分布式放射源安全監控體系的設計與研究

李 巖，楊 斌，侯躍新，李 鋼，周冬亮

(黑龍江省科學院技術物理研究所，哈爾濱150010)

隨著核技術應用的不斷深入，核技術已廣泛應用于工農業、石油勘探開發、醫療衛生、科考等行業，然而由于以往的放射源管理手段主要采用人工監管的方式，在監控過程中難免產生疏漏，因此導致放射源丟失或核輻照事故時有發生。而且由于放射源釋放的射線無色無味，而且無法通過肉眼判斷或身體感知，一旦人畜誤接觸放射源并受到較長時間的照射，就會給臟器帶來嚴重的傷害甚至致死［1-3］。因此，如何實現對放射源的有效監管安全是我們急需解決的問題，信息化監控手段的發展為放射源的安全監管提供了新途徑［4］。本文提出建設一種具有分布式系統結構，并綜合運用物聯網技術(如:GPRS、GPS、GIS、數據庫、無線射頻識別等技術)放射源安全監控體系，通過該體系的運作來實現對涉核企事業單位放射源的全方位綜合監控管理。

1 監控體系設計

分布式放射源安全監控體系由硬件部分和軟件部分構成。硬件方面:由放射源輻射劑量探測探頭、監控終端儀表、無線網絡模塊構成，其中針對單獨的非移動放射源采用定點監控儀表進行監控;針對相對集中的監控區域，采用連接多探頭的監控終端儀表進行監控;針對移動放射源則采用可分離式的移動監控終端進行監控跟蹤。軟件方面:采用分布式結構設計的方法，利用Web Service及分布式設計實現系統的低聚性并降低系統的耦合度。底層數據庫的建設由企業級數據庫和監控中心數據庫構成，組成分布式數據服務集群。在權限管理方面建立多層次的分級權限管理策略，支持環保部門和企業等多級別的監控管理需求。

1.1 系統功能劃分

根據分布式放射源安全監控體系所要實現的功能特點，可將系統劃分為如圖1所示三個主要功能部分:控制終端、數據樞紐、控制系統。

1.1.1 控制終端

控制終端是該體系的重要組成部分之一，其主要功能有:

第一，實現劑量的跟蹤監控，能夠根據放射源輻射劑量的變化情況進行跟蹤判斷，當有數據超過預警限時可及時發出警報。

圖1 分布式放射源安全監控體系功能結構圖Fig.1 The distributed radioactive source security monitoring system function

第二，有效防止誤輻照、放射源丟失、被盜等事故的發生。

第三，實時的視頻監控系統使得企業及環保部門對輻射源工作現場的狀況掌控變為可能。

第四，安防系統可有效達到阻隔非工作人員誤入輻射區域的目的，并通過掃描身份認證模塊來識別工作人員。

1.1.2 數據樞紐

數據樞紐是監控體系的數據組織基礎，是連接控制終端和控制系統的樞紐，由空間數據庫、業務數據庫、數據管理工具等部分組成。其中，空間數據庫主要存儲與地理信息相關的數據元素;業務數據庫則存儲與系統運行相關的數據，它是整個體系運轉的數據基石;數據管理工具主要負責對數據庫中數據元、數據字典、數據模型、數據定義的操作與管理，同時實現對數據庫的備份、恢復、同步等多項操作管理。

1.1.3 控制系統

控制系統是整個監控體系的管理者，主要負責對控制終端儀表的控制和系統行為的控制，位于體系的上層，由各種應用服務組成，包括綜合監控子系統、后臺管理子系統。綜合監控子系統可實時監控放射源裝置的位置、輻射劑量以及周圍環境的實時狀況，以及對監控終端儀表的遠程控制等功能;后臺管理系統主要實現對硬件設備的登記、發現與信息維護和參數配置等。

1.2 系統結構劃分

分布式放射源安全監控體系的體系結構劃分如圖2所示:

圖2 分布式放射源安全監控體系結構圖Fig.2 The distributed radioactive source security monitoring system architecture diagram

輻射監控終端集數據采集、GPS定位、無線數據傳輸、遠程控制、超限聲光報警、短信報警等功能于一體。

視頻監控系統由視頻編碼器和視頻流傳輸模塊構成，支持遠程視頻圖像的調取和錄像功能。

安防系統可對進入輻射區域的人員進行身份認證識別，阻隔非法人員進入工作現場;并可在安全事故發生時通知并警告區域內的工作人員撤離，鎖閉放射源工作裝置，防止射線的進一步泄漏。

