弹头膛线痕迹的单点激光检测和建档系统的设计与实现
李刚1谢子柔2刘益3潘楠4陈秋林5
1.河北省石家庄市公安局 2.中山大学 3.昆明信诺莱伯科技有限公司 4.昆明理工大学5.四川省攀枝花市公安局仁和分局
摘 要： 单点激光位移检测方法和痕迹建档系统，将普通的立体膛线痕迹图形特征转为数字化的图谱，通过软件算法对采集信号进行优化、特征提取、量化和比对等，实现对射击弹头膛线痕迹快速、精准的自动分析比对。同时，单点激光检测和建档系统采用了激光检测和信息化技术，可以快速有效地完成对枪弹检材膛线数据的采集、存储、传输和分析处理，实现系统与用户的互动共赢。
关键词： 弹头膛线痕迹 激光检测 匹配学习 痕迹共享
引言
弹头膛线痕迹的单点激光检测和建档系统是一种网络化工具痕迹检验鉴定系统，是结合痕迹微观特征与激光检测扫描数据等价关系、痕迹曲线轮廓快速提取及嵌入层映射、痕迹相似性匹配深度学习模型、痕迹大数据管控为一体的共享系统，可为基层刑事技术检验人员提供一种行之有效的弹头线形痕迹串并和检测的手段，并可拓展至枪弹线性痕迹检验、撬压工具痕迹检验等领域。
一、设计方案及建设思路
（一）硬件装置
硬件功能方面，该装置将完全替代以往枪弹痕迹检验工作中传统的肉眼镜下观察和拍照采集方法，利用现代工业测量行业中的新技术，以单点激光位移扫描方法作为现场涉枪案件中射击弹头膛线痕迹的采集手段，结合多种先进的微量位移调整和轴向固定装置，利用机械数控技术对现场射击弹头进行多维度微量化平移和轴向稳控，实现单点激光位移传感器对现场射击弹头膛线痕迹的精确采集。同时利用数字信号处理技术，将普通的立体膛线痕迹图形特征转为数字化的图谱，通过技术算法对采集信号进行优化、特征提取、量化和比对等，实现对射击弹头膛线痕迹的快速、精准的自动分析比对，提高了基层刑事技术检验鉴定部门对弹头线性痕迹的快速检验能力。
（二）软件系统
软件系统方面，将结合线性痕迹的微观特征与大数据共享，采用B/S架构，实现全业务的网络化操作，以浏览器交互为业务交互模式。包括枪弹管理、弹痕采集、痕迹比对、枪支分析、数据统计、综合查询、系统管理等系统的全部业务均在浏览器模式下实现操作。
同时，依托公安网络搭建弹痕检验系统，实现实测数据、样本数据以及专业数据资源的整合，从而提供更加高效、互通的服务模型，促进全国枪弹线性痕迹检验水平的均衡发展。系统初期可按照局部建立系统资源数据库，后期推广至全国性应用和建立统一共享的枪弹膛线痕迹数据库，实现系统与用户的互动共赢，并最终带动全国区域的枪案痕迹检验人员进行资源共享，赋予系统以生命力，保证系统资源的先进性、创新性和实用性。装置外观如图1所示。
二、系统功能设计
（一）硬件设计
弹痕单点激光检测设备利用激光位移传感技术和计算机控制技术对枪弹弹头表面膛线痕迹沿圆周方向进行360°快速数据扫描；将扫描数据进行降噪处理后，再利用计算机对扫描数据进行分析比对处理。利用激光位移传感技术能够快速准确的得到射击枪支膛线在枪弹弹头表面产生的线性痕迹数据，利用计算机分析软件对不同弹头痕迹曲线的相似性做计算分析比对，从而快速准确的对不同弹头及枪支的相关性做出客观判断。采集到的数据既可以用于弹头之间的一对一数据比对，也可用于一对多数据比对。
