Institut für Detektionstechnologien (IDT)
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A precise characterization of substances is essential for the safe handling of explosives. One parameter regularly characterized is the impact sensitivity. This is typically determined using a drop hammer. However, the results can vary depending on the test method and even the operator, and it is not possible to distinguish the type of decomposition such as detonation and deflagration. This study monitors the reaction progress by constructing a drop hammer to measure the decomposition reaction of four different primary explosives (tetrazene, silver azide, lead azide, lead styphnate) in order to determine the reproducibility of this method. Additionally, further possible evaluation methods are explored to improve on the current binary statistical analysis. To determine whether classification was possible based on extracted features, the responses of equipped sensor arrays, which measure and monitor the reactions, were studied and evaluated. Features were extracted from this data and were evaluated using multivariate methods such as principal component analysis (PCA) and linear discriminant analysis (LDA). The results indicate that although the measurements show substance specific trends, they also show a large scatter for each substance. By reducing the dimensions of the extracted features, different sample clusters can be represented and the calculated loadings allow significant parameters to be determined for classification. The results also suggest that differentiation of different reaction mechanisms is feasible. Testing of the regressor function shows reliable results considering the comparatively small amount of data.
The identification of energetic materials in containments is an important challenge for analytical methods in the field of safety and security. Opening a package without knowledge of its contents and the resulting hazards is highly involved with risks and should be avoided whenever possible. Therefore, preferable methods work non-destructive with minimal interaction and are capable of identifying target substances in a containment quickly and reliably. Most spectroscopic methods find their limits, if the target substance is shielded by a covering material. To solve this problem, a combined laser drilling method with subsequent identification of the target substance by means of Raman spectroscopic measurements through microscopic bore holes of the covering material is presented. A pulsed laser beam is used for both the drilling process and as an excitation source for Raman measurements in the same optical setup. Results show the ability of this new method to gain high-quality spectra even when performed through microscopic small bore channels. With the laser parameters chosen right, the method can even be performed on highly sensitive explosives like triacetone triperoxide (TATP). Another advantageous effect arises in an observed reduction in unwanted fluorescence signal in the spectral data, resulting from the confocal-like measurement setup with the bore hole acting as aperture.
Explorative experiments were done to figure out differences in the emission of volatile organic compounds (VOCs) of not infested trees and trees infested by Anoplophora glabripennis (Asian longhorn beetle, ALB), a quarantine pest. Therefore, VOCs from some native insect species, Anoplophora glabripennis infested Acer, stressed Acer, healthy Acer, Populus and Salix were obtained by enrichment on adsorbents. Qualitative analysis was done by thermal desorption gas chromatography coupled with a mass selective detector (TD-GC/MS). Altogether 169 substances were identified. 11 substances occur from ALB infested or mechanically damaged trees i.e. stressed trees, but not from healthy trees. (+)-Cyclosativene, (+)-α-longipinene, copaene and caryophyllene are detectable only from ALB-infested Acer not from mechanically damaged or healthy Acer. However, these substances are also emitted by healthy Salix. 2,4-Dimethyl-1-heptene is among all tree samples exclusively present in the ambience of ALB-infested trees. It´s rarely detectable from native insect species’ samples.
Als rohstoffarme und exportorientierte Wirtschaftsnation ist die Bundesrepublik in ho- hem Maß auf die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten im grenzüberschreiten- den Verkehr angewiesen. Angesichts der komplexen Transportstrukturen bei grenz- überschreitenden Transporten kommt den eingesetzten Kontroll- und Prüfverfahren besondere Bedeutung zu: Einerseits müssen Kostenbelastungen, Unterbrechungen und Verzögerungen in der Transportkette minimiert, andererseits besonders illegale Einfuhren, Transporte und Substanzen unterbunden werden. Von besonderer Bedeu- tung für Verdachts- bzw. Stichprobenkontrollen ist der Einsatz speziell trainierter Spür- hunde. Als besonders leistungsfähige ‚lebende Sensoren‘ sind sie in der Lage, eine Vielzahl von Stoffen zu detektieren. Der Einsatz von Spürhunden unterliegt allerdings engen Grenzen: Hoher Trainingsaufwand, eng begrenzte Einsatzdauer, begrenzte Verfügbarkeit. Die Entwicklung neuer, optimierter Einsatzverfahren für Spürhunde z. B. mit höheren Durchsatzraten und überprüfbarer Verlässlichkeit durch Einbindung technischer Systeme ist daher ein wichtiger Beitrag für die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten.
Im Rahmen der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurde das Potenzial der einfachen Halbleitergassensoren zum Einsatz in komplexen Fragestellungen erforscht. Ein im wahrsten Sinne des Wortes brandaktuelles Thema, das hier in den Fokus geraten ist, ist die Detektion explosionsfähiger Substanzen. 42547 – so hoch war die Anzahl der Terroranschläge im Zeitraum 2000 bis 2016, die unter Einsatz von energetischen Materialien begangen wurden. Bei mehr als der Hälfte waren Menschenopfer zu beklagen. Terrorismus ist eine Gefahr und neue explosionsfähige Stoffmischungen, deren Analysedaten in keiner Datenbank eines Detektors enthalten sind, bilden zurzeit ein enormes Bedrohungspotential - solche Gefahrstoffe sind mit etablierten bibliothekgestützten Verfahren schwer nachweisbar. In dieser Arbeit wurde ein bibliothekfrei arbeitender Detektor entwickelt, der schnell und verlässlich die Explosionsfähigkeit unbekannter Substanzen anhand der Auswertung ihrer Reaktionsverläufe bewerten konnte. Es wurde gezeigt, dass der Einsatz von Halbleitergassensoren in Kombination mit Photodioden und einem Drucksensor unter Voraussetzung der durchdachten Reaktionsführung und Anwendung von auf die Aufgabenstellung zugeschnittenen Auswertealgorithmen zielführend ist und eine extrem hohe Detektionsrate von 99,8% ermöglicht. Des Weiteren wurde ein einfacher Herstellungsweg für Halbleitergassensoren ausgehend von der vorhandenen Precursorbibliothek gefunden, der in Zukunft gezielte Manipulation der sensorischen Eigenschaften der Halbleitergassensoren durch Variieren des eingesetzten Precursors sowie der Sensorherstellungsparameter erlaubt. Die auf diesem Weg gefertigten Sensoren wurden in den entwickelten Detektor integriert und zeigten großes Potential neben bibliothekfreier Einschätzung der Explosionsfähigkeit einer unbekannten Substanz auch Aussagen über deren Identität treffen zu können.
Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analysesystem und ein bibliotheksunabhängiges Analyseverfahren zum qualitativen Nachweis und zur Klassifizierung energetischer Materialien, insbesondere zum Nachweis von Explosiv- und Sprengstoffen sowie für komplexe Stoffzusammensetzungen, welche in IEDS (Improvised Explosive Devices) Verwendung finden.
An der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg fand im September 2016 das dritte internationale Symposium für Odorologie „Faszinosum Spürhunde, Gefahren sichtbar machen – Gefahren abwenden“ statt. Die große Nachfrage bei Behörden, Hundeführern, Wissenschaft und Justiz zeigt auf, wie wichtig dieser Wissensaustausch auch weiterhin sein wird.
Die Welt der Hundenase und die Faszination, die die Zusammenarbeit mit dem „Besten Freund des Menschen“ mit sich bringt, eröffnet uns immer weitere Einsatzmöglichkeiten dieser Spürnase. Erfahrungsberichte, Fallbeispiele und Erkenntnisse aus Kynologie und Wissenschaft haben die Veranstaltung erneut zu einem Diskussionsforum gestaltet. Neue Projekte und interdisziplinäre Zusammenarbeit sind ins Leben gerufen worden und machen Neugierig auf zukünftige Veranstaltungen.
Bisher ist nicht bekannt, in welchem Ausmaß Fremd- oder Störgerüche dazu geeignet sind, die allgemeine Leistungsfähigkeit eines Sprengstoffspürhundes einzuschränken oder sogar die Detektion eines Sprengkörpers zu verhindern. Ziel ist es zu untersuchen, inwieweit sich durch den gezielten Einsatz von Störsubstanzen die Sprengstoffdetektionsfähigkeit von Spürhunden beeinflussen lässt. Mit Detektionsfähigkeit ist hier sowohl die Wahrscheinlichkeit einer richtigen Detektion von Sprengstoffen in Gegenwart von starken Fremdgerüchen, als auch die ebenfalls zu erwartende Verringerung der Einsatzdauer (vorzeitige Erschöpfung) gemeint.
Vor Gericht werden Einsätze geruchsdifferenzierender Hunde derzeit nur unter bestimmten Voraussetzungen als Indizien-Beweis zugelassen (dokumentierter, ausreichender Ausbildungsstand des Hundes, Bestätigung der Suche durch zweiten Hund). Oft sind Leistungsgrenzen der Hunde hinsichtlich Alter der Geruchsspur, Einfluss bestimmter Witterungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, etc.) auf die Detektierbarkeit menschlicher Geruchsspuren unklar und umstritten. Auch ist bis heute nicht wissenschaftlich untersucht, welche Bestandteile und Einzelsubstanzen des humanen Geruchs für die Hunde tatsächlich wahrnehmbar und wichtig zur Personensuche und -identifikation sind. Daher widmet sich ein aktuelles Promotionsprojekt im Institut für Detektionstechnologien der Erforschung dieser Fragen.
In der Regel werden für die Hundeausbildung lose Explosivstoffe im Grammbereich eingesetzt. Deren Umgang unterliegt jedoch aufgrund des Gefährdungspotenzials und aus rechtlichen Gründen sehr strikten Regeln. Diese können nur mit Schwierigkeiten mit den Erfordernissen der Hundeausbildung in Einklang gebracht werden. Der Umgang mit hoch-brisanten Zündstoffen und Selbstlaboraten (z.B. TATP und HMTD) stellt aufgrund der nochmals erhöhten Gefährlichkeit und zusätzlicher gesetzlicher Regelungen eine spezielle Herausforderung dar. Das Poster beschreibt die EMPK® (Echtstoff-Mikromengen-Prüfkörper), die eine sichere Alternative als Trainingshilfsmittel für Sprengstoffspürhunde darstellen.
Der Asiatische Laubholzbockkäfer (Anoplophora glabripennis, kurz: ALB) ist ein Bockkäfer, der 2001 seinen Weg nach Europa fand. Er ist als Quarantäneschaderreger eingestuft und muss in Europa bekämpft werden. Eine der Möglichkeiten zum Aufspüren befallener Bäume ist der Einsatz von Spürhunden. Die Einstufung des ALB als Quarantäneschädling bringt große Probleme bei der Verwendung von Trainingsmaterial mit sich. Da es sich zudem um biologisches Material handelt, das geruchchemisch Änderungen und Variationen unterworfen ist, und da die für den Hund relevanten Geruchsstoffe nicht bekannt sind, ist es häufig schwierig, geeignete und frische Geruchsträger als Trainingshilfsmittel zur Verfügung zu stellen.
Durch Dotierung eines nematischen Flüssigkristalles mit einer chiralen Substanz wird eine helikal strukturierte Phase induziert, die in der Lage ist, einfallendes Licht wellenlängenselektiv zu reflektieren. Bei der Reaktion des Dotiermittels mit einem gasförmigen Analyten verändern sich die Ganghöhe dieser Struktur und damit die reflektierte Wellenlänge. Liegt diese im Bereich des sichtbaren Lichts, ist eine Farbänderung mit dem menschlichen Auge zu beobachten. Es ist dabei sinnvoll den Flüssigkristall z.B. in einem Polymer einzukapseln, um ihn vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen zu schützen. Eine Möglichkeit zur Einkapselung ist das koaxiale Elektrospinnen. Vorteile sind unter anderem die Realisierung einer großen Oberfläche und einer sehr geringen Wanddicke der schützenden Schale, die die Diffusion von Gasen durch die Wand hindurch ermöglicht. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Sensors zu testen, wurde ein CO2-sensitiver Flüssigkristall verwendet. Dieser wurde in eine Schale aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) versponnen und die Reaktion mit CO2 spektroskopisch analysiert.
Asymmetric threats require powerful surveillance technology which helps to preserve the security. Security checks which focus on Improvised Explosive Devices (IED’s) or the identification of persons carrying hazardous substances are the major task of our research within the HAMLeT+ (Hazardous Material Localization and Person Tracking) project. Further on, there is a pressing need for assisting the security personnel, either civil or military, by extending the detection capabilities and to deliver efficient and reliable, real time decision support for their task to percept threats. Military camp protection with heterogeneous net-worked sensors and comprehensive sensor data fusion could be such an element. The technology developments concentrate on the integration of different sensor types (video, tracking sensors, CBRNE sensors) in order to get a better and comprehensive understanding in a defined entry area. Data fusion is used to combine kinematic data of persons (where, when) with additional attribute information of them (what) in order to identify that single person carrying the attributes and to classify the threat. The project was initiated as a Supporting Activity funded by the EU within the PASR 2006 scheme. With regards to the specific task for military camp protection it was extended and redesigned. In HAMLeT+ several chemical sensors for hydrocarbons like fuels, alcohols or solvents were used. Such chemicals are available in bigger amounts on the free market. Using them e.g. as fire accelerants they can cause a huge damage. Therefore their detection or the detection of persons carrying such substances or having contaminations on their clothes is of great interest. Sensitive devices for the detection of these analytes are e.g. metal oxide sensors [1]. Our presentation illustrates experimental data, which were gathered with the experimental system HAMLeT+ during the NATO “Defense Against Terrorism (DAT)” campaign „COMMON SHIELDS” in August and September 2008.
We introduce our Lessons Learned from the NATO CNAD PoW “Defense Against Terrorism (DAT)” campaign „COMMON SHIELD” from August and September 2008, present our data and illustrate our experience, which were gathered with the experimental system HAMLeT+ (Hazardous Material Localization and Person Tracking Plus) for military camp protection. The focus of „COMMON SHIELD” was the network-centric operation and demon-stration of innovative technologies for Intelligence, Surveillance, Reconnaissance and Target Acquisition of Terrorists (ISRTA). With regard to the specific task for military camp protection, the original demonstrator HAMLeT [1], which was initiated as a Supporting Activity funded by the EU within the PASR 2006 scheme, was extended and redesigned as HAMLeT+. In HAMLeT+ several chemical sensors for hydrocarbons like fuels, alcohols or solvents were used. The identification of persons carrying hazardous substances and the classification of those substances are the major task of our research. Further on, there is a pressing need for assistance systems for the guards, to extend the spectra of detection capabilities and to receive efficient and reliable, real time decision support for the task to percept threats, which so far could not even be realized at an entry control facility. Security assistance by means of heterogeneous net-worked sensors and comprehensive sensor data fusion could be such an element for better protection. New technological developments concentrate on the integration of different sensor types (video, tracking sensors, CRE sensors) in order to get a better and comprehensive understanding of potential threats in a defined area. Multiple sensors data fusion can be used to combine complementary types of data e.g. kinematic data of objects (where, when) with additional attribute information (what) in order to identify those objects carrying the attributes of interest and give a classification of the potential threat.
Sicherheit im Fährverkehr
(2012)
Timely recognition of threats can be significantly supported by security assistance systems that work continuously in time and call the security personnel in case of anomalous events in the surveillance area. We describe the concept and the realization of an indoor security assistance system for real-time decision support. The system consists of a computer vision module and a person classification module. The computer vision module provides a video event analysis of the entrance region in front of the demonstrator. After entering the control corridor, the persons are tracked, classified, and potential threats are localized inside the demonstrator. Data for the person classification are provided by chemical sensors detecting hazardous materials. Due to their limited spatio-temporal resolution, a single chemical sensor cannot localize this material and associate it with a person. We compensate this deficiency by fusing the output of multiple, distributed chemical sensors with kinematical data from laser-range scanners. Considering both the computer vision formation and the results of the person classification affords the localization of threats and a timely reaction of the security personnel.
