Рентгенотелевизионные установки.

Рентгенотелевизионные установки.

Рентгенотелевизионные установки

Борьба с терроризмом невозможна без оснащения соответствующих служб эффективными техническими средствами дистанционного обнаружения скрытых в различных объектах оружия и взрывных устройств (ВУ). В настоящем обзоре описаны последние достижения в области средств обнаружения ВВ, использующие рентгеновское излучение.

Наивысшие достижения в разработке и оснащении техническими средствами обнаружения ВВ связаны с решением вопросов авиационной безопасности. При обеспечении безопасности в других областях традиционно используются прямо или с небольшими доработками технические средства, созданные для организации авиационной безопасности.

Задача поиска ВВ возникла практически со времени создания самих ВВ и заключалась главным образом в поиске металлических оболочек взрывных устройств в виде мин. В настоящее время ситуация в значительной степени усложнилась: террористы стали широко пользоваться пластиковой взрывчаткой, обнаружение которой представляет собой невероятно сложную техническую проблему. В данном случае речь идет о С-4, используемом вооруженными силами США, или Semtex, который до 1989 г. выпускался в Чехословакии и поступал на мировой рынок в довольно больших количествах, а также о Detasheet, производимом в форме пластин толщиной 0,25 дюйма. Он, в свою очередь, на треть мощнее тринитротолуола (TNT), вдвое превосходящего по разрушительной

силе общеизвестный динамит. Причем Semtex — фаворит среди ВВ, входящих в арсенал профессиональных террористов. Считается, что бомба, взрыв которой привел к гибели пассажиров рейса 103 компании Pan Am в 1988 г., была изготовлена именно из этого ВВ, а ее заряд по массе был заведомо меньше одного фунта (порядка 450 г).

Кроме того, дальнейшее совершенствование и миниатюризация взрывателей сделали пластиковую взрывчатку еще более грозным оружием. Сами по себе взрыватели теперь имеют размер не больше резинки на конце карандаша. Миниатюризация привела к тому, что таймеры и барометрические взрыватели можно легко скрыть от обнаружения. Так, исследования причин упомянутой выше катастрофы авиалайнера свидетельствуют, что по всей вероятности взрыватель бомбы, вложенной в кассетный магнитофон, был спрятан в замочек чемодана, это затруднило его обнаружение с помощью рентгеновских лучей.

Совокупность показателей, которым должна удовлетворять современная рентгенотелевизионная установка и от которых зависит эффективность ее использования, сводится к следующим требованиям:- технические, определяющиеся диапазоном детектируемых ВВ по массе заряда (не более 300 г), вероятностью правильного обнаружения (более 95%) и вероятностью ложных тревог (менее 5%);- операционные, определяющиеся простотой и надежностью эксплуатации установки, ее адекватной пропускающей способностью (то есть временем, затрачиваемым на проверку одной единицы багажа), нулевой или минимальной интерпретацией оператора, возможностью записи и хранения данных, транспортабельностью и безвредностью для обслуживающего персонала и багажа авиапассажиров;- стоимостные, зависящие от капитальных вложений на изготовление и затрат на обслуживание установки.

Эффективность рентгеновских методов поиска ВВ основывается на небольшой разнице в плотности между взрывчатыми веществами и веществами, используемыми в предметах обихода, с близкими атомными номерами. У большинства самых распространенных ВВ плотность превышает 1,4 г/см».

Это больше, чем у тех материалов, которые могут оказаться в контролируемых бытовых предметах, таких как полиэтилен, пластмассы, кожа и т.д., не говоря уже о вещах из шерстяных и искусственных волокон. Лишь немногие из них — с низким атомным номером, например — меланин по плотности близки к ВВ. Они редко встречаются.

Таким образом, регистрируя одновременно распределение в контролируемом багаже плотности и среднего атомного номера, можно детектировать присутствие скрытых ВВ при достаточно низком уровне ложных тревог. Как следствие этого, рентгенотелевизионные установки, оснащенные соответствующими аппаратными и программными средствами обработки информации, содержащейся в прошедшем или обратно рассеянном рентгеновском излучении, в настоящее время рассматриваются в качестве самых быстрых и дешевых (cost effective) средств обнаружения ВВ. Прогресс в их развитии за последние годы является самым впечатляющим, а основное направление состоит в создании устройств, способных выявлять ВВ без участия оператора.

