用于集装箱内容验证的多级系统的制作方法

专利名称：用于集装箱内容验证的多级系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及集装箱内#测系统，尤其涉及一种用来标识集装箱内的 危险物质，并进一步标识集装箱内正常出现的》文射物质的非入4曼系统和方法，所 述危险物质诸如放射物和/或中子放射物质、爆炸物以及诸如高浓缩铀之类的特 殊物质。
背景技术：
当前试图提供放射物、中子、爆炸物和特殊物质的检测系统来l^正集装箱， 诸如那些已经安装在起重机(gantry crane)吊臂上而用以标识所存在同位素的时 间有限的那些集装箱。用于检测和标识集装箱内所具有的放射物质的放射传感器 系统可能不具有对可能存在的所有同位素类型进行特别标识的曝光时间。用以检 测和^识所存在同位素的有限时间可能影响估算内M效性的能力。诸如g重 机使用的当前集装箱检测系统所提供的有限时间对放射物、中子、爆炸物和特殊 物质以及;险测系统的商业生存能力具有不利影响，并且导致待人工查询的集装箱 对商业流程造成负面影响。因此，需要克服以上所描述的现有技术的问题。发明内容根据本发明的一个实施例， 一种多级检测系统和方法检测伽玛和中子放射 物，在检测到放射物质时提供附加的数据捕获时间以及次级设置以便进行进一步 分析。安^^起重才几(gantry crane)的平压机(spreader bar)上的珈玛和中子抬r 测器徒供集装箱内存在放射物质的最初指示。典型地，所述平压机为放射传感器 提供多达接近30秒对集装箱进行分析。针对特定同位素标识来分析所捕获的放12射数据。若所述系统需要更多数据来完成所述分析，延长平压机与集装箱的接触 以使得能够进行附加数据捕捉。此外，如果集装箱需要进一步的分析时间来确定 存在特定同位素，则本发明的一个实施例提供了由》文射传感器阵列所构成的次级 放射物分析设置，采用其允许对目标集装箱进行进一步分析。根据一个实施例， 本发明允许用于已经检测到放射物质并且起重机移动的正常流程不允许完整分 析的那些集装箱的放射物分析的时间有所延长。此外，本发明的一个实施例提供 了次^^文射物分析设置，其中分析所需的附加时间超出了在起重机处所提供的时 间。另 一个实施例在目标集装箱从所述平压机移动到所述次级放射物分析设置时 对其提供追踪和监视。为了验证》文射性物质是否隐藏在集装箱内，可关联于集装箱而采用同位素传感和标识系统，诸如与用来提升船只和传送集装箱的起重4;i4目关联。典型地，集 装箱起重机包括接合集装箱的提升附件。同位素传感和标识系统将由安装在所述 起重机提升附件上(或M臂上)的一个或多个伽玛和中子检测器所构成，并且 为计#机系统提供详细的放射光谱数据，所述计算机系统执行光谱分析以便对所 述集装箱中所存在的(多个)同位素进行检测和标识。许多正常出现的放射性物 质存在于普通货物中并且使得放射检测系统产生错误警报。该处理的第一级是4企测集装箱内所存在的放射物质。第二级是标识所存在的 特定同位素。该第二级可以在30秒的周期内完成，这通常M重机的平压机在 往来于船只进行运动时4^到集装箱上的周期。对于需要附加时间来收集放射性 数据以便标识所存在的同位素的那些实例而言，可对平压机连接到集装箱的时间 进行延长。这可以以各种方式来实现。例如，可以放慢平压机的移动或者可以在 平压4几就位之后使其在延长的时间周期内连接到集装箱。碌过标识所存在的(多个)特定同位素，还允许所述系统标识所述同位素所 表示的货物或物质的类型。利用表示所标识同位素的可能货物的列表，所述系统 能够在所标识货物或物质和集装箱货单进行比较以确定所存在的(多个)放射性 物质是否与集装箱内的预期物质相匹配。处理i)标识集装箱内的(多个)同位素，2 )标识所述同位素所表示的货物或物质和3 ) 4十对所标识货物验证货单内容13允许对集装箱进行有效验证，而不会对商业流程造成负面影响。根据另一实施例，将中子脉冲设备定位于所述平压机上以提供活动分析来确 定是否存在屏蔽物质，诸如高浓缩铀、爆炸物或其它物质。根据另一实施例，所述放射传感器系统具有次级设置，采用其以便对已经检 测到放射物质并且需要进行进一步分析来确定存在特定同位素的集装箱进行进 一步分析。该次级设置连同平压机放射传感器设置均为集成放射分析系统的部 件。每个放射分析系统被配置为多节点系统上的节点。从平压机传感器所获取的 数据结合在所述次级设置获取的数据被用于集装箱内容的分析。在所述集装箱从平压机设置移动到次级设置时对其进行监视。可通过使用CCTV相机或诸如无线 电频率标识设备之类的无线追踪设备对所述集装箱进行监视。根据另一实施例，所述放射传感器设置由中央监视站进行监视。该中央监视 站可包括交互式图形显示器，其图示港口地图、起重机布置、(多个)次级设置 布置、视频相机以及目标集装箱在其通过港口向次级设置进行移动时的位置。根据另一实施例，所述系统上的每个节点的放射传感器连接到处理器系统， 所述处理器系统收集并分析所检测到的伽玛能量等级和光谱数据，并接着将该数 据发送到光谱分析引擎。来自每个节点的数据被单独寻址并发送到光谱分析引擎 以允许对单独检测器数据或检测器分组数据进行分析。所述分析引擎能够将来自 多个节点的数据进行合并以便用于分析集装箱内容。所述处理器系统和数据收集系统与每个节点的传感器电性耦合以收集来自 中子传感器设备阵列的信号，以便利用所收集的光谱数据形成柱状图。所述柱状 图由所述光镨分析系统用来标识所存在的同位素。根据一个实施例，所述光语分析系统包括对所收集数据进行分析并标识所存 在的同位素的信息处理系统和软件。