[논문]화물 컨테이너 내 IMS 신호를 이용한 적응 윈도우 기반 마약 및 폭발물 검출

주희송; 김동현; 조성윤; 박경원; 김양섭; 전원기; 권기원

doi:10.7472/jksii.2022.23.3.57

초록
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선박 또는 항공기 화물을 이용한 국제적인 마약 및 폭발물 반입 시도가 증가하는 추세이다. 최근 우리나라에서도 마약 및 폭발물의 검출 사례가 증가하고 있어 주 경로인 항만, 공항의 컨테이너 검색을 통해 위험물질(마약 및 폭발물)을 탐지하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이온 이동도 분광법(Ion Mobility Spectrometry: IMS)의 샘플링 된 출력신호를 이용하여 컨테이너 내부의 위험물질을 검출하는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 초기화 단계에서 알고 있는 물질을 사용하여 목표 위험물질의 이온 검출을 위한 문턱값, 윈도우 길이, 잡음 수준 등의 파라미터를 사전에 추정한다. 추정된 파라미터는 컨테이너 내부의 목표 위험물질의 이온 검출에 사용된다. 제안된 기법은 컨테이너 환경에 의해 IMS 신호 최대값과 이온 이동도가 변동하는 경우에 적용될 수 있다.

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International attempts to smuggle narcotics and explosives using ship or aircraft cargoes are on the rise. With the recent increase in the number of detection cases of narcotics and explosives in Korea, it is important to detect dangerous material (narcotics and explosives) through container searche...

International attempts to smuggle narcotics and explosives using ship or aircraft cargoes are on the rise. With the recent increase in the number of detection cases of narcotics and explosives in Korea, it is important to detect dangerous material (narcotics and explosives) through container searches at ports and airports, which are the main routes. This paper proposes a technique to detect dangerous material in cargo containers using the sampled output signal of ion mobility spectroscopy (IMS). The proposed technique estimates parameters such as a threshold, a window length, and a noise level for ion detection of the target dangerous material by using known materials in the initialization stage. The estimated parameters are used to detect the ions of the dangerous target material inside the containers. The proposed technique can be applied when the peak value of the IMS signal and the ion mobility are varying due to container environments.

주제어

표/그림 (5)

그림 (그림 1) IMS 시스템 구조 (Figure 1) IMS system structure
그림 (그림 2) IMS 기반 이온 검출 기법 블록도 (Figure 2) A block diagram for an IMS-based ion detection technique
그림 (그림 3) IMS 출력 비교 (Figure 3) A comparison of IMS outputs
그림 (그림 4) 주기에 따른 TNT의 최대 전압 비교 (l₁ < l₂ < l₃ < l₄ < l₅ < l₆) (Figure 4) Maximum voltage comparison of TNT as a function of periods (l₁ < l₂ < l₃ < l₄ < l₅ < l₆)
그림 (그림 5) i번째 이온 검출 알고리즘 (Figure 5) The detection algorithm for the i-th ion

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 IMS 장비를 이용하여 화물 컨테이너의 위험 물질을 검출하는 방법을 제안한다. 2절에서는 이온 이동도 분광법과 기존 검출 기술의 문제점을 소개하고, 3 절에서는 IMS 장비의 출력을 이용하여 검출 성능을 향상시키는 알고리즘을 제안한다.

제안 방법

IMS 장비를 활용하여 위험물질을 검출하는 방법을 제안하였다. 검출 성능 향상을 위해 이온 도달 시간을 알고 있다는 가정하에 초기화 과정의 잡음값을 이용한 적응형 기준값을 사용함으로써 환경 변화에 강인한 검출 알고리즘을 제안하였다.
IMS 장비를 활용하여 위험물질을 검출하는 방법을 제안하였다. 검출 성능 향상을 위해 이온 도달 시간을 알고 있다는 가정하에 초기화 과정의 잡음값을 이용한 적응형 기준값을 사용함으로써 환경 변화에 강인한 검출 알고리즘을 제안하였다. 또한, 잡음에 의한 이온 도달 시간 변동에 대응하기 위해 윈도우 기반 최대값 검출 기법을 제안하였다.
검출 성능 향상을 위해 이온 도달 시간을 알고 있다는 가정하에 초기화 과정의 잡음값을 이용한 적응형 기준값을 사용함으로써 환경 변화에 강인한 검출 알고리즘을 제안하였다. 또한, 잡음에 의한 이온 도달 시간 변동에 대응하기 위해 윈도우 기반 최대값 검출 기법을 제안하였다. 향후 연구에서는 실험실과 실제 컨테이너에서 다양한 마약 및 폭발물 시료 데이터를 확보하여 본 논문에서 제안한 검출 기술의 검출 성능을 정량적으로 분석할 계획이다.
이 절에서는 IMS 장비의 출력신호를 이용하여 위험물 질의 존재를 적응적으로 검출하는 알고리즘을 제안한다. IMS는 다양한 원리를 기반으로 DTIMS, TIMS, DMA 등 여러 종류로 나눌 수 있는데[5][9], 이 중 DTIMS는 이온이 균일한 전기장에서 대기를 통과하는데 걸리는 시간을 측정하는 기술이며, 본 논문에서는 DTIMS를 이용한 검출 기법을 제안한다.

후속연구

향후 연구에서는 실험실과 실제 컨테이너에서 다양한 마약 및 폭발물 시료 데이터를 확보하여 본 논문에서 제안한 검출 기술의 검출 성능을 정량적으로 분석할 계획이다. 또한, 여러 종류의 이온이 동시에 존재하는 경우에 이온간 간섭(Inter-Ion Interference)에 의한 성능 열화를 방지할 수 있는 기술도 연구할 계획이다.
또한, 잡음에 의한 이온 도달 시간 변동에 대응하기 위해 윈도우 기반 최대값 검출 기법을 제안하였다. 향후 연구에서는 실험실과 실제 컨테이너에서 다양한 마약 및 폭발물 시료 데이터를 확보하여 본 논문에서 제안한 검출 기술의 검출 성능을 정량적으로 분석할 계획이다. 또한, 여러 종류의 이온이 동시에 존재하는 경우에 이온간 간섭(Inter-Ion Interference)에 의한 성능 열화를 방지할 수 있는 기술도 연구할 계획이다.

참고문헌 (14)

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