计算机通过控制每个载物台的步进电机运动来控制试件的五个方向位置调整。该五轴位置调整单元可以调整数据扫描前试件的空间位置，保证试件的旋转轴线与电动旋转台的旋转轴线重合，另外扫描时保证激光位移传感器能够获得正确的扫描数据。弹痕单点激光检测设备包括激光位移传感器、试件空间位置五轴调整单元、试件座、CCD高清摄像机、摄像机与激光传感器位置调整单元，所述的试件空间位置五轴调整单元上安装有试件座，试件空间位置五轴调整单元的右侧设置有摄像机与激光位移传感器位置调整单元，摄像机与激光传感器位置调整单元上安装有CCD高清摄像机和激光位移传感器，结构示意如图2所示。
数据采集时，射击弹头进入自吸卡具后，通过图3中⑦、⑧两个电动角位器的调节，将被调整校对后保持轴向竖立状态。之后，射击弹头随着①、②两个电动旋转台做匀速轴向转动。单点激光器在⑤、⑥电动升降台和⑨、⑩电动平移台的组合运动下，将激光对焦采集点调整到弹头膛线痕迹反映较为稳定的弹头中下部区域。在弹头匀速旋转过程中，激光位移传感器记录下激光点沿弹头表面圆周方向上的距离变化数据。每扫描完一周，计算机通过控制电动升降台的抬升或下降使得激光位移传感器移动一定高度，再开始新的一周数据扫描采集。
在采集过程中，该装置利用单点激光自动、精准的扫描特性，实现了对射击弹头柱面的立体膛线痕迹特征进行快速采集。同时，利用单点激光的特性，将激光传感器采集分辨率控制在2.5μm～5μm之间、扫描检测范围在±5mm内，实现了对膛线痕迹特征信号检测往复精度达到0.01mm～0.02mm之间的目标，保证了激光信号对膛线痕迹中微细线条采集反映效果的全面性和精确性，提升了后期痕迹比对的数据分析基础。
（二）软件系统功能
此项功能，是整个系统的关键所在。在硬件体系结构设计中，包含使用工业单点激光扫描装置、电动平移台、电动角位台、电动旋转台、电动升降台等精密组件共同组合而成的激光信号采集单元，通过微电脑控制芯片，在痕迹定位、痕迹激光精度扫描、激光信号特征采集等流程中，实现射击弹头膛线痕迹的激光信号精密、快速、自动化的采集和联调功能，用以实现弹头轴向360°旋转信号采集、膛线痕迹的扫描往复精度和激光扫描装置的采集分辨率等在预定的技术指标内。采集结果通过线性数据对外展示，直观的提供了数字化的比对依据。扫描采集界面和结果如图5、6所示。
3.枪支分析
1.门户首页
该界面功能将以图表方式展示近期系统枪弹数据量增加情况，可按扫描提取、实物提取、照相提取、制模提取等分类进行展示。
2.综合查询
（2）对最佳试验条件进行了重复性和区分性考察，根据考察结果显示，在最佳试验条件检测下的柴油凝点、喷气燃料结晶点和冰点符合标准方法的重复性要求。对齐鲁-10#车柴和安庆0#车柴进行不同比例的调和，考察不同调和比例的柴油凝点区分性，结果显示区分性符合要求；同时也对长岭和九江喷气燃料进行了不同比例调和，考察了不同比例喷气燃料的结晶点和冰点的区分性都满足检测要求。
该界面功能主要包括枪支综合查询、枪支枪弹种类查询、枪支标准查询、枪支结构数据查询、枪支图片查询、现场枪支录入数据查询等功能模块。
桩号计算主要包括计算位于ZY、QZ、YZ间曲线距离整数倍的里程桩号，其可以通过计算离这3个数值中最小整数倍进行获取。获取ZY与QZ之间整数倍的代码如下：
丰富的后台数据，支撑了枪支以及配用弹种结构参数、类别数据、关联案件等检索性查询功能，更便捷的为枪支及配用弹种分析提供基础分类条件。