光镨分析软件由不止一种为所标识同位素提 供多重确认的方法所构成。若存在不止一种的同位素，则系统标识每种所存在同 位素的比率。可根据集装箱验证系统的一个实施例在诸如光谱分析软件中用于光 谱分析的方法示例包括1)美国专利No. 6847731中所描述的Margin Setting 方法；和2 ) LINSCAN方法(光语方法的线性分析)和/或如2007年1月17日提交的题为 "Advanced Pattern Recognition Systems for Spectral Analysis" 的美国专利申请No 11/6 2 4121中所描述的并且将在以下更为详细讨-沦的Advanced Peak Detection方法；其整体教导结合于此作为参考。根据一个实施例，所述信息处理系统的用户界面提供所检测放射光语和所标 识同位素的图形示图。除其它以外，所述用户界面允许系统用户观看独立检测器、 检测器组、独立传感器和传感器组、独立节点和多个节点的组合来快速标识维护 条件、所;险测放射物和所标识同位素。


图1是描绘依据本发明 一个实施例的接近具有传感器壳体中的传感器的起重 才几臂組件(或平压才几)的集装箱的图形。图2是次M^文射物lh正设置的简化示图。图3是图示依据本发明一个实施例的数据收集和分析系统的示例的框图。图4是图示依据本发明一个实施例的中央监视系统的示例的框图。图5是图示依据本发明 一个实施例的设置在起重机平压机的推^^干配置中的 放射传感器的示图。图6是图示依据本发明一个实施例的关于起重机平压机主体设置的放射物传 感器的示图。周7是图示多背景放射环境效应的示图。图8是图示动态背景》文射效应补偿的示图。闺9是可用于动态背景放射效应补偿的公式。
具体实施方式
虽然该说明书以定义本发明被认为新颖的特征的权利要求作为结束，但是相 信根据结合附图所进行的以下描述将更好地理解本发明，其中相同的附图标记得 以沿用。所要理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，其能够以各种方式 来实现。因此，这里所公开的特定结构和功能细节并不^皮解释为限制，而〗又作为权利要求的J^出并作为教导本领域技术人员在实际中任意适当的详细结构中以各 种方式采用本发明的表示性^5出。此外，这里所使用的术语和短语并非意在进行 限制，而是提供本发明的可理解描述。如这里所4吏用的，术语"一个"；故定义为一个或多于一个。如这里所〗吏用的， 术语"多个"被定义为两个或多于两个。如这里所使用的，术语"另一个"被定 义为至少第二个或更多。如这里所使用的，术语"包括"和/或"具有"被定义为 包含(即，开放式语句)。如这里所使用的，术语"耦合"被定义为连接，虽然不 必是直接多且不必是机械地。如这里所使用的，术语"程序"、"计算才財呈序"、"软 件应用程序"等被定义为被设计用于在计算机系统上执行的指令序列。程序、计 算机程序或软件应用程序可包括子程序、函数、过程、对象方法、对象实施方式、 可执行应用程序、Java程序、伺服程序、源代码、对象代码、共享库/动态负载库 和/或被设计用于在计算机系统上执行的其它指令序列。如这里所定义的，数据存 储器件包括许多不同类型的计算机可读介质，其允许计算机从其读取数据并且保 存所存储数据以便使得计算机能够再次读取所述数据。例如，这样的数据存储器 件可包括非易失性存储器、诸如R0M、闪存、电池备用RAM、磁盘驱动存储器、CD-R0M、 DVD和其它永久存储介质。然而，根据本发明的不同实施例，甚至预期诸如RAM、根据一个实施例，本发明通过提供一种集装箱内容的多^J^L射验证处理而克 服了珧有技术的问题。在所述验证处理的每级所收集的放射传感器数据被用来使 得能够对出现在被测集装箱中的特定同位素进行;险测和标识。根据本发明的一个实施例，非入侵集装箱内容4企测和马^〖正系统进行操作而不 必进入被测集装箱的室内。所述系统可包括多个放射传感器系统，所迷j欠射传感 器系统使用综合数字传感器进行伽玛和中子检测，并且利用光谱分析能力来标识 集装箱中物质的(多个)特定同位素。所述多级系统4是供^^送到次级验^t站点的 目标集装箱的监视和追踪。所述多级系统在平压机设置和次级验证设置之间提供 网络连接以使得能够进行信息合成。这样的多级系统还可包括集装箱中爆炸物和 特殊物质的检测和标识。这些特殊物质可包括高浓缩铀。本发明的一个实施例包括设置在起重机的平压机上的放射传感器，以对集装 箱内容提供放射检测和同位素标识。当集装箱在港口往来于船只移动时，所述平压机连接到集装箱约达30秒。所述多级放射验证系统使得能够在所述平压机连接 到集装箱时在正常的30秒之内对集装箱内的内容进行放射检测和分析。所述多级 系统还允许当在最初的30秒分析不足以标识已经检测到的放射物质所存在的同位 素时延长所述平压机保持连接到集装箱的时间周期。此外，如果需要超出在平压 机所提供的时间的额外时间，则所述多级放射验证系统使用次级传感器设置以便 对集装箱进行继续分析。可在所述集装箱在从平压机位置移动到次级设置时对其 进行追踪。追踪和监视设备的示例包括CCTV相机和诸如射频标识设备之类的无线 追踪技术。根据本发明的一个实施例，起重机臂组件所安装的传感器系统可包括放射传 感器位置的分布式网络内的节点。这种系统的示例在于2007年1月17日提交的 题为 "System Integration Module for CBRNE Sensors"的美国专利申i青 No. 11/624089中有所描述，其全部教导结合于此作为参考。