移動(dòng)放射源在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

范國(guó)華 楊正龍 劉巖

[摘 要]用源企業(yè)在日常生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中對(duì)移動(dòng)放射源實(shí)時(shí)在線監(jiān)控缺少必要的信息化手段支撐，加大了移動(dòng)放射源在使用過(guò)程中丟失的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)按照國(guó)家生態(tài)環(huán)境部在2020年年底之前實(shí)現(xiàn)全國(guó)全部高風(fēng)險(xiǎn)移動(dòng)放射源實(shí)時(shí)監(jiān)控的管理要求，建設(shè)移動(dòng)放射源在線實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)對(duì)各企業(yè)來(lái)說(shuō)迫在眉睫。本文對(duì)用源企業(yè)移動(dòng)放射源實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行討論：一是系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)分析;二是前端監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)分析;三是后端實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)分析。

[關(guān)鍵詞]移動(dòng)放射源;實(shí)時(shí);監(jiān)控;設(shè)計(jì)分析

0? ? ?引 言

放射源廣泛分布在石油勘探、無(wú)損檢驗(yàn)等工業(yè)系統(tǒng)中，尤其是III類以上的危險(xiǎn)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(shí)間長(zhǎng)短可以對(duì)人體造成永久性傷害甚至導(dǎo)致死亡。同時(shí)，由于其相關(guān)作業(yè)流動(dòng)性強(qiáng)、外形不具備特異性辨識(shí)的特點(diǎn)，加之使用過(guò)程中經(jīng)手環(huán)節(jié)多，一旦丟失，或被暴恐分子偷竊，會(huì)對(duì)個(gè)人及社會(huì)造成極其嚴(yán)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(guó)家生態(tài)環(huán)境部核三司于2015年下半年正式啟動(dòng)了放射源“在線監(jiān)管”的科研項(xiàng)目前期調(diào)研工作，并率先在新疆、江蘇等省份開(kāi)展相關(guān)科研試點(diǎn)工作，要求將“在線監(jiān)管”技術(shù)應(yīng)用于放射源存儲(chǔ)、運(yùn)輸及作業(yè)的全過(guò)程中。因此，相關(guān)單位將物聯(lián)網(wǎng)智能硬件技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合，打造了移動(dòng)放射源實(shí)時(shí)在線監(jiān)控信息系統(tǒng)，功能設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)輻射劑量監(jiān)控、實(shí)時(shí)定位監(jiān)控、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、放射源基本信息管理、歷史移動(dòng)軌跡跟蹤查詢、綜合信息查詢和統(tǒng)計(jì)分析等重要功能。

1? ? ?系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

放射源監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)描述了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、主要組件與其相互間的關(guān)系以及組件、用戶和外部系統(tǒng)之間的關(guān)系，提供了一個(gè)簡(jiǎn)單明了、清楚而易于理解的模型，可以幫助系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)、實(shí)施成員就目標(biāo)系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)成共識(shí)。系統(tǒng)整體的總體架構(gòu)共包括兩大部分：第一部分是前端現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，分別為源罐終端監(jiān)控設(shè)備、源倉(cāng)監(jiān)控設(shè)備、手持一體機(jī)監(jiān)控設(shè)備、車(chē)載主機(jī)終端及顯示終端監(jiān)控設(shè)備、源庫(kù)終端監(jiān)控設(shè)備;第二部分是后端監(jiān)控系統(tǒng)操作平臺(tái)，該操作平臺(tái)分別包括監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)、手持監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)及車(chē)載顯示終端顯示系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)用源企業(yè)業(yè)務(wù)需求的分析并結(jié)合相關(guān)企業(yè)放射源監(jiān)控信息系統(tǒng)的應(yīng)用情況，可初步整理形成系統(tǒng)總體架構(gòu)圖，如圖1所示。

2? ? ?前端監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1? ?源罐監(jiān)控設(shè)備

源罐監(jiān)控設(shè)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(kāi)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(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)半導(dǎo)體輻射探測(cè)內(nèi)置在源罐中的模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)井放射源輻射劑量、位置軌跡、出入庫(kù)、裝卸源和上下車(chē)狀態(tài)、動(dòng)作進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。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(shè)備密閉防水的同時(shí)進(jìn)一步增加設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)充電操作時(shí)的方便性。

2.2? ?源倉(cāng)監(jiān)控設(shè)備

源倉(cāng)監(jiān)控設(shè)備包括彩色攝像頭、源倉(cāng)門(mén)開(kāi)啟檢測(cè)器、天線、無(wú)線充電發(fā)射器，相關(guān)模塊均通過(guò)專線與車(chē)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(guò)視頻專線與車(chē)載終端連接。倉(cāng)門(mén)開(kāi)啟檢測(cè)器利用門(mén)磁開(kāi)關(guān)檢測(cè)兩扇源倉(cāng)門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。源艙內(nèi)的放射源監(jiān)測(cè)信息由智能車(chē)載主機(jī)通過(guò)無(wú)線方式自動(dòng)采集并上傳。無(wú)線充電發(fā)射器用于給源罐嵌入式監(jiān)控設(shè)備充電，通過(guò)信號(hào)專線與車(chē)載終端連接，電量不足時(shí)自動(dòng)充電，充滿自動(dòng)停充。