Мировыми лидерами в этом направлении являются американские компании EG&G Astrophysics Research Corp., American Science & Engineering Inc., Imatron Inc. и Vivid Technologies Inc., германская фирма Heimann, французская компания Schiumberger Industries, американская фирма Rapiscan Security Products и израильская фирма Magal Security Systems Ltd. Ими используются различные подходы к решению проблемы обнаружения ВВ с помощью рентгеновского излучения. Например, компания Magal Security Systems Ltcf. основное внимание уделяет разработке установок с дополнительной возможностью автоматизации процесса обнаружения ВУ на основе автоматического выявления не самих ВВ, а взрывателей, свидетельствующих о наличии ВУ. Установка этой фирмы AISYS 370В успешно применяется в ряде международных аэропортов (в комбинации с другими установками), хотя тестирование Федеральной авиационной администрации (FAA) не дало желаемых результатов (вероятность обнаружения взрывателей в зависимости от категорий не превышает 1-47% при ложных тревогах 20%).

Отличительная особенность современных рентгеновских установок обнаружения ВВ это то, что в них используется принцип регистрации рентгеновского излучения в двух областях энергетического спектра (dual energy X-ray transmission system).

Впервые он был использован фирмой EG&G Astrophysics Research Corp. в серии установок с опцией E-Scan. Эта опция позволяет выделить в изображении контролируемого объекта (багажа) органические и неорганические материалы по среднему атомному номеру. Любой предмет с атомным номером, превышающим 20, считается неорганическим и отображается на экране монитора голубым цветом. Предметы же с атомным номером меньшим 10 считаются органическими и их изображение окрашивается в оранжево-коричневые тона, а смешанные предметы и предметы с атомным номером от 10 до 20 отображаются наложением голубого и оранжевого цветов и, наконец, предметы, атомный номер которых установить невозможно (например, у системы недостаточно проникающей способности для просвечивания предмета), отображаются зеленым цветом. Аналогичные опции присутствуют в системах фирм Heimann, Rapiscan и Schiumberger. Однако в отличие от E-Scan в них используется четырехцветный формат, то есть предметы с атомным номером от 10 до 20 и смешанные, содержащие органику и неорганику, отображаются отдельным цветом. Эта разница обусловлена различным распределением битов элементов изображения, то есть 16 бит элемента изображения делится между контрастностью и количеством классов материалов. Таким образом, в системах EG&G Astrophysics классов материалов значительно больше (32), но контрастность несколько ниже, а у остальных вышеуказанных производителей количество классов материалов ниже (8 при использовании интеллектуальных пакетов типа ЕРХ, Х-АСТ — до 16), но при этом контрастность изображения выше.

Использование регистрации рентгеновского излучения в двух энергетических диапазонах с помощью компьютерной обработки изображения позволяет также выделить в контролируемом объекте предметы потенциальной угрозы (ВВ, холодное и огнестрельное оружие, наркотики). Это в значительной степени упростило работу операторов рентгеновских установок и улучшило качество контроля. Тем не менее результат во многом зависит от квалификации оператора (выделение объектов угрозы не позволяет с достаточной надежностью автоматизировать процесс обнаружения ВВ). С помощью таких средств с успехом выявляются огнестрельное и холодное оружие, гранаты в металлических корпусах, патроны и незамаскированные ВВ в значительных количествах. Однако, как показала практика, даже самый опытный оператор не в состоянии обнаружить пластиковые ВВ.

Дальнейшее развитие рентгеновского оборудования было связано с введением элементов томографического получения и анализа изображения контролируемых предметов. Совершенствование технологии E-Scan привело к созданию автоматической установки, получившей название Z-Scan, также разработанной компанией EG&G Astrophysics Research Corp. Как и последняя, данная установка осуществляет анализ содержимого багажа, регистрируя прошедшее излучение в двух энергетических областях (точнее сказать, один набор детекторов регистрирует весь спектр прошедшего излучения, а другой -лишь его высокоэнергетическую, вырезанную фильтром часть). Компьютерная обработка результатов измерения по определенному алгоритму дает возможность выделить на изображении багажа вещи из органических и неорганических материалов. Но этого еще недостаточно для надежного выявления хорошо замаскированных ВВ. Получаемое на установке E-Scan изображение является двухмерной проекцией трехмерного распределения плотности. При этом вещи из менее плотных материалов с низкими атомными номерами экранируются вещами из более плотных материалов с высоким z, то есть имеет место явный дефицит информации.

