移動放射源在線監(jiān)控系統(tǒng)設計分析

范國華 楊正龍 劉巖

[摘 要]用源企業(yè)在日常生產(chǎn)作業(yè)過程中對移動放射源實時在線監(jiān)控缺少必要的信息化手段支撐，加大了移動放射源在使用過程中丟失的風險，同時按照國家生態(tài)環(huán)境部在2020年年底之前實現(xiàn)全國全部高風險移動放射源實時監(jiān)控的管理要求，建設移動放射源在線實時監(jiān)控信息系統(tǒng)對各企業(yè)來說迫在眉睫。本文對用源企業(yè)移動放射源實時在線監(jiān)控系統(tǒng)相關設計進行簡要分析，主要從以下3個方面進行討論：一是系統(tǒng)總體架構設計分析;二是前端監(jiān)控設備設計分析;三是后端實時在線監(jiān)控系統(tǒng)平臺設計分析。

[關鍵詞]移動放射源;實時;監(jiān)控;設計分析

0? ? ?引 言

放射源廣泛分布在石油勘探、無損檢驗等工業(yè)系統(tǒng)中，尤其是III類以上的危險性較高的放射源，由于其具備高能電離射線粒子，根據(jù)暴露時間長短可以對人體造成永久性傷害甚至導致死亡。同時，由于其相關作業(yè)流動性強、外形不具備特異性辨識的特點，加之使用過程中經(jīng)手環(huán)節(jié)多，一旦丟失，或被暴恐分子偷竊，會對個人及社會造成極其嚴重和惡劣的后果。受到2014年南京銥-192二類放射源遺失事故影響，國家生態(tài)環(huán)境部核三司于2015年下半年正式啟動了放射源“在線監(jiān)管”的科研項目前期調(diào)研工作，并率先在新疆、江蘇等省份開展相關科研試點工作，要求將“在線監(jiān)管”技術應用于放射源存儲、運輸及作業(yè)的全過程中。因此，相關單位將物聯(lián)網(wǎng)智能硬件技術和信息技術相結合，打造了移動放射源實時在線監(jiān)控信息系統(tǒng)，功能設計上實現(xiàn)了實時輻射劑量監(jiān)控、實時定位監(jiān)控、實時視頻監(jiān)控、放射源基本信息管理、歷史移動軌跡跟蹤查詢、綜合信息查詢和統(tǒng)計分析等重要功能。

1? ? ?系統(tǒng)總體架構設計

放射源監(jiān)控系統(tǒng)總體架構描述了整個系統(tǒng)的設計思路、主要組件與其相互間的關系以及組件、用戶和外部系統(tǒng)之間的關系，提供了一個簡單明了、清楚而易于理解的模型，可以幫助系統(tǒng)相關設計、實施成員就目標系統(tǒng)的總體架構設計達成共識。系統(tǒng)整體的總體架構共包括兩大部分：第一部分是前端現(xiàn)場監(jiān)控設備，分別為源罐終端監(jiān)控設備、源倉監(jiān)控設備、手持一體機監(jiān)控設備、車載主機終端及顯示終端監(jiān)控設備、源庫終端監(jiān)控設備;第二部分是后端監(jiān)控系統(tǒng)操作平臺，該操作平臺分別包括監(jiān)控系統(tǒng)平臺、手持監(jiān)控設備系統(tǒng)及車載顯示終端顯示系統(tǒng)。通過對用源企業(yè)業(yè)務需求的分析并結合相關企業(yè)放射源監(jiān)控信息系統(tǒng)的應用情況，可初步整理形成系統(tǒng)總體架構圖，如圖1所示。

2? ? ?前端監(jiān)控設備設計

2.1? ?源罐監(jiān)控設備

源罐監(jiān)控設備外殼可采用金屬型材，安裝方式可考慮固定在現(xiàn)有源罐內(nèi)（需開孔嵌入）或者現(xiàn)有源罐表面，不影響源罐屏蔽效果，且拆卸方便。整機采用一體化設計，通過半導體輻射探測內(nèi)置在源罐中的模塊，實現(xiàn)對測井放射源輻射劑量、位置軌跡、出入庫、裝卸源和上下車狀態(tài)、動作進行在線實時監(jiān)測。其中，嵌入式罐載終端需具備非接觸式充電功能，在保證監(jiān)控設備密閉防水的同時進一步增加設備在現(xiàn)場充電操作時的方便性。

2.2? ?源倉監(jiān)控設備

源倉監(jiān)控設備包括彩色攝像頭、源倉門開啟檢測器、天線、無線充電發(fā)射器，相關模塊均通過專線與車載終端連接。彩色攝像頭具備紅外夜視和防水、防沖擊功能，通過視頻專線與車載終端連接。倉門開啟檢測器利用門磁開關檢測兩扇源倉門的開關狀態(tài)。源艙內(nèi)的放射源監(jiān)測信息由智能車載主機通過無線方式自動采集并上傳。無線充電發(fā)射器用于給源罐嵌入式監(jiān)控設備充電，通過信號專線與車載終端連接，電量不足時自動充電，充滿自動停充。

2.3? ?手持一體機監(jiān)控設備

放射源現(xiàn)場作業(yè)人員使用的集成伽瑪射線定量檢測功能的手持監(jiān)控設備，主要實現(xiàn)對放射源全過程的在線檢查、記錄及輻射劑量定量檢定。整機采用一體化設計，輻射探測器采用光電倍增管，監(jiān)測的輻射劑量數(shù)據(jù)與標定計量器具監(jiān)測的輻射劑量數(shù)據(jù)誤差小于10%。源罐監(jiān)控設備的身份碼識別信息通過藍牙與手持監(jiān)控設備連接。