2.3? ?手持一體機(jī)監(jiān)控設(shè)備

放射源現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員使用的集成伽瑪射線定量檢測(cè)功能的手持監(jiān)控設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源全過(guò)程的在線檢查、記錄及輻射劑量定量檢定。整機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，輻射探測(cè)器采用光電倍增管，監(jiān)測(cè)的輻射劑量數(shù)據(jù)與標(biāo)定計(jì)量器具監(jiān)測(cè)的輻射劑量數(shù)據(jù)誤差小于10%。源罐監(jiān)控設(shè)備的身份碼識(shí)別信息通過(guò)藍(lán)牙與手持監(jiān)控設(shè)備連接。

2.4? ?車(chē)載主機(jī)及顯示終端

車(chē)載主機(jī)是為放射源運(yùn)輸車(chē)輛專門(mén)設(shè)計(jì)的源車(chē)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信控制終端，外殼采用金屬型材，供電系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口及插頭、視頻模塊、報(bào)警、無(wú)線、近場(chǎng)、全網(wǎng)通、衛(wèi)星報(bào)文模塊等均進(jìn)行深度融合一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛源艙內(nèi)放射源的輻狀態(tài)數(shù)據(jù)、車(chē)輛定位數(shù)據(jù)的采集和分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）、北斗衛(wèi)星報(bào)文的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)可以作為運(yùn)源車(chē)輛周邊智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)使用。

車(chē)載主機(jī)與源罐、源倉(cāng)和手持監(jiān)控設(shè)備利用WiFi進(jìn)行傳輸，輻射劑量、北斗定位、視頻影像、身份識(shí)別碼等數(shù)據(jù)信息通過(guò)電信無(wú)線信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸不佳時(shí)，由實(shí)時(shí)傳送自動(dòng)轉(zhuǎn)換為定時(shí)傳送，并通過(guò)北斗報(bào)文定時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)罐載監(jiān)控設(shè)備輻射劑量信息和車(chē)載北斗定位信息。現(xiàn)場(chǎng)暫存區(qū)域?qū)崟r(shí)周界監(jiān)控，50 m（可配置）范圍自動(dòng)識(shí)別內(nèi)放射源移動(dòng)自動(dòng)識(shí)別。

2.5? ?源庫(kù)監(jiān)控設(shè)施

利用基于ARM方案的藍(lán)牙近場(chǎng)通信出入庫(kù)識(shí)讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)源庫(kù)監(jiān)控設(shè)備外殼，硬件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，具備放射源身份及出入庫(kù)方向判斷功能，同時(shí)支持手持檢測(cè)一體機(jī)的通信與數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)源庫(kù)物理布置特點(diǎn)設(shè)計(jì)、布置定向無(wú)死角出入庫(kù)識(shí)讀系統(tǒng)，能夠批量、多方向、無(wú)差別速度地對(duì)放射源出入庫(kù)進(jìn)行合法性判斷，對(duì)于不合規(guī)的出入庫(kù)情況，觸發(fā)聲光報(bào)警。

3? ? ?后端實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

本部分主要陳述PC端的重要功能設(shè)計(jì)及分析，其中，后端實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)具有以下6個(gè)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(chǔ)，將保證系統(tǒng)正常運(yùn)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(wù)管理員在系統(tǒng)上線前配置在系統(tǒng)中，如果變動(dòng)則進(jìn)行系統(tǒng)更新。此類配置數(shù)據(jù)包括：放射源庫(kù)、放射源、手持監(jiān)控設(shè)備、運(yùn)源車(chē)、地圖配置、報(bào)警配置等。

3.2? ?驗(yàn)證檢測(cè)

驗(yàn)證檢測(cè)屬于監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程管理中的功能，查詢和顯示手持設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)放射源檢查后提交的驗(yàn)證檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)驗(yàn)證檢查的查詢功能，可以很方便地查看規(guī)定時(shí)間內(nèi)的訪問(wèn)，指定隊(duì)組的利用手持監(jiān)控設(shè)備檢查放射源的結(jié)果，內(nèi)容包括：放射源編號(hào)、檢測(cè)值、檢測(cè)時(shí)間、放射源檢測(cè)時(shí)狀態(tài)和測(cè)試狀態(tài)。

3.3? ?報(bào)警信息

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

3.4? ?歷史追溯

歷史追溯功能是過(guò)程管理中的重要功能，用于顯示和展示放射源在不同時(shí)間的關(guān)鍵歷史狀態(tài)的信息。通過(guò)歷史追溯的查詢功能，可以很方便地查看規(guī)定時(shí)間內(nèi)的訪問(wèn)，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(shí)間以及發(fā)送歷史信息時(shí)的手持設(shè)備的檢測(cè)信息、地理坐標(biāo)信息、源罐檢測(cè)信息等。

3.5? ?實(shí)時(shí)展示

實(shí)時(shí)展示功能是用戶主要使用的功能，一般在調(diào)度大屏進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。該功能通過(guò)地圖方式展示放射源的實(shí)時(shí)信息和軌跡信息，并展示放射源涉及的放射源庫(kù)的信息、報(bào)警信息、源車(chē)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(duì)放射源歷史的發(fā)生出庫(kù)開(kāi)始截至入庫(kù)后整段過(guò)程的查詢和展示。歷史查詢的功能和實(shí)時(shí)展示的功能相近，區(qū)別在于歷史查詢是通過(