С целью преодоления этого недостатка в установке Z-Scan применяются два рентгеновских источника, которые просвечивают багаж под двумя разными углами, и, таким образом, регистрируются две проекции объекта. После соответствующей обработки на экраны мониторов выводится изображение содержимого контролируемого объекта в двух проекциях и трехмерное распределение только органических материалов. Дальнейшее развитие этого типа систем идет по пути применения оптоволоконных технологий, что позволит сократить время на анализ изображения и тем самым увеличить производительность, а также несколько повысить достоверность обнаружения. Такой подход позволяет более надежно производить автоматическое обнаружение ВВ. Это еще в большей степени упрощает задачу оператора при поиске ВВ.

Первой же установкой такого типа, доступной для пользователя, явилась установка компании Vivid Technologies Inc. VIS-1 (Vivid Rapid Explosives Detection System), в которой для получения трехмерного изображения содержимого багажа используется технология под названием Hologic. Последняя применяется в медицинской рентгеновской диагностике и дает близкое к монографическому изображение предметов в контролируемом объекте и, по-видимому, подобна той, которая взята на вооружение в Z-Scan. Так же, как и в последних моделях Z-Scan, программное обеспечение VIS-1 позволяет автоматически выявить багаж, в котором находятся подозрительные предметы (то есть содержащие органические материалы соответствующей плотности). Крупномасштабные испытания установки VIS-1 в аэропорту Глазго летом 1993 г. и опыт использования в Цюрихском аэропорту в период с 1992 по 1993 г. показали, что ее интегрирование в существующие линии транспортировки багажа позволяет существенно увеличить скорость досмотра и сократить расходы на персонал при повышении безопасности полетов. Скорость обработки багажа может достигать 1200 единиц за час на одну линию, а уровень ложных тревог не превышает 20%.

Метод регистрации обратнорассеянного рентгеновского излучения лежит в основе установки обнаружения ВВ, созданной компанией American Science and Engineering Inc. Установка также различает органические и неорганические материалы в багаже, используя для этого разницу в сечениях обратного рассеяния, обусловленного комптомэффектом, для материалов с низким и высоким атомным номером. Вещи из материалов с низким Z отображаются на черно-белом дисплее как непрерывное белое на черном фоне. Изображение, соответствующее стандартному просвечиванию багажа рентгеновскими лучами, фиксируется на втором мониторе. Таким образом, оператор одновременно видит два монитора и, анализируя изображения на них, прини-мает окончательное решение.

Предусмотрена автоматическая идентификация багажа, вызвавшего подозрение на присутствие ВВ. Окрашивание изображения багажа в красный цвет предупреждает оператора о вероятности присутствия взрывчатых веществ. Установки, использующие указанный принцип детектирования, могут быть интегрированы в системы транспортировки багажа и в состоянии обеспечивать пропускную способность до 1000 единиц багажа в час.

Однако эти средства обнаружения ВВ получили невысокую оценку FAA. По результатам тестирования их приоритет считается средним. Тем не менее фирме American Science and Engineering Inc. удалось разработать на основе метода регистрации обратнорассеянного излучения специальную установку для личного контроля. Эта установка, несмотря на то, что человек при контроле получает дозу излучения намного меньшую, чем при стандартном флюорографическом обследовании, не может использоваться при массовом контроле. Однако в некоторых случаях ее применение может быть оправдано вопросами обеспечения безопасности.

Все рассмотренные установки обнаружения ВВ обладают важным достоинством — они относительно недороги: их стоимость не превышает 250 000$ — 450 000$. Но как показали испытания, проведенные по специальной программе FAA, ни одна из них не может производить в автоматическом режиме обнаружение всего спектра ВВ с вероятностью, превышающей уровень 4080%, что считается недопустимым с точки зрения обеспечения безопасности. В силу указанного обстоятельства дальнейшее усовершенствование рентгеновских установок пошло по пути создания компьютерной томографической системы. Первую коммерческую установку такого типа — СТХ-5000 — разработала компания Invision, США.

