非接触式毫米波安检仪，新冠病毒检测的强大武器
在新冠肺炎疫情日趋稳定的情况下，全国各单位都面临安全复工和返工人员交通工作。对于安检部门，如何在疫情防控阶段确保复工后的交通运输业、重点单位安检保障工作的同时尽可能避免工作中的感染风险，成为需要防范的重点。
新型冠状病毒通常通过咳嗽和打喷嚏、与感染者密切接触或接触受感染的表面进行传播，其次通过嘴、鼻子或眼睛传播。为了减少感染风险，民众去公共场所时，除佩戴口罩外还要尽量减少接触公共场所的公共物品和部位，减少和他人的接触，要尽可能和别人保持一定的距离。安检人员由于日常接触人员多，感染风险比普通人群大，所以更要重视新型冠状病毒感染的防护工作。除了在岗期间要规范佩戴口罩等防护用品外，还要做好日常清洁和消毒。因为可能接触旅客或其物品，安检人员尤其要注意手的卫生，平常用洗手液或者流水洗手，每天至少两次测量体温。如果出现了可疑症状如发热、咳嗽、呼吸困难、腹泻、呕吐、肌肉酸痛等，应该立即停止工作，及时就医，不能带病上岗。
为了防止携带危害公共安全的违禁物，目前在机场和车站广泛使用的安检方式是让旅客先通过金属探测安检门，如果安检门报警则需接受手动检查。金属探测安检门可以检出旅客随身携带的金属物品，然而这种方式的缺点也很明显：一方面，只能检测金属物品，而对于陶瓷、塑胶、液体等材料的物体没有识别能力，会漏掉非金属违禁物，因此可能需要以手动检查作为补充；另一方面，金属探测安检门会报警但不能显示物品形状和准确的藏匿位置，不具备识别物品-比如是无害的硬币还是违禁的刀片-的可能，只能通过后续的手动检查来定位和识别物体。实际上，几乎每个旅客都会有皮带扣等随身金属物，旅客所戴的N95口罩也含有铝塑条，部分旅客体内还有植入金属物。种种随身携带的金属物存在使得金属探测安检门基本都报警，之后几乎百分之百的仍需手检。而在手动安全检查时，安检人员需近距离接触旅客，从而增加了由于飞沫和密切接触带来了的感染风险。本文介绍的毫米波人体安检仪能检出金属和非金属的违禁物并准确显示其形状和藏匿位置，方便识别物体，从而可以大大减少手检工作的频次，降低感染风险，守护安检人员的健康。
毫米波人体安检仪分主动式和被动式两种，前者工作原理和雷达类似，设备首先向人体辐射毫米波，然后通过接收器检测人体反射的毫米波，从而对人体进行成像。后者不主动辐射，只是通过检测目标自身的毫米波辐射实现成像。相比较而言，主动式毫米波系统分辨率更高，成像效果更好，环境适应性也更强，不受温度、阳光、周围辐射源的影响，因此在安检行业得以大量应用。本文后面介绍的都是主动式毫米波人体安检仪。
毫米波人体安检仪的分辨率与工作频率相关，工作频率较高的，波长更短，分辨率更高，不过器件成本也会增加。罗德与施瓦茨公司的R&S®QPS201毫米波人体安检仪采用70-80GHz频段的电磁波信号，分辨率可以到2mm。而采用低频段信号的设备，其探测分辨率会受到波长的限制。例如38GHz的信号只能探测5mm的物体。对人体的电磁辐射安全，是射频微波类设备的设计重要考察点。毫米波人体安检仪对人体是非常安全的。首先，毫米波信号只能经体表反射，而不会穿透人体，其次，毫米波人体安检仪的发射功率很低，因此非常安全。以R&S®QPS201为例，其发射功率强度不到手机的千分之一，且持续时长仅有几十毫秒。因此其电磁辐射非常低，完全符合世界各国的电磁环境标准。
当主动式毫米波人体安检仪向人体辐射毫米波时，有全电子扫描和电子加机械扫描两种实现方式，前者的天线阵列是由数千个天线组成的二维大规模天线阵列，扫描方式是以全电子的方式进行二维扫描，代表产品有德国R&S®QPS系列。后者的天线阵列是由少量天线组成一维电扫描天线阵列，然后通过机械移动该一维天线阵来实现二维扫描，代表产品有美国L3的ProVision。由于采用二维大规模天线阵列，全电子扫描成本比较高，但带来三大优点：首先，电路的响应速度远超过运动部件，比如R&S®QPS201的扫描时间仅有64毫秒，瞬间完成，即点即扫，没有机械启停过程；其次，没有机械运动部件，工作稳定性得以大幅提升，大大降低故障风险，而且不需要定期校准；最后，维护极为简单方便。天线阵列是模块排列镶嵌结构，模块故障时仅需更换插入备用模块即可，耗时仅几分钟，本地维护人员经培训后就可以直接操作。全电子扫描的毫米波人体安检仪工作原理如图1。仪器的二维天线阵列（图1的QPS Panel）发射天线依次发出毫米波信号到人体，经受检人（图1的PAX）体表反射回面板。天线阵的所有接收天线同时测量信号分布情况，全部扫描所得的海量数据转入信号处理单元和计算机，进行相关成像运算，并还原受检人的体表特征。根据物体的反射率推算出物体形状，反射强度。由人工智能算法辅助识别，找出不属于人体部分的独立物品。最后将可疑物的位置和形状标识在人体示意图上（如图2），该图像不会显示人体细节，以尊重个人隐私。如果在机器人工智能的基础上加以远程人工判别，还可以对可疑物进行进一步识别。