應用服務中心由企業級服務中心和監控中心兩級構成，企業級服務中心主要設置在監控布局較多并且分散的企業，一方面可以為企業自身提供應用服務支持，另一方面可為上級的監控中心提供基礎統計數據。監控中心一般設立在環境監管部門，主要實現對轄區內企業的放射源的綜合監管，實現對監控數據的匯總及統計分析。這樣的布局方式一來可實現分布式管理，二來可有效降低主服務器的載荷并有效利用企業的現有資源。

綜合監控子系統采用B/S結構開發，并利用Flash插件技術實現應用訪問支持，中間層以Weborb為數據訪問媒介，底層數據庫采用MSSQL Server 2008進行設計，并采用層次化結構設計方案滿足工作現場、企業、環保部門多級別的監控需求，并賦予不同的監管權限。

后臺管理子系統由各種應用工具構成，負責平臺的運行維護。

短信報警系統可在現場發生異常狀況時向相關責任人發送報警短信息。

2 監控體系實現

分布式放射源安全監控體系采用“環保部門—企業—現場”三級模式進行設計，在不同的層次上授予不同的管理權限。

輻射監控終端由嵌入式控制模塊、GPS模塊、GPRS集成模塊、計數管、LCD液晶顯示屏、無線天線、控制電路、高壓電源模塊、串口、電源、開關按鈕、聲光報警裝置等構成。其內部工作程序由中斷計數、數據采集、數字濾波、數據平滑及校正、數據顯示輸出和GPS定位、無線數據收發等構成。其主要工作流程如圖3所示:

圖3 工作流程圖Fig.3 Work flow chart

數據傳輸方式采用有線網絡和無線網絡相結合的方式，通過接入環保網的VPN專線實現點對點的數據傳輸。

數據的存儲方式采用分布式設計，由現場、企業、監控三級存儲構成。在現場采用存儲卡作為存儲媒介緩存一定時期的數據;部署在企業的數據服務器主要對企業內部的所有監測數據進行存儲與管理;監控中心服務器采用服務器集群存儲匯總數據。

綜合監控子系統利用采集的數據，對放射源進行定位跟蹤及劑量的實時監測，并提供即時查詢功能，可查詢當前放射源的位置、隸屬單位、數據傳輸時間、上下限等。此外，平臺還具有多用途的報警功能，例如:可根據放射源的不同設置、不同的報警上下限且相應的報警方式也不同，除在界面上顯示報警信息外，還可以通過短信、發出警報聲音等方式告知監管人員監控現場發生了異常狀況。系統還提供了對歷史查詢的功能，以列表或圖形等多種方式展示查詢結果，并支持TXT、EXCEL等格式導出。在基礎信息管理方面提供了對在用放射源的出廠信息(生產廠家、放射源編碼、出廠活度，以及采用的何種核素、標定時間等)、放射源使用單位信息管理(購置時間、單位地理位置、上級主管部門、內部管理機構及聯系人、應急響應機構及應急預案)等信息的檢索，并且具有錄入、修改、刪除和查詢等功能。對于現場的監控視頻則支持遠程實時查看、定點存儲和回放錄像等功能，從而對涉源企業放射源的監管工作起到了監控、督促的作用。

3 結論

分布式放射源安全監控體系研究與開發工作得到了省、市環保部門的關注和支持。目前已在哈爾濱市范圍內投入應用，現階段哈爾濱半數以上放射源都處于該體系的監管中。分布式放射源安全監控體系的設計與研究工作為輻射安全監管部門提供了新的管理手段，并從根本上減少了輻射安全事故發生的可能，對于安全合理利用放射源、促進核工業發展、構建和諧社會具有重要的意義。

［1］ 潘自強.放射源安全管理中一些問題的討論［J］.輻射防護，2002，22(5):257—262.

［2］ 從慧玲，張金濤，劉新河，等.我國核工業廢放射源安全管理［J］.輻射防護，2002，22(5):263—268.

［3］ 王笑軍，，邢亞娟.哈爾濱市放射源安全管理現狀與對策［J］.環境科學與管理，2006，31(4):18—20.

［4］ 方東.保障輻射環境安全的放射源在線監控管理系統［J］.環境監控與預警，2011，3(4):26—29.