权据本发明的一个实施例，起重机劈(平压4几)所安装的放射传感器系统被 用于检测并且对集装箱内所检测到的放射物质进行第一级同位素标识。这种系统 的示例在于2006年2月27日提交的题为"Container Verification System for Non-invasive Detection of Contents"的美国专利申请No. 11/363594中有所描 述，其全部教导结合于此作为参考。^T使用传感器集中器单元来连接分组中的多个传感器并且使得能够有效连接 到中央处理器以进行光谱分析。该配置可利用由综合多通道分析器、高压电源、 电压系统和计算接口所构成的传感器接口单元(SIU)。该SIU配置使用集中器单 元以将多个传感器合并到集中通信通道中以便连接到所述中央处理器。所述通信 集中器为每个传感器分组提供单独的IP地址。所述集中器的示例是提供多个USB 端口以进行传感器连接并且将所述USB端口集中到以太网连接以用于回程 (backhaul)的i殳备。可使用嵌入式处理器单元来连接分组中的多个传感器并且使得能够有效连接到中央处理器以便进行光谱分析。该配置能够利用由综合多通道分析器、高压电源、电压系统和计算4妻口所构成的传感器接口单元(SIU)。该SIU配置连接到支持多个传感器的嵌入式处理器并且提供一个或多个通信通道以^f更连4妄到中央处理 器。所述嵌入式处理器为每个传感器提供单独的IP地址。根据本发明的另 一个实施例，可延长所述平压机连接到集装箱的时间以使得 能够进行进一步分析和放射数据获取。根据本发明的另 一个实施例，可延长所述平压机连接到集装箱的时间以使得 能够进行进一步分析和放射数据获取。根据本发明的另 一个实施例，可将次级放射验证系统配置为所述》文射验证系 统的另一个节点以使得能够进一步分析和放射数据获取。根据本发明的另 一个实施例，可在目标集装箱向所述次级放射验证系统进行 移动时对其进行追踪和或监视。现在描述多级方文射才企测和标识系统的示例，其一个节点安装在起重机组件的 平压机上，而另一个节点被配置为次^i丈射验证设置。还讨论用于所述系统的操 作的处理示例。如闺1所示，设置在起重机臂(或平压机)102上的放射检测和标识系统提供 了多级放射验证系统的第一级和第二级。图1图示了各传感器壳体101、 IIO的示 例性安装位置。以下将要讨论诸如结合起重机組件或其它集装箱处理操作而设置 的放射检测和标识系统的示例性实施例的特定发明特征和优势。然而，假设读者 具有对放射和传感器技术的理解。参见图l和2，示出了多节点放射—睑证系统的示例。所述系统包括平压机节点 (如图1所示)和如图2所示的次级放射—^S正节点202。卡车202携带集装箱222, 所述集装箱222中包含货物215。多个放射传感器202浮皮设置在集装箱222的一侧 或两侧以使得能够进一步对内容215进行分析。配电站203为传感器供电。通信 分布模块204耦合多个放射传感器202及其分无网络210之间的信号，其在图3 中进一步描述。 一旦集装箱货物210在平压机级被标识为可疑，则对集装箱2" 被追踪并从平压机设置(如图1所示)移动到次级-3h正设置(如图2所示)以便进行进一步处理。在该示例中，次级a^正设置包括通过使用卡车将集装箱222移 动到设置在其一側或两侧上的多个放射传感器202来定位集装箱222。参考图3,在该示例中，数据收集系统310经由有线、无线通信链^各和/或其 它通信链路305与每个传感器单元中的每个伽玛放射传感器i殳备301和中子传感 器设备302进行通信耦合，并且与每个中子脉冲传感器设备303通信耦合。数据 收集系统310包括具有数据通信接口 324的信息处理系统，所述数据通信接口 324 AU文射传感器单元301、 302和(多个)中子脉沖设备303收集信号。在该示例中， 所收集的信号表示来自每个已检测到辐射的传感器设备的详细光谱数据。数据收集系统310在设计中具有标准尺寸并且可被特别用于放射检测和标识， 或者用于爆炸和特殊物质检测和标识的数据收集。数据收集系统310与本地控制器和监视器系统312通信耦合。本地系统312 包括信息处理系统，所述信息处理系统包括计算机、内存、存储器和用户界面314， 诸如监视器上的显示器和键盘或者其它用户输入/输出设备。在该示例中，本地系 统312还包括多通道分析器330和光镨分析器340。多通道分析器(MCA) 330包括由许多单个通道分析器(SCA)所构成的设备。 所述单个通道分析器对从各放射检测器301、 302所接收的模拟信号进行合成，并 确定所接收信号的特定能量范围是否等于所述单个通道所标识的范围。如果在SCA 中接收到能量，就更新SCA计数器。SCA计数随时间进行累力口。在特定时间间隔， 多通道分析器330包括多个SCA计数，其导致产生柱状图。所述柱状图标识所存 在辐射的光谱图像。根据一个示例，MCA 330使用与计算机内存相结合的模数转换 器，其等同于数千个SCA和计数器并且明显更为有效且廉价。光谦分析系统340使用所述柱状图来标识被测集装箱中所包含物质中存在的 同位素。信息处理系统312所执行的一个功能是光镨分析，其由光谱分析器340 所执行已标识被测集装箱中所包含的一个或多个同位素、曝炸物或光谱物质。至 于放射检测，光谱分析器340将所存在放射的一个或多个光谱图像与同位素数据 库322中存储的一个或多个光i普图像350所表示的已知同位素进行比较。通过捕 捉每个同位素的光镨数据的多重变化，可有多个图像能够与所存在放射的一个或19多个光谱图像进行比较。