Суть метода компьютерной томографии сводится к сканированию инспектируемого багажа узким веерным пучком рентгеновского излучения и детектированию прошедшего излучения с помощью линейки (или полукольца) из большого числа дискретных детекторов. В результате математической обработки большого количества измеренных проекций получается полное трехмерное распределение плотности. Это невозможно в любом ином методе визуализации содержимого контролируемого объекта, использующем рентгеновское излучение. Испытания установки продемонстрировали возможность обнаружения с ее помощью небольших количеств ВВ при незначительном количестве ложных тревог. Предметы, которые могут оказаться ВВ, отображаются на экране монитора красным цветом. Качество картинки столь высоко, что и таймеры, и детонаторы могут быть также легко обнаружены.

По результатам тестирования FAA, в настоящее время модель СТХ-5000 SP признана единственным автоматическим детектором ВВ и рекомендована для использования в аэропортах США. По результатам тестирования, при скорости досмотра 254 объекта в час она с вероятностью 92-95% обнаруживала различные ВВ при ложных тревогах 18%.

Сегодня компания работает над созданием компьютерного томографа, способного выявлять ВВ в автоматическом режиме при пропускной способности до 360 единиц багажа в час.

Следует, однако, отметить, что в последнее время при использовании в аэропортах США она начала подвергаться серьезной критике:- высокая стоимость ($ 0,9-1 млн);- сложность в эксплуатации;- невозможность обеспечить на реальных потоках багажа указанных выше характеристик (вероятность ложных тревог оказывается примерно в два раза более установленной согласно информации FAA). Помимо этого, следует отметить, что использование модели эффективно только в том случае, если контроль осуществляет оператор.

Последнее привело к решению FAA о проведении дополнительных испытаний этой установки.

Несмотря на указанные трудности, рентгеновские установки в настоящее время остаются единственно доступными для пользователей оборудования обнаружения ВВ. Следует также отметить, что привлекательность этих установок всегда будет связана с тем, что кроме ВВ они могут позволить обнаружить другие материалы и предметы, являющиеся объектом интереса служб безопасности (холодное и огнестрельное оружие, наркотики и другие материалы и предметы, запрещенные к свободному перемещению через контролируемую границу).

Несмотря на значительный прогресс, ни одна из рассмотренных выше установок не может обеспечить полностью автоматизированного обнаружения ВВ.

Поэтому был сформулирован новый подход к решению проблемы обеспечения авиационной безопасности.

Для более полного обеспечения безопасности полетов гражданской авиации от актов терроризма необходимо использовать при контроле багажа и ручной клади авиапассажиров на наличие ВВ комплексную систему из нескольких последовательных барьеров.

1. Первый барьер должен быть оснащен техническими средствами, позволяющими с вероятностью 99% обнаружить скрытые ВВ за время 6-10 с при допустимой вероятности ложных тревог не более 30%.

2. Второй барьер должен предусматривать контроль лишь тех объектов, которые вызвали подозрение на наличие ВВ на первом барьере. Продолжительность контроля на втором барьере допускается до 20 с при вероятности ложных тревог не более 5% и вероятности правильного обнаружения скрытых ВВ не менее 99%. На данном этапе контроль может осуществляться при участии оператора.

При этом системы поиска ВВ, применяемые на втором барьере, могут пользоваться информацией о контролируемых объектах, полученной на установках первого барьера. Если на втором барьере присутствует оператор, то отпадает необходимость в третьем барьере.

3. Третий барьер предусматривается лишь в системах обеспечения безопасности полетов крупных аэропортов и должен включать в себя установки, способные не более чем за 1-2 мин выявлять наличие ВВ и его характеристики с эффективностью не менее 99% при вероятности ложных тревог не более 1%. Одним из наиболее удачных примеров попытки реализовать такую концепцию является установка в аэропорту города Манчестера (Англия) конвейерной линии с двумя установками Z-Scan на первом барьере безопасности и установки СТХ 5000 на втором барьере безопасности.

Несколько слов хотелось бы сказать об отечественных разработках рентгеновской техники. В настоящее время есть два производителя этого оборудования: завод «Мосрентген», производящий установки «Контроль», и НПО «Дельта», производящее установки «Надзор». Используемая ими технология соответствует одноэнергетическим системам западных производителей и не позволяет выделить органические и неорганические вещества, хотя работы по созданию отечественных двухэнергетических систем ведутся. В целом эта техника, технологически устаревшая, однако использование передовой элементной базы, совершенствование производства и программного обеспечения может привести к появлению конкурентоспособного аппарата.