鈾廢礦石堆監測預警系統設計

■趙 煒 ■四川省核工業地質調查院，四川 成都 610061

在鈾資源勘探和開采的同時，產生了大量的放射性廢物，形成了數量龐大的鈾尾礦、鈾廢礦石堆，在人為控制不善或某些自然災害條件下，極有可能發生潰壩等事故，對下游地區及周邊人民生命、財產造成巨大危害。因此，提高對鈾廢礦石堆的安全監測水平，及時掌握鈾廢礦石堆的地質穩定性及放射性輻射劑量，對于保護當地的生態環境和人民群眾的生命安全都十分必要。

1 鈾廢礦石堆監測預警系統需求

本系統主要實現鈾廢礦石堆環境安全多種數據的實時監測預測預警，功能上分為3 個部分:(1)鈾廢礦石堆環境數據實時監測;(2)鈾廢礦石堆實時監測預警;(3)相關輔助功能。

環境數據實時監測:主要對各種鈾廢礦石堆環境安全監測數據進行實時獲取，實現其向監測預警系統平臺的轉換，能夠在系統平臺中進行直觀可視化顯示，為鈾廢礦石堆環境安全監測預警的綜合分析提供各種數據信息。

實時監測預警:主要根據某時刻的各種環境安全監測數據，整合鈾廢礦石堆環境安全監測預測模式，對目標監測區的環境安全預測結果實時滾動發布，提供目標監測區的環境安全狀況，及監測預警信息的自動報警服務。

相關輔助功能:主要實現上述功能所需要的輔助功能。各種環境監測數據的組織與管理，監測設備參數設置，信息可視化參數設置以及查詢、縮放等圖形操作，監測設定及自動發布設置，以及監測數據的互聯網信息發布設置等。

2 鈾廢礦石堆監測預警系統設計

2.1 系統設計原則

系統要滿足長期運行的穩定性，需確保技術的先進性、可靠性、安全性和實用性，并且，系統應具有良好的可擴展性和靈活性。

2.2 總體設計

從感知層、網絡層、應用層三個層次進行設計。

(1)感知層:平臺通過安裝在現場的各種硬件傳感器獲取環境中的工程因素、地質巖性及輻射安全等各項指標信息，如應力儀、雨量計、位移計、剪切測試儀、γ 劑量率儀、γ 能譜儀、測氡儀、x 劑量率儀等，實現安全信息的實時監測。

(2)網絡層:項目采用無線通訊方式進行數據傳輸。采用多種方式相結合的無線通信技術進行互補，包括GPRS 技術、無線組網技術和衛星寬帶技術，有效克服了山地間傳播信息的困難。

(3)應用層:目前Web 應用程序是業務系統的發展趨勢，可以快速地發布增強和修復功能，系統的使用者可以透明地使用最新的最好的更新，避免了客戶端重裝或升級的繁瑣。

應用層設計采用B/S 模式，通過Internet 發布，公眾通過普通瀏覽器即可登錄并使用系統。

2.3 監測儀器與方法設計

2.3.1 監測內容與儀器

常用的監測方法和監測儀器可分為如下四種:(1)外觀監測。包括大地測量法、近景攝影測量法、INSAR 干涉雷達測量法、地表傾斜監測法等。用到的主要監測儀器有全站儀、表面傾角計、伸縮自記儀、位移計等。(2)環境因素監測。包括土壤含水量監測、水位監測、滲壓監測、流量監測、水質監測、降雨量監測、地震監測等。使用的監測儀器有土壤含水率儀、水位自動記錄儀、流量儀、雨量計、地震監測儀等。(3)內觀監測。如巖體應力應變監測、深部傾斜監測、內部相對位移監測、沉降觀測等。監測儀器有巖體應力計、鉆孔測斜儀、鉆孔多點位移計、靜力水準儀、收效儀等。(4)輻射監測。包括γ 劑量率、氡析出率、α、β、γ 總活度、中子劑量、x 射線劑量率等。使用的監測儀器有α、β 表面污染測量儀、測氡儀、x-γ 劑量率儀等。