同位素数据库322 4錄所要标识的每个同位素的一个或 多个光镨图像350。这些多个光语图像表示光i普放射数据获取的各个级别，从而能 够使用可从一个或多个传感器获得的各种数量的光谱数据对同位素进行比较和标 识。无论从传感器获取的数据量小(或者大)，光镨分析系统340都将从传感器所 获取的放射数据与所要标识的每个同位素的一个或多个光谱图像进行比较。这显 著提高了将从传感器所获取的光谱图像数据与所要标识的每个可能同位素的光谱 图像数据进行匹配的可靠性和有效性。 一旦确定了 (多个)传感器所检测的放射 中存在一个或多个可能同位素，则信息处理系统312能够将同位素混合与可出现 在被测集装箱中的可能物质、货物和/或产品进4亍比较。此外，货单数据库315包 括所要检测的每个集装箱的内容的详细描述。信息处理系统210可参考货单315 来确定集装箱中所包含的可能物质、货物和/或产品是否与所述货单中为特定^C测 集装箱所描述的预期授权物质货物和/或产品相匹配。才艮据本发明的一个实施例， 该匹配处理明显比过去任何的集装箱内容监一见处理都更为有效和可靠。根据本发明的一个实施例，光谙分析系统340包括对所收集数据进行分析并 标识所存在同位素的信息处理系统和软件。所述光语分析软件由不止一种为所标 识同位素提供多重确认的方法所构成。若存在不止一种的同位素，则系统标识每 种所存在同位素的比率。可根据集装箱内容验证系统的一个实施例在诸如光语分 析软件中用于光i普分析的方法示例包括1)美国专利No. 6847731中所描述的 Margin Setting方法；和2 ) LINSCAN方法(光谱方法的线性分析)和/或如2007 年1月17日提交的题为"Advanced Pattern Recognition Systems for Spectral Analysis"的美国专利申请Noll/624121中所描述的并且将在以下更为详细讨论 的Advanced Peak Detection方法；其整体教导结合于此作为参考。至于与爆炸和/或特殊物质相关的所收集数据的分析，光谱分析器340和信息处理i统312通过将所存储的与被测集装箱相关的货单数据转换为所预期爆炸 和/或放射物质并接着将所标识的可能爆炸和/或特殊物质与所预期爆炸和/或放 射物质进行比较来将所标识的可能爆炸和/或特殊物质与货单315进行比较。如 果系统确定了集装箱与货单不匹配，则所标识的可能爆炸和/或特殊物质是未授权的。所述系统可接着为系统监管人员提^[言息以他们警告警报^f牛并采取适当 行动。背景方文射效应的移除 动态背景海漆的背景放射，尤其是与跨陆地、海洋、船只且在不同高度进行移动的集 装箱相关的变化背景，面临这j文射检测和同位素标识的特殊挑战。根据本发明的 一个实施例，通过使用动态背景方法来解决该问题，所述动态背景方法被用来对 变化的背景效应进行补偿。该方法对主要的背景数据应用连续的背景更新。不同 的权重和间隔可对于本经更新有所变化以获得特定应用的适当动态背景。以下提供了示例性公式，并且还在图9中示出。Bi (X》=Ai (X) * alpha + Bi-1 (X) * (1 -alpha) (1 〉Bi (X) = Aia) * alpha + Bi -1 (X) * (1 - alpha)新的动态背景背景的快照 学习速率先前的背景 差如图7所示，背景放射效应可根据传感器可经历的变化的背景环境而有所变 化，所迷传感器诸如位于平压机的传感器和/或位于与变化的背景环境相关位置的 传感器。例如，位于平压机的传感器可位于水上、船上、高于地面、低于地面或 船内。这些不同背景环境能够影响放射^r测和同位素指示。典型地，在平压机移 动期间，来自天空的辐射是突出的，而其余则为正常。而且，位于平压机处的传 感器典型地应当受到被测集装箱和平压机的保护以免受到来自地面、水和船上的 背景辐射的影响。因此， 一种用来对变化的背景效应进行补偿的新颖方法针对主 要背景数据应用连续的背景更新。如图8所示，动态背景由主背景和增量背景所构成。根据本发明的一个实施 例，收集并处理放射数据以便进行分析，可针对主要背景数据使用连续背景更新 从所收集的数据中减去背景环境效应。例如，可根据诸如与水、陆地、空气、地面和其它建筑相关的动态变化的背景放射数据对所收集的放射数据进行动态调节。该动态背景补偿方法具有揭:供动态背景捕捉的速度和灵^:度、处理所收集数 据的存储器效率以及灵活调节可变系统参数并处理特定应用的优势。此外，信息 处理系统可在数据收集期间学习定位传感器所使用的特定处理，诸如预测平压机 的正常^喿作和移动中的背景效应变化。此外，所述动态背景补偿方法能够对变化 背景环境的效应提供连续的差异删减。该方法提高了所分析数据的质量并产生更 好且更为可靠的放射4企测和同位素标识。根据本发明的可选实施例，可使用多重背景分析方法来移除所收集数据上变 化的背景效应。在一个示例中，GPS;f企测器初4i^禺合到支持移动传感器的结构上， 诸如起童机平压机，并且为处理收集数据的信息处理系统提供(所述平压机的) 连续位置数据。例如，平压机的位置能够指示位于所述平压机处的传感器正在经 历的背景环境的类型。所述GPS检测器以已知方式进行操作并且能够提供地理位 置信息和高度信息。已知以上平压机的高度，也就是说地平面或还平面，能够指 示平压机处的传感器所经历的背景效应的类型。例如，所述高度信息和/或地理位 置信息可以与接近所述平压机的预期建筑地图和背景环境进行比较。这些预期的 背景环境对应于背景效应，所述背景效应例如能够从所收集数据中减去以提供更 好且更可靠的数据以便进行分析而产生更好且更可靠的放射检测和同位素标识。