燃油类物证色谱分析数字化识别比对系统的构建

赵鹏程

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

燃油类物证色谱分析数字化识别比对系统的构建

赵鹏程

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

利用夹角余弦算法对燃油类物证色谱分析数据进行相似度的计算和分析，构建了燃油类物证色谱分析数字化识别比对系统，可以实现未知燃油品色谱数据与数据库中参照燃油品色谱数据的自动识别和比对。

油类物证 色谱分析 数字化识别 比对系统

通过燃油物证色谱的比对分析，可以对纵火、焚尸、非法炸药、交通肇事逃逸等案件中提取到的油类物证进行种类鉴别和产地溯源，通过数学模式可对燃油品的指纹信息进行数字化处理，从微观上反映燃油品间的细小差异。数字化的燃油类物证的谱图便于计算机存储和处理，并且易于操作，是提高涉案油类物证鉴别和溯源的重要手段。本研究主要对燃油类物证气相色谱分析的色谱图、特征峰比值等分析数据进行处理，对数据库检索标准和匹配指标进行了研究，在此基础上建立了燃油类物证气相色谱指纹数字化识别数据库。

1 数据与算法

1.1 数据格式

在本研究中，各燃油样品的色谱分析工作均在安捷伦7890A气相色谱仪上完成，色谱数据可以通过安捷伦化学工作站导出，形成*.csv格式文件，所有数据上传至色谱指纹数字识别系统进行测试。

1.2 系统算法

本研究采用夹角余弦算法，对不同色谱图中图谱的色谱峰数目、保留时间和峰面积的微小变化进行计算，从而反映未知图谱与谱库中已知燃油物证的色谱数据的相似程度。

夹角余弦算法公式如下：

其中，yi分别代表两组色谱数据的对应点，两个样品的色谱分析数据越相似，计算出的夹角余弦值越大，相似度越高。

2 系统构建

2.1 开发环境

本系统应用HTML语言编译网络平台完成表示层，实现人机交互功能。应用PHP语言实现后台计算、数据库管理等业务的逻辑处理。采用MySQL作为后台数据库服务器。服务器端采用Windows2003 Server以上操作系统，Web服务器采用Apache；客户端采用Windows XP以上操作系统及Firefox浏览器。

2.2 结构设计

系统采用目前流行的浏览器/服务器（Browser/ Server，简称B/S）结构，其中间层采用MVC的设计模式，即分别为视图层、控制层、模型层，如图所示。视图层又称为页面显示层，即用户所看到的界面，主要由一些PHP页面组成，它提供用户与系统的交互；控制层是整个系统的逻辑核心，将视图层与业务层联系起来，通常由一个核心的类组成；模型层是应用程序的主体部分，由它来实现具体的业务逻辑，通常由一些类组成。MVC模式的处理过程是：首先由控制器接收用户的请求，并决定应该调用哪个模型来进行处理，然后该模型调用业务逻辑来处理用户的请求并返回数据，最后控制器调用相应的视图返回数据呈现给用户。

图 基于MVC三层模型的B/S结构

2.3 数据库设计

系统应用MySQL数据库开发平台建立了燃油物证色谱分析谱图数据库，在该数据库中创建了5个数据表，同时支持动态生成若干个临时表，可为自定义形式的相似度计算服务。样品编号数据表名称为count_id，其数据表结构见表1。

表1 count_id数据表结构

未知样品基本信息数据表名称为dut_all，其数据表结构见表2。不同种类油品基本信息数据表名称为kind_all，参照样品基本信息数据表名称为ref_all，用户信息管理数据表名称为users。

表2 dut_all数据表结构

表3 kind_all数据表结构

3 系统实现功能

3.1 用户管理

本系统采用权限管理，分为管理员、用户两个权限。系统管理员可以对样品数据库进行增加、删除、清空等更新操作、管理用户和谱图对比分析等操作。系统注册用户只能进行谱图分析对比计算、结果浏览显示操作。

3.2 数据管理

在样品导入界面中，样品库类别中包括以下类别：柴油库、汽油库I、汽油库II、动物油库和自定义样品库。通过样品种类选择可将上传数据分为参照样品和未知样品两类，参照样品数据是已知燃油样品的分析数据，可作为数据库中检索数据，未知样品上传后通过计算相似度可与数据库中的已知样品数据进行匹配，确定最相似样品的色谱数据。样品数据的上传功能对权限进行了细化，其中参照样品的上传功能只提供给管理员权限，管理员可以将数据直接上传至样本数据；为注册用户提供未知样品数据的自由上传功能，数据上传后直接跳转到样品计算页，可为注册用户直接提供计算数据的比对服务。

3.3 数据计算功能

根据实际需要，数据库设计了两种计算模式：一是当用户进行检材燃油品物证的溯源分析时，可以分别选择参照样品库提供的已经内置的4个数据库（柴油库、汽油库I、汽油库II、动物油库）进行分类对比，也可以选择所有未知样品选项进行全库对比，系统可以给出检材油品与数据库中参照样品的相似度，供用户筛选；二是当用户只需要对案件中的两份检材与样本油品之间进行比对分析时，可以通过自定义形式分别上传检材和比对样本的色谱数据，不必通过数据库检索，系统就会直接计算出二者的相似度。

4 结语

以前，在进行检材与比对样品的色谱数据比对分析时，主要通过二者的色谱峰保留时间、色谱峰数目、峰面积相对比值等进行说明，本研究所构建的色谱分析数据数字识别系统所给出的检验结果就可以表述为检材与比对样本的色谱数据的匹配百分率。谱图数字化识别技术也可以应用到其它微量物证的鉴别中，通过建立数字化谱图识别的基本标准，为微量物证理化检验结果的数字化处理和数据库管理提供科学、易用的系统设计方案，简化比对程序，提高微量物证检验结果的证据价值。

[1]孙培艳，周青，李光梅，等.原油中多环芳烃内标法指纹分析[J].分析测试学报，2008，27（4）.

[2]蒋启贵，张志荣，宋晓莹，等.轻烃指纹分析及其应用[J].地质科技情报，2005，24（1）.

（责任编辑：于 萍）

D918.92

A

2014-3-12

公安部应用创新计划项目（编号：2012YYCXXJXY129）。

赵鹏程（1973-），男，辽宁锦州人，中国刑警学院法化学系教授，博士，主要从事刑事化验研究。