2.4? ?車載主機及顯示終端

車載主機是為放射源運輸車輛專門設計的源車監(jiān)測數(shù)據(jù)通信控制終端，外殼采用金屬型材，供電系統(tǒng)、標準數(shù)據(jù)接口及插頭、視頻模塊、報警、無線、近場、全網(wǎng)通、衛(wèi)星報文模塊等均進行深度融合一體化設計，實現(xiàn)對車輛源艙內(nèi)放射源的輻狀態(tài)數(shù)據(jù)、車輛定位數(shù)據(jù)的采集和分組無線服務技術（General Packet Radio Service，GPRS）、北斗衛(wèi)星報文的數(shù)據(jù)傳輸，同時可以作為運源車輛周邊智能設備的網(wǎng)絡熱點使用。

車載主機與源罐、源倉和手持監(jiān)控設備利用WiFi進行傳輸，輻射劑量、北斗定位、視頻影像、身份識別碼等數(shù)據(jù)信息通過電信無線信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，在網(wǎng)絡信號傳輸不佳時，由實時傳送自動轉(zhuǎn)換為定時傳送，并通過北斗報文定時轉(zhuǎn)發(fā)罐載監(jiān)控設備輻射劑量信息和車載北斗定位信息?，F(xiàn)場暫存區(qū)域?qū)崟r周界監(jiān)控，50 m（可配置）范圍自動識別內(nèi)放射源移動自動識別。

2.5? ?源庫監(jiān)控設施

利用基于ARM方案的藍牙近場通信出入庫識讀系統(tǒng)設計源庫監(jiān)控設備外殼，硬件進行一體化設計，具備放射源身份及出入庫方向判斷功能，同時支持手持檢測一體機的通信與數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)現(xiàn)場源庫物理布置特點設計、布置定向無死角出入庫識讀系統(tǒng)，能夠批量、多方向、無差別速度地對放射源出入庫進行合法性判斷，對于不合規(guī)的出入庫情況，觸發(fā)聲光報警。

3? ? ?后端實時在線監(jiān)控系統(tǒng)設計分析

本部分主要陳述PC端的重要功能設計及分析，其中，后端實時在線監(jiān)控系統(tǒng)具有以下6個主要功能。

3.1? ?配置管理

配置管理是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎，將保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的靜態(tài)數(shù)據(jù)配置在系統(tǒng)中。此類數(shù)據(jù)由企業(yè)業(yè)務管理員在系統(tǒng)上線前配置在系統(tǒng)中，如果變動則進行系統(tǒng)更新。此類配置數(shù)據(jù)包括：放射源庫、放射源、手持監(jiān)控設備、運源車、地圖配置、報警配置等。

3.2? ?驗證檢測

驗證檢測屬于監(jiān)控系統(tǒng)的過程管理中的功能，查詢和顯示手持設備完成現(xiàn)場放射源檢查后提交的驗證檢測數(shù)據(jù)。通過驗證檢查的查詢功能，可以很方便地查看規(guī)定時間內(nèi)的訪問，指定隊組的利用手持監(jiān)控設備檢查放射源的結果，內(nèi)容包括：放射源編號、檢測值、檢測時間、放射源檢測時狀態(tài)和測試狀態(tài)。

3.3? ?報警信息

報警信息屬于監(jiān)控系統(tǒng)的過程管理中的功能，查詢和顯示系統(tǒng)的報警信息。通過報警信息的查詢功能，可以很方便地查看規(guī)定時間內(nèi)的訪問，指定系統(tǒng)報警的信息，報警信息包括：報警涉及的放射源、報警內(nèi)容、報警時間、報警方式、報警發(fā)送設備信息等內(nèi)容。

3.4? ?歷史追溯

歷史追溯功能是過程管理中的重要功能，用于顯示和展示放射源在不同時間的關鍵歷史狀態(tài)的信息。通過歷史追溯的查詢功能，可以很方便地查看規(guī)定時間內(nèi)的訪問，指定放射源的歷史信息。其中，歷史信息包括：放射源的信息、歷史狀態(tài)類型、發(fā)生時間以及發(fā)送歷史信息時的手持設備的檢測信息、地理坐標信息、源罐檢測信息等。

3.5? ?實時展示

實時展示功能是用戶主要使用的功能，一般在調(diào)度大屏進行實時展示。該功能通過地圖方式展示放射源的實時信息和軌跡信息，并展示放射源涉及的放射源庫的信息、報警信息、源車信息、歷史狀態(tài)信息等內(nèi)容。

3.6? ?歷史查詢

歷史查詢，是對放射源歷史的發(fā)生出庫開始截至入庫后整段過程的查詢和展示。歷史查詢的功能和實時展示的功能相近，區(qū)別在于歷史查詢是通過查詢條件的方式獲取指定放射源不同出入庫時間的歷史展示信息，而實時展示則采用定時刷新的方式，獲得當前時間內(nèi)已出庫的放射源的實時狀態(tài)。

4? ? ?結 語

移動放射源在線實時監(jiān)控系統(tǒng)對各放射源應用企業(yè)來說意義重大。系統(tǒng)建設可為移動放射源全過程監(jiān)控提供完整的解決方案，可以有效遏制放射源的丟失以及在丟失后便于及時尋回，從而有效預防輻射污染事故發(fā)生，提升企業(yè)移動放射源在線監(jiān)管水平，在可預期的未來還可以帶來較好的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，通過物聯(lián)網(wǎng)技術對放射源進行實時監(jiān)控管理、失控報警提醒，從而實現(xiàn)對放射源的安全高效監(jiān)控，也為堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)、持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、滿足人們?nèi)找嬖鲩L的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需求奠定基礎。

主要參考文獻

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