检测设备来追踪所收集数据上的变化背景和相应背景效应。信息处理系统对高度信息和地理位置信息的其它使用用于控制被用来收集所 iii文射数据的设备的触发效应。例如，可由包括在传感器系统中的中子脉冲设备 生成中子脉沖，所述传感器系统设置在平压机处或起重机上以提供活动分析，由 此所述中子脉冲之后的伽玛反馈能够标识集装箱内诸如高浓缩铀之类的屏蔽放射 物质、爆炸物或非法药物。然而，特定的系统实施方式可针对特定地理区域和/或 地平面和/或海平面以上的高度限制所述中子脉沖设备的激活。例如，当起重机和 /或平压机接近起重机操作人员脑部时或者针对诸如人们正常拥有的受保护区域 对中子脉冲设备进行控制以保持非激活。如以上所讨论的，在提高数据分析的速度和可靠性的同时的灵活度以及对不同操作环境进行的动态调节是本发明系统的 显著优势，这在过去是无法获得的。用户界面314允许服务或监管人员操作本地系统312并监^i文射检测和同位 素标识和/或诸如在起重机臂组件(或平压机)之类的构成结构上所设置的传感器 单元301 、 302和303的集合所进行的RF信号4企测的状态。例如，用户界面314能够向用户呈现所收集的接收返回信号，或者在被测集 装箱中所标识的可能爆炸物和/或特殊物质，或者系统所标识的被测集装箱内所包 含的任意未授权爆炸物和/或特殊物质，或者其任意组合的表示。所述数据收集系统还能够经由诸如网络316而与远程控制和监视系统318进 行通信耦合。远程系统318包括信息处理系统，所述信息处理系统具有计算机、 内存、存储器和用户界面320，诸如监视器上的显示器和键盘或其它用户输入/输 出设4。网络316包括任意数目的局域网和/或广域网。其能够包括有线和/或无 线通信网络。该网络通信技术是本领域已知的。所述用户界面320允许位于远程 的服务或监管人员操作本地系统312并监视诸如在起重机臂组件(或平压机)之 类的构成结构上所设置的传感器单元301、 302和303的集合所进行的集装箱-3"正 的状态。中央监视系统能够显示在集装箱移动到次级设置时通过使用CCTV相机 (350 )或集装箱追踪系统(355 )来显示所述集装箱的位置。设置在平压机或起重机上的传感器系统中可包括中子脉沖设备以提供活动分 析，由此伽玛反馈标识出诸如高浓缩铀之类的屏蔽放射物质、爆炸物或非法药物。参见图4,多节点放射验证系统的示例包括通过数据网络(405 )进行互连的 多个平压积^文射马"正系统(401)和次级放射—^S正节点(404 )、操作中心(408 )、 集装箱追踪系统(410)和CCTV (402 )相机。在一些情况下，使用叉式升降机卡 车来移动终端周围的集装箱。所述叉式升降4几卡车(420 )配备有平压机并且能够 被配置为无线^t射-^S正节点。参见图5，示出了具有被安装在^^f干中的放射传感器的平压机的示例。在图 5中， 一个或多个传感器被整合在推^^干501内。所述放射传感器被封闭在具有震 动吸收连接器511的盒体中。伽玛传感器512在所述单元的下侧一皮震动安装在所述盒体内。 一个或多个伽玛传感器包括7%的传感器分辨率(resolution)或者最好处于662kev。中子传感器514和支撑电子器件(electronics) 513被安装在所述盒体的上侧。根据这里的讨论，所述一个或多个放射传感器、伽玛传感器512、
人员应当是显而易见的。
参见图6，示出了具有安装在主单元中的放射传感器的平压机的示例。在图6的示例中，放射传感器^皮整合在主单元601中。所述放射传感器被封闭在具有震动吸收连接器611的盒体中。伽玛传感器612在所述单元的下侧被震动安装在所述盒体内。中子传感器614和支撑电子器件(electronics) 613 ^皮安装在所述盒体的上侧。才艮据这里的讨论，所述一个或多个》文射传感器、伽玛传感器612、中子
应当是显而易见的。
通过诸如从中央监视位置远程操作所述系统，能够通过有P艮数量的监管人员对更多地点进行安全监视。除了监视如图1的示例中所示的诸如来自起重机臂组件的集装箱处理操作之外，应当清楚的是，可采用不同应用来进行集装箱分析的最初检测和标识阶段。例如，如本领域技术人员根据这里的讨论所应当理解的，叉式升降机卡车所安装的传感器单元与远程监视系统进行通信允许对诸如在港口、铁路和联合运输站以及在船只、飞机、货仓和其它承载环境和这种具有大量待处理货物的场所进行移动和处理的大量货物进行^t射^r测和标识。
此外，可结合系统监视功能在监视放射物和爆炸物之外的物质。根据本发明的可选实施例，可通过将用于其它类型的有害元素的适当传感器和检测器与所述放射传感器单元和监视系统相结合而连同放射检测一起对这些其它类型的有害元素进行监视。
本发明的优选实施例能够以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。根据本发明优选实施例的系统能够以集中方式在一个计算机系统中实现，或者以不同元件跨若干个互连计算机系统散布的分布式方式来实现。任意类型的计算机系统-或者适于执行这里所描述的方法的其它装置-都是适合的。硬件和软件的典型组
24合可以是具有计算机程序的通用计算机系统，当被加载并执行时，所述计算机程序控制所述计算机系统以使其执行这里所描述的方法。
根据本发明的一个实施例还可以以计算机程序产品来实现，其包括使得能够执行这里所描述的方法的所有特征，并且当被加载到计算机系统中时，其能够执行这些方法。本文中的计算机程序器件或计算积艰序意味着以任意语言、代码或