图 1. 在一次检测中，发射天线逐一发射，而接收天线则每一次都全部同时工作。保证高效，高精度检测
图 2. 检测结果显示在人体示意图上，以保护隐私
随着射频技术进步和计算机系统集成能力的提升，毫米波人体安检仪的应用推广成为了行业新趋势，该仪器适用于机场、重点单位的安检工作。其优点是很高的有效检出率因此可大大减少手检的频次。首先检测物品范围大大增加，既可检测金属物体也可检测塑料、陶瓷、液体等非金属物体。其次，能精确细致显示物体形状、藏匿的位置，并将目标物的形状和位置标示以人体示意图方式显示在安检人员面前的屏幕上。如果旅客没有藏匿违禁物品，可以允许直接通过，无需手检；如果有藏匿违禁物，安检人员根据示意图，仅需检查相关身体部位的物体藏匿情况而无需全身检查。因而能极大地降低手检接触几率，在提高安检效率的同时显著降低感染风险。本文以罗德与施瓦茨（Rohde & Schwarz）的QPS201为例来介绍毫米波人体安检仪在安检领域的应用。罗德与施瓦茨1933年创立于德国慕尼黑，产品专精于射频微波、毫米波方向，具有丰富的通信、军工、航空、机场行业基础，并在相关领域一直保持业界领先地位。在当前的科技前沿：微波成像领域和智能识别领域，罗德与施瓦茨有高精度的测量方案设计经验，和独特的高效算法软硬件系统。R&S®QPS系列产品已经应用在欧美数十个大中型机场的乘客安检区，以及一些重点单位的安检岗位。在中国，R&S®QPS201已经通过中国民航总局安检设备认证，并已经在开始部署到国内机场。
图 3 德国慕尼黑机场使用的R&S®QPS201毫米波人体安检仪替代传统的金属探测安检门
R&S®QPS201毫米波人体安检仪的核心部件是两块高2.3米宽1.1米的测量面板，两块面板间隔1.5米以形成一个宽敞开放的测量通道，这对有幽闭恐惧症的人是有利的。每块面板内含数千个收发单元和微型天线，构成大规模天线阵列，并内置了控制、处理和成像用的快速数据处理单元和高性能计算机。整体设计高度集成化，稳定可靠。系统提供两种显示终端：主显示终端可供操作人员进行操作并显示，一般放置在安检仪附近；辅助终端可以选配多个，可以灵活摆放，通常安置在各个手检位旁，为手检人员提供提示，如图4。
图 4 R&S®QPS201毫米波人体安检仪
仪器的空间摆放方面，操作员与旅客可保持距离，无需近距离接触（如图3所示）；手检显示终端可以在网线长度内任意放置。无论是旅客之间的距离，还是旅客与安检人员的距离，均得到保证。工作方式：旅客按照仪器上的人像提示，面向主面板自然站立，双脚和双手略微分开。操作员点击开始按键，只需64毫秒扫描就完成了，并伴随着“叮”的一声提示。受检旅客听到该声音即可离开检测区域。仪器很快就显示出检测结果，包括可疑物品数量以及隐匿位置。此时操作员根据检测结果引导旅客：如果安检通过，请旅客直接通过安检区；对一部分旅客提示有可疑物存在，请旅客走到手检位接受检查。在手检区域，手检人员根据终端提示，对旅客相应身体部位进行检查。因为已经有部位提示，手检目的更加明确，接触时间更短。从仪器的工作机制可以看出，在安检过程中：
●旅客可以戴口罩通过毫米波安检仪，即便口罩上有金属铝条；
●安检仪检测时，操作员与旅客保持足够距离；
●安检仪的检测结果具有极高准确性，可以使手检位大幅减少检查概率；
●手检
位的检查目的明确，缩短了检查时间。上述四个特点，明显有助于减小感染概率，防控疫情传播。在实际应用场景中，R&S®QPS201经过产品迭代，具有优化的检测通道设计，为高效安检预留了多种便利条件：
●R&S®QPS201是固定的通道式设计，仪器内没有悬臂等移动部件，工作稳定便于维护。
●内部通道空间足够宽敞，对过检旅客有良好的通过性；对则安检人员不遮挡视野。紧急或特殊情况下可以允许滞留旅客（如残疾人）通过仪器，直接安排手检。
●场地要求简单，无需预留周围空间。2米宽的通道即可安装。仪器旁可以安放隔离桩，或多组仪器相邻安装。
图 5 使用R&S®QPS201的安检通道岗位安排
图 6 安检通道示意图，安检员具有良好的视野距离
在系统集成和维护方面，R&S®QPS201支持网络总线集成接口，可以及时将工作状态与统计数据上报，且具备专有的管理软件系统。由于没有运动部件，仪器无需日常校准。仅在现场维修后需要校准，时间40分钟左右。整个过程完全自动化，无需特殊仪器，经过专门培训的人员可操作。最后，在售后服务体系，罗德与施瓦茨在全国多个主要城市均有服务机构。罗德与施瓦茨建立了一套完善的快速响应机制，对产品问题实施分级处理，也可通过本地合作商实现培训和维护，能做到对全球产品的快速响应和高效解决。