目前的研究主要集中在抽油机载荷利用率的影响因素上，例如，随着冲程、冲速、动液面、泵径和泵挂深度的增加，抽油机载荷利用率成正比例线性增加，各项参数按照对抽油机载荷利用率的影响权重大小依次排序为：冲程、冲速、动液面、泵径和泵挂深度[1]。另外，合理的抽油机悬点载荷利用率对于抽油机选型也有重要的作用，有研究认为目前的抽油机选型公式，由于各油田生产状况的不同，需要对其进行修正，以得到符合该油田的抽油机选型公式，在统计分析的基础上对公式进行了优化，获得了修正系数，用以指导抽油机选型，优化后的公式准确率提高了5%左右[2]。
心脏破裂是急性心梗最严重的并发症之一，也是导致猝死的重要原因［3,28］。Takada等［31］对77例因急性心梗致心脏破裂致死的法医病理解剖案例进行了分析，提出急性心梗致心脏破裂部位均位于左心室壁，还有心内膜处形成附壁血栓是该类案例的共同特点。同时指出，心肺复苏术不会导致左心室的破裂。
后台数据库中，将国内相关枪种的射击弹头膛线样本进行了植入分析和归类。在对现场射击弹头膛线痕迹采集过程中，通过软件对膛线的宽度、线条痕迹组合特征等采集数据进行分析和归类，可以实现现场与样本弹头对应膛线痕迹的快速比对查询，从而确定现场弹头最佳配备射击枪支的枪种信息，提高射击枪种的数据库自动检索效率和准确率。
该界面功能主要实现了根据现场射击弹头膛线痕迹采集信息的结构数据分析，与对应的实验样本数据库进行比对查询，快速确定现场弹头对应的射击枪种信息。
7.数据统计
该界面功能主要实现录入现场案件信息和案件关联的痕迹信息以及痕迹扫描的数据文件形成痕迹现场库功能。包括案件管理、现场弹头膛线痕迹管理等功能模块。案件管理用于新增案件、导入现堪系统中已存在的案件信息。
该功能中，将与案件信息库、现场勘查信息库、现场弹头膛线痕迹采集信息库进行关联和对接，保证了一案一档一数据的信息安全存储，实现了案件中枪弹信息的快速、准确、详细的关联查询。
5.痕迹比对
本研究的主要工作是通过对含有预冷变形处理和不含预冷变形处理的Cu-Ni-Si材料进行相关力学实验和疲劳实验来研究预冷变形加工对Cu-Ni-Si材料疲劳性能的影响。
我接了名片。她又要了我的手机号，然后动了动手指头，说阿坤，晚安！车子缓缓开走了。保安趁机和我套近乎，说课长好魅力呀，在外傍富婆了？我说开玩笑！没本事的男人才去傍富婆呢，俺这么靓仔，美女傍俺还差不多。然后扬了扬名片，刚才这个够靓吧？我顺便在路灯下瞅瞅名片，吓了我一跳，这个送我回厂的女孩，竟是景花抛光厂的老板。
该界面功能主要实现现场枪弹膛线痕迹中录入案件关联的痕迹特征数据与现场特征数据库或者样本特征数据库之间的对比。包括串并案件、枪种鉴定、枪支同一鉴定比对、现场弹头痕迹比对串并等功能模块。
上海某燃气锅炉额定工况下每小时燃烧500 Nm3天然气，上海市全年平均大气压力接近1标准大气压，以空气系数α=1.1为例，此时烟气露点为59℃，额定工况下每小时燃烧天然气产生的烟气质量为7 243 kg。
系统功能包括枪支管理、现场弹痕、痕迹比对、枪支分析、数据统计、综合查询、系统管理等。系统功能构架设置如图4所示。
同时，系统利用LOWESS平滑算法和Pearson相关系数，实现了自动对弹头膛线痕迹采集信号进行修正和特征提取、量化、比对等功能，并且将比对结果已扫描数据的相似度进行排序，需要时也可以查看弹头痕迹图片进行比对。相似度越高，越有可能是同一射击枪支所致,对相似度高的案件还可以进行及时、准确的串并，如图7、8所示。
6.枪支管理
