- алгоритмы повышения контрастности и резкости изображений;
- алгоритмы уменьшения шумов;
- совершенствование алгоритмов автоматической обработки изображения
(поиск, обнаружение и индикация опасных объектов)
Полученные в результате исследований алгоритмы и рекомендации по модернизации технических и физических реализаций досмотрового контроля помогут повысить следующие потребительские показатели:
- уменьшение продолжительности контроля за счет использования источников излучения с энергией выше 7,5 МэВ;
- за счет оценки вероятной погрешности определения эффективного атомного номера вещества возможно более полно и достоверно определить параметры ОК;
- за счет использования новых разновидностей детекторов и более мощных источников излучения возрастает производительность и скорость контроля.
Сформулированы и выведены математические соотношения, предназначенные для оценки погрешности определения параметров идентификации для двух реализаций высокоэнергетического метода дуальных энергий - по эффективному атомному номеру и способом линий уровней.
Проанализированы параметры комплексов, влияющие на точность определения параметров идентификации. Даны методические рекомендации по формированию структуры пакетов импульсов высокоэнергетического рентгеновского излучения.
Проведено сравнение экспериментальных и теоретических оценок погрешности идентификационных параметров фрагментов тестового объекта, которое доказало применимость на практике алгоритма оценки погрешности идентификационных параметров высокоэнергетическим методом дуальных энергий.
Приведена совокупность математических соотношений для оптимального выбора максимальных энергий рентгеновского излучения исходя из критерия минимизации статистической погрешности оценки параметра идентификации методом дуальных энергий.
Инспекционные досмотровые комплексы - относительно новая и молодая тема, которая с каждым годом привлекает к себе все больше и больше внимания. Постоянная модернизация и усовершенствование комплекса являются неотъемлемой частью обеспечения безопасности населения в чрезвычайных ситуациях, связанных с террористическими актами и контрабандными перевозками запрещенных объектов и товаров.