2.3.2 系統設計

(1)電源與功耗設計。整個設備采用低功耗設計，采用20 瓦太陽能電池板配合蓄電池供電，支持掉電、節電、工作三種電源管理模式。(2)通訊鏈路設計。采用多種方式相結合的無線通信技術進行數據傳輸，以便克服諸多山地間傳播信息的困難。設備設計采用無線通訊為主、有線通訊為輔的設計。設備支持GPRS、Zigbee 無線自組網、衛星通信三種無線數據傳輸方式。(3)異常與安全設計。設備對電源設計狀態檢測電路，可以實時傳回設備電源狀態，滿足可靠性管理要求;設計傳感器接入異常狀態檢測電路，可及時獲知傳感器的異常，方便了排除;設備采用低阻接地防雷設計，防止雷擊損害。(4)其他設計。設備提供聲光報警功能，預留紅外夜視攝像功能接口，提高設備的可擴展性。

2.4 網絡發布系統設計

(1)用戶管理模塊。系統的用戶管理包括添加用戶、刪除用戶、修改用戶、瀏覽查看用戶以及用戶權限管理。(2)監測點管理模塊。監測點管理包括添加監測點、刪除監測點、修改監測點、瀏覽查看監測點以及監測點遠程控制。遠程控制功能包括數據采集時間間隔的設置、對設備狀態的重置、聲光報警器的啟動等。一個監測點可以獨立設置運行參數，如傳感器種類與數量、數據曲線繪制參數等。(3)數據管理模塊。系統中數據管理主要針對各個監測點的監測數據，設計有數據接入、數據查詢、數據備份等功能。數據接入采用自定的標準化的數據分組方式，采集的一次數據為一個數據分組，對應一個數據包，分組中依次為監測點標號、數據實時時間、雨量、γ 劑量率……。(4)互聯網信息發布模塊。系統面向用戶提供信息發布功能，用戶可查看監測點監測參數信息，可以對任何一個監測點可以打開實時監測曲線，曲線設計有自動靜默更新，還可以查看實地照片以及提交群策群防建議等。管理員用戶可實現對監測點監測數據的數據報表輸出等功能。(5)系統管理模塊。系統管理包括系統日志、系統幫助、預警日志。系統日志記錄用戶的使用足跡，實現對用戶使用過程的追蹤，分析系統的運行狀況。系統幫助為方便用戶使用的系統操作說明。預警日志記錄了系統發送的預警記錄，管理員用戶可以進行查看。

2.5 數據庫設計

(1)基礎地理/地質數據庫。主要是GIS 數據，實現GIS 地圖背景以及與GIS 相關的各種功能。目前系統采用的為Google Map 提供的免費數據。(2)自然災害監測專題數據庫。主要是監測儀傳回的關于自然災害的各類監測數據，如降雨量、位移、內摩擦角、γ 劑量率等。這些數據是系統運行的基礎，進行永久保存，不能修改和刪除。(3)系統運行數據庫。主要包括用戶信息數據、系統日志數據、用戶配置數據等，用以支撐系統正常的運行。

2.6 平臺接口設計

平臺對鈾廢礦石堆環境安全監測數據輸入和數據輸出均設計有數據接口。平臺在數據輸入端，提供監測設備的數據入庫接口，提供氣象局、民政局等部門的數據接入接口。在數據輸出端，提供數據的讀取接口，用戶可對數據進行其它利用。

3 結論

根據需求分析結果，提出了鈾廢礦石堆環境安全監測預警系統總體結構方案，研究了適合于鈾廢礦石堆環境安全監測預警系統的監測儀器設計、通訊鏈路設計、數據庫存儲、網絡軟件發布等方法，實現了系統的網絡軟布，為后期系統的開發提供關鍵保障。

［1］貴慧宏，張錦.自動變形監測系統集成數據庫的設計與實現［J］.測繪工程，2010，01:53 -57.

［2］鄒雙朝，李端有，周武等.地質災害變形監測系統開發及應用［J］.地理空間信息，2010，04:66 -68.