该界面功能主要实现了常见枪支相关的文字信息录入，枪支对应的图片录入，枪弹射击样本的扫描文件录入。包括枪支外观特点、枪支大小尺寸、生产厂家、枪支部件参数、重量、结构特点、配用弹种特征、射击枪弹痕迹种类及特征等功能模块。
4.现场弹痕案件关联
该界面功能主要包括访问量统计、枪支数量统计、射击枪弹痕迹数量统计等功能模块。
8.系统管理
我国移动支付市场主要参与者有通讯运营商、金融机构及第三方支付机构三大阵营，［1］这三大参与者作为主要的移动支付服务提供商共同构建了移动支付的产业链。同时，三大阵营参与方都已进行了手机支付适用模式的摸索，并加快步伐抢占市场先机。
该界面功能主要包括组织机构管理、角色管理、权限管理、用户管理、字典管理、工具标准管理、系统日志管理等功能模块。
三、结语
该系统中所介绍的射击弹头膛线单点激光检测和建档系统具有如下特点：一是测量工具不接触痕迹表面，不破坏原始痕迹形态，不受操作人员的选取特征能力影响；二是利用单点激光器进行痕迹测量工具，突出了精度高、测量稳定特点；三是不受传统光学观察配光因素的影响特征采集效果；四是利用软件算法，将凹凸线条痕迹转换成二维图谱特征曲线，提高了比对可视性和比对量化性，提升了比对效果和精度；五是提供鉴定过程的比对结果的科学数据来源，提高了鉴定结果的真实性和客观性，为法庭诉讼提供了科学性数据依据。
综上所述，提高语文教学效率的方式方法很多，只要我们在继承传统教学的基础上，善于学习，勇于探索，敢于改革、创新，我们的语文教学效率一定会不断提高。
该检测装置和系统，克服了传统痕迹检测和对比技术中存在的问题，利用激光位移传感技术、计算机控制技术对枪弹弹头表面膛线痕迹沿圆周方向进行快速数据扫描并将扫描数据进行降噪处理后，再利用计算机对扫描数据进行分析比对处理和上传数据库。通过大数据的建立，可在公安系统内部网络实现多地异地侦查数据数据共享和在线对比分析，公安机关能够快速、准确、自动识别检验弹头痕迹，同时通过大数据利用计算机分析软件对不同弹头痕迹曲线的相似性做计算分析比对，从而快速准确的对不同弹头及枪支的相关性做出客观判断。
云南省公安厅、河北省石家庄市公安局、广西省百色市公安局已经利用该系统，对常用公安配枪的12类枪支
3700余发弹头样本进行了测试应用（具体应用过程在此不便详述）。大量检测应用效果完全满足设计要求，极大方便了公安机关对枪支现场弹头痕迹的数字化检验和弹头痕迹数据库的建设工作。
此装置和系统的研发，解决了基层公安机关能够实现快速、精确、自动的比对弹头膛线痕迹的工作需求，比较传统的肉眼观察法，实现了在本领域内对射击弹头膛线痕迹观察的新起点，实现了比对射击弹头膛线痕迹特征的数字化要求和方法。为开拓新的数字化痕迹比对方向，提供了新的基础方法和技术发展思路。适用于基层公安机关在办理涉枪案件中，利用射击弹头膛线痕迹检验和认定相关射击枪支，具有广泛的应用前景和现实意义。
参考文献
[1]戴林.特殊痕迹检验[M].北京:警官教育出版社,1994:31-52.
[2]梁帅.中远距离枪击钢化玻璃弹孔特征研究[J].刑事技术,2017(2):107-110.
[3]任鹏,王利民,何敏,张东焕.贴膜玻璃抗冲击实验分析[J].山东理工大学学报(自然科学版),2010,24(03):10-13
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