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DARPA测试先进的化学传感器
2019-06-06

美国高级研究计划局(DARPA)的SIGMA项目始于2014年,已经验证了在城市规模等级探测放射性与核威胁的能力,目前正在进行部署。目前,DARPA正在利用SIGMA +计划开展这项工作,该计划的重点是在整个化学、生物、放射、核和爆炸威胁空间提供城市到区域规模等级的探测能力。

2018年,DARPA发起了一项名为ChemSIGMA的SIGMA +试点研究,以提供有关使用现有SIGMA网络的新化学传感器如何发挥作用的初步数据和见解。化学传感器套件包将化学传感器、风传感器和通信板,集成到防风雨外壳中。传感器将风读数和实时化学信息报告给中央云托管的融合算法套件。

“这些算法是使用定制模拟引擎开发的,该引擎融合了多个探测器输入,”DARPA国防科学办公室(DSO)项目经理Anne Fischer说,“我们在大都市区域建立了基于模拟版本的算法,因此我们利用现有数据为这个网络框架构建算法。通过这个网络,我们能够仅使用化学传感器输出和风测量来实时查看化学威胁动态,这些化学威胁如何随着时间的推移而发展,以及威胁集中可能会在整个区域内移动。”

在试点研究中,来自麻省理工学院林肯实验室、物理科学公司和Two Six Labs的DARPA研究人员建立了一个小型化学传感器包网络。DARPA的研究团队与印第安纳波利斯大都会警察局、印第安纳波利斯赛车场和马里恩县卫生局合作,于2018年4月底在印第安纳波利斯赛道上部署了该网络。

2018年5月,传感器/网络在印第安纳波利斯500大赛期间进行测试。

化学传感器网络和2018年印第安纳波利斯500大赛等事件期间收集的数据对DARPA工作至关重要,使团队能够评估传感器和网络算法的性能。这些测试是在城市环境中进行的,以确保系统能够处理来自城市化学背景中存在物种的复杂和随机信号。值得注意的是,网络级算法通过正确抑制各个检测器级别的错误检测事件,成功地提高了系统性能。DARPA研究小组还能够收集大量相关数据集和宝贵的用户反馈,以指导正在进行的系统开发工作。

2018年8月,在印第安纳波利斯赛车场进行安全模拟/音乐会烟雾的进一步测试。

在2018年8月的附加试验中,在空旷的印第安纳波利斯赛车场里以实际威胁率释放了一种非危险化学品模拟物。音乐会的雾也被释放,作为一个可见的示踪剂。在航空摄影中观察到可见示踪剂的传播,并且ChemSIGMA传感器和算法以前所未有的准确度确定了释放位置。基于Web的ChemSIGMA界面允许用户在各种设备上实时查看警报。在几天的过程中进行了多次试验,评估了各种气象条件下的性能。在白天和夜晚都进行了释放,具有全方位的风向和速度。ChemSIGMA原型系统检测到所有模拟释放,并在测试过程中产生零误报。

2018年10月,犹他州Dugway试验场的国防部模拟试验。

“我们正在研究如何使这个网络更稳健、更成熟,”Anne Fischer表示,“例如,我们在Dugway试验场实施了一个网络,作为国防部模拟释放测试的一部分,并且已经表明网络可以应对与印第安纳波利斯不同的化学模拟威胁,以及内置移动版本的功能。在过去几个月中,该团队使用这些数据集进一步完善算法,并计划在今年晚些时候安排的测试活动中使用ChemSIGMA系统对其进行集成和测试。“

在印第安纳波利斯500大赛和Dugway试验场成功进行的ChemSIGMA系统试点和模拟试验为验证源定位和羽流传播算法提供了有价值、相关和实际的数据集。

DARPA目前正在通过推进其他传感器模式扩展网络化化学检测的能力,包括基于质谱和远程光谱系统等技术的短程点传感器。随着这些系统的进一步发展和成熟,它们将被整合到SIGMA +连续、实时和可扩展的网络架构中,以提高系统对化学和爆炸威胁及威胁前兆的城市规模级别监控能力。(中国电科发展战略研究中心  陈志宏)

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