符号表达的指令组合，其意在4吏得具有信息处理能力的系统直接或在a )转换为另一语言、代码或符号和b)以不同素材形式再现之一或二者之后执行特定的功能。每个计算机系统可具有一个或多个计算机以及至少一个计算机可读介质，所
述计算机可读介质允许计算机读取数据、指令、消息或消息包以及来自所述计算机可读介质的其它计算机可读信息。所述计算机可读介质可包括非易失性存储器，诸如R0M、闪存、》兹盘驱动存储器、CD-ROM以及其它永久存储器。此外，计算机可读介质例如可包括诸如RAM、緩沖器、高速緩存和网络电路之类的易失性存储器。此外，计算机可读介质可包招^者如网络链路和/或网络接口之类的短暂状态介质中的计算机可读信息，所述短暂状态介质包括允许计算机读取这样的计算机可读信息的有线网络或无线网络。
虽然已经对本发明的特定实施例进行了描述，但是本领域技术人员将要理解的是，可对特定实施例进行各种改变而不会背离本发明的精神和范围。本发明的范围并不被限制为特定的实施例，因此所附权利要求意在覆盖本发明范围之内的任意和所有这样的应用、修改和实施例。
权利要求
1.一种多级放射检测和标识系统，包括放射传感器系统，其设置在起重机上并包括一个或多个伽玛传感器；和一个或多个固态中子传感器，其中所述一个或多个伽玛传感器和所述一个或多个固态中子传感器共同安装在机械耦合到所述起重机并且可接近被测集装箱的构成结构上；次级放射传感器设置，其与设置在所述起重机上的放射传感器系统分离，包括一个或多个用于分析在所述集装箱中检测到的放射物质的传感器；分布式网络，其将所述起重机放射传感器系统和次级放射传感器设置作为放射传感器网络上的独立节点通信耦合；第一数字数据收集系统，其与设置在起重机上的放射传感器通信耦合以用于从所述起重机上的放射传感器收集放射数据；第二数字数据收集系统，其与设置在次级放射验证设置的放射传感器通信耦合以用于从处于所述次级放射验证设置的放射传感器收集放射数据；多通道分析器系统，其与所述第一和第二数字数据收集系统通信耦合以用于准备所收集放射数据的柱状图；光谱分析系统，其与所述多通道分析器系统和所述第一和第二数字数据收集系统通信耦合以用于接收和分析所收集的放射数据和所述柱状图，以使用从所述网络上的一个或多个节点获取的数据检测放射物并标识与所检测到的放射物相关联的一个或多个同位素；第一数据存储器件，其用于存储表示所述光谱分析系统所使用的同位素光谱的数据，其中存储在第一数据存储单元中的一个或多个光谱图像表示每个同位素，所述第一数据存储器件与所述光谱分析系统通信耦合；信息处理系统，其与所述光谱分析系统通信耦合以便对所标识的一个或多个同位素进行分析并确定它们所表示的可能物质或货物；和第二数据存储器件，其用于存储表示与被测集装箱相关的货单的数据，所述第二数据存储器件与所述信息处理系统通信耦合，所述信息处理系统进一步用于将所确定的可能物质或货物与所述与被测集装箱相关的货单进行比较来确定所述被测集装箱内是否包含未授权物质或货物。
2. 如权利要求1所述的系统，其中第一级放射分析由从设置在所述起重机 的平压机上的传感器检测所述集装箱内的放射物质所组成。
3. 如权利要求l所述的系统，其中第一级放射分析由从设置在放射入口上 的传感器4企测所述集装箱内的》i:射物质所组成。
4. 如权利要求1所述的系统，其中第二级放射分析由从设置在所述起重机 的平压机上的传感器标识所述集装箱内的放射物质所组成。
5. 如权利要求1所述的系统，其中第二^i丈射分析由在延长的时间周期内 保持设置在所i^重机的平压机上的传感器接近于所述集装箱所組成，其中从所 述传感器收集附加数据以进一步标识所述被测集装箱内的放射物质。
6. 如权利要求1所述的系统，其中第二^U文射分析由使用所述次^U文射传 感器设置所组成，其中移动所述集装箱以便进一步进行分析。
7. 如权利要求l所述的系统，其中由设置在叉式升P争机卡车上的传感器在 所述被测集装箱上执行第二级放射分析。
8. 如权利要求1所述的系统，其中所述光镨分析系统分析所收集的放射数 据和所述柱状图，以通过使用计算机程序产品上的软件来检测放射物并标识与所 检测放射物相关联的一个或多个同位素，提供用于所述光谱分析系统的操作的软 件包括美国专利No. 6847731中所描述的margin setting方法；和美国临时专利申请No. 60/759331中所描述的光镨线性分析方法(LINSCAN方法)。
9. 如权利要求l所述的系统，其中所述一个或多个伽玛传感器包括集成模拟接口和^^t转换器。
10. 如权利要求l所述的系统，其中一个或多个伽玛传感器包括7%的传感器分辨率或者最好处于662kev。
11. 如权利要求l所述的系统，其中所述一个或多个固态中子传感器包括集成模拟接口和模数转换器。
12. 如权利要求l所述的系统，其中与所述数字数据收集系统通信耦合的信息处理系统用于调节所收集的放射数据以便对来自背景环境的背景放射效应进行补偿。
13. 如权利要求12所述的系统，其中所述信息处理系统根据变化的背景放射效应对所收集的放射数据进行动态调节。
14. 如权利要求12所述的系统，其中所述信息处理系统根据多重背景放射效应分析对所收集的放射数据进行调节。
15. —种爆炸物、特殊物质和其它物质检测和标识系统，包括中子脉冲i成器；一个或多个放射传感器，其用来标识根据集装箱内的物质所生成的作为中子脉冲结果的伽玛或其它^:射信号；数据收集系统，其通信耦合至一个或多个》文射传感器，以用于收集作为中子脉冲结果的返回信号；光谱分析和信息处理系统，其与所述数据收集系统通信耦合以便对所收集的接收返回数据进行分析以用于检测被测集装箱室内的物质，并且标识其中可能的爆炸物和/或特殊物质；和数据存储器件，其用于存储表示与被测集装箱相关的货单的数据，所述数据存储器件与所述光谱分析和信息处理系统通信耦合，所述光镨分析和信息处理系统进一步用于利用与4皮测集装箱相关的货单对所标识的可能纟暴炸物和/或特殊物质进行比较，以确定所述被测集装箱内是否包含未授;Mi暴炸物和/或特殊物质。
16.如权利要求15所述的系统，进一步包括用户界面，其与所述光谱分析和信息处理系统通信耦合以向用户呈现以下的至少一个所收集的接收返回信号的表示；所述代测集装箱中所标识的可能爆炸物和/或特殊物质，和所述被测集装箱内所包含的系统标识的未授4廿暴炸物和/或特殊物质。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述特殊物质包括高浓缩铀。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述光语分析和信息处理系统通过将与被测集装箱相关的货单转换为预期爆炸物和/或特殊物质，并接着将所标识的可能爆炸物和/或特殊物质与所述预期爆炸物和/或特殊物质进行比较而将所标识的可能爆:)
19. 如权利要求15所述的系统，其中被用于感应所述被测集装箱内容的传感器系统以核共振、伽玛成像和用于冲企测和标识爆炸物、放射物质、屏蔽物质、化学和/或生物物质的先进技术为基础。
20. 如权利要求15所述的系统，其中传感器集中器被用来连接设置在平压机中的传感器分组以用于回到中央处理器的集中通信路径，所述传感器集中器连接到每个传感器的传感器接口单元。
21. 如权利要求15所述的系统，其中实施中子脉沖生成器作为传感器系统内的集成模块以便通过来自诸如高浓缩铀、爆炸物和非法药物之类的物质的伽玛反馈进行活动分析。
22. 如权利要求15所述的系统，其中中子脉沖生成器接i^重机的平压机或叉式升降机卡车设置以便通过来自集装箱内诸如高浓缩铀、爆炸物和非法药物之类的物质的伽玛反馈进行活动分析。
23. 如权利要求15所述的系统，其中嵌入式处理器被用来连接设置在平压机的一组传感器并且支持传感器与中央处理器的通信，所述嵌入式处理器连接到每个传感器的传感器接口单元。
24. 如权利要求15所述的系统，其中信息处理系统与所述数字数椐收集系统通信耦合以便对所收集的放射数据进行动态调节以对来自背景环境的变化的背景放射效应进行补偿。
25. —种用于4全测和标识一个或多个集装箱内的》文射物质的方法，所述方法包括由安装在位于集装箱之外并与其接近的至少一个构成结构上的多个放射传感器收集表示与所述集装箱及其内容相关联的放射数据的至少 一个光镨数据集合，所述集装箱接近于所述多个放射传感器；对所收集的与所述集装箱及其内容相关联的至少 一个光镨数据集合进行光谱分析；基于对所收集的至少一个光谱数据集合的光谱分析来标识与所述集装箱内的内容相关联的一个或多个同位素；标识与所标识的一个或多个同位素中的一个或多个相关联的物质；将已经被标识的物质与关联于所述集装箱的至少一个货单进行比较，其中所述至少一个货单列出被声明处于所述集装箱内的物质集合；并且将比较结果集合存储在内存中，所述比较结果集合与已经被标识的物质与关联于所述集装箱的至少 一个货单的比较相关联。
26. 如权利要求25所述的方法，其中所述多个放射传感器包括以下的至少一个一组伽玛传感器；和一组固态中子传感器。
27. 如权利要求25所述的方法，进一步包括提供对应于至少一个光谱数据集合的柱状图集合，其中所述柱状图集合中的每个柱状图表示与所述集装箱相关联的放射物的不同光镨图像。
28. 如权利要求27所述的方法，其中标识与所述集装箱内的内斜目关联的一个或多个同位素进一步包括将所述柱状图集合中的每个柱状图与多个光谱图像进行比较，其中每个柱状图表示一个同位素；基于对每个柱状图进行比较，标识与所述柱状图集合中至少一部分柱状图充分匹配的多个光谱图像中的每一个；并且标识与所述集装箱内的内容相关联的一个或多个同位素，每个所标识的同位素由与所述柱状图集合中的至少 一部分柱状图充分匹配的至少 一个所标识光i普图像来表示。
29. 如权利要求25所述的方法，其中表示物质进一步包括将所标识的一个或多个同位素与预先定义的与多种物质、多个货物以及多个产品中的至少一个相关联的一个或多个同位素进行比较，已知其包4雄先定义的一个或多个同位素的任意组合；并且基于对一个或多个同位素的比较将至少一种物质、货物或产品标识为可能处于所述集装箱的内容中，所述至少一种物质、货物或产品包括所标识的一个或多个同位素中的一个或多个。
30. :如权利要求25所述的方法，其中所述光谱分析进一步包括对在频率范围上所收集的至少一个光谱数据集合中的放射数据以及相关联的收集中子计数进行光谱分析，其中在所述放射数据的分析中，所收集的非零中子计数对应于从所收集的至少一个光语数据集合中的放射数据中减去与所收集的非零中子计数相对应的放射数据。
31.如权利要求25所述的方法，其中标识与所述集装箱内的内斜目关联的一个或多个同位素进一步包括对表示与所述集装箱和所述集装箱中的内容相关联的复合光语图像的柱状图中的光谱图像进行光谱分析；将多个光镨数据与所述柱状图中的至少一部分光谱图^ii行比较，其中所述多个光傳图像中的每个光镨图像表示一个同位素；基于所述比较标识所述多个光语数据中与所述柱状图中的至少一部分光谱图像充分匹配的第 一光谱图像；从所述柱状图中的光谱图像中减去所标识的第 一光i普图 <象产生所述柱状图中的剩余光语图像；并且 ，对所述多个光谱图像中的每个后续光语图像重复所述比较、标识和相减，其中在所述柱状图中至少一部分剩余光谱图像中被标识之后，接着从所述柱状图中的剩余光i普图像中减去每个后续光谱图像。
32. 如权利要求25所述的方法，进一步包括在对所收集的至少一个光语数据集合进行光谱分析之前，从所收集的至少一个光语数据集合中减去多个动态变化的背景放射数据之一。
33. —种对从一个或多个集装箱收集的光i普数据进行动态调节以便检测和标识其中的》丈射物质的方法，所述方法包括提供与关于所述集装箱的不同背景环境相对应的多个动态变化的背景》文射数据；由多个放射传感器收集表示与所述集装箱及其内容相关联的至少 一个光i普数据集合，所述集装箱接近所述多个放射传感器；并且根据所述多个动态变化的背景放射数据之一对所收集的至少一个光谱数据集合进行动态调节。
34. 如权利要求33所述的方法，其中所述动态调节进一步包括选择所述多个动态变化的背景放射数据之一；并且从所收集的至少 一个光谱数据集合中减去所述动态变化的背景放射数据中所选择的一个。
35. 如权利要求33所述的方法，进一步包括对已经被动态调节过的所收集的至少一个光谱数据集合进行光镨分析；基于对已经被动态调节过的所收集的至少一个光语数据集合进行光谱分析标识与所述集装箱内的内叙目关联的 一个或多个同位素；标识与所标识的 一个或多个同位素中的 一个或多个相关联的物质；将^经被标识的物质与关联于所述集装箱的至少一个货单进行比较，其中所述至少二个货单列出被声明处于所述集装箱内的物质集合；并且将比较结果集合存储在内存中，所述比较结果集合与已经净皮标识的物质与关联于所述集装箱的至少 一个货单的比较相关联。
36. '如权利要求33所述的方法，其中所述不同背景环境包括以下的至少一个水；陆地；空气；地面；和其它集装箱。
37. —种用于检测和标识一个或多个集装箱内的放射物质的系统，所述系统至少包括安装在位于集装箱之外并与其接近的至少一个构成结构上的多个放射传感器，其中所述多个放射传感器适于收集表示与所述集装箱及其内斜目关联的放射数据的至少一个光谱数据集合，所述集装箱接近于所述多个放射传感器；通信耦合到所述多个传感器的信息处理系统，其中所述信息处理系统适于对所收集的与所述集装箱及其内容相关联的至少 一个光谱数据集合进行光镨分析； 基于对所收集的至少一个光语数据集合的光语分析来标识与所述集装箱内的内容扭关联的 一个或多个同位素；标识与所标识的 一个或多个同位素中的 一个或多个相关联的物质；将已经被标识的物质与关联于所述集装箱的至少一个货单进行比较，其中所述至少一个货单列出被声明处于所述集装箱内的物质集合；并且将比较结果集合存储在内存中，所述比较结果集合与已经被标识的物质与关联于所述集装箱的至少 一个货单的比较相关联。
38. 如权利要求37所述的系统，其中所述信息处理系统进一步适于提供对应于至少一个光譜数据集合的柱状图集合，其中所述柱状图集合中的每个柱状图表示与所述集装箱相关联的放射物的不同光傳图像。
39. 如权利要求38所述的系统，其中所述信息处理系统进一步适于通过以下步骤来标识与所述集装箱内的内斜目关联的一个或多个同位素将所述柱状图集合中的每个柱状图与多个光谱图像进行比较，其中每个柱状图表示一个同位素；基于对每个柱状图进行比较，标识与所述柱状图集合中至少一部分柱状图充分匹配的多个光谱图像中的每一个；并且标识与所述集装箱内的内斜目关联的一个或多个同位素，每个所标识的同位 素由与所述柱状图集合中的至少 一部分柱状图充分匹配的至少 一个所标识光傳 图像来表示。
40. 如权利要求37所述的方法，其中所述信息处理系统进一步适于通过以 下步骤标识与所标识的 一个或多个同位素中的 一个或多个相关联的物质将所标识的一个或多个同位素与预先定义的与多种物质、多个货物以及多个 产品中的至少 一个相关联的一个或多个同位素进行比较，已知其包^f贞先定义的 一个或多个同位素的任意组合；并且基于对一个或多个同位素的比4交将至少一种物质、货物或产品标识为可能处于所述集装箱的内容中，所述至少一种物质、货物或产品包括所标识的一个或多 个同位素中的一个或多个。
41. 一种标识与集装箱中的内斜目关联的同位素的方法，所述方法包括 由位于集装箱之外并与其接近的多个放射传感器收集表示与所述集装箱及其内容相关联的放射数据的光谱数据集合；并且通过使用用于同位素标识的伽玛光i普和所存在的中子才艮据所收集的光谱数 据集合对与所述集装箱中的内斜目关联的一个或多个同位素进行顺序标识。
全文摘要
一种多级处理检测并标识集装箱内的放射物、爆炸物和特殊物质。所述处理利用被配置为分布式网络上的节点的放射传感器。所述处理从所述节点收集放射数据。所述放射数据与所述集装箱及其内容相关联。根据动态变换的诸如与水、陆地、空气、地面和其它建筑相关的背景放射数据对所收集的放射数据进行动态调整。所述处理将所收集和调整的放射数据与表示同位素的光谱图像进行比较以标识所存在的一个或多个同位素。所标识的同位素被对应到它们所表示的可能物质。将所述可能物质与集装箱货单进行比较以确认所述集装箱中所包含的物质标识或者对所述集装箱中的未授权物质进行检测和/或标识。可使用中子脉冲设备来标识被屏蔽的物质、爆炸物以及其它类型的物质。
文档编号G06Q50/00GK101563705SQ200780044180
公开日2009年10月21日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月28日
发明者大卫·L·弗兰克 申请人:创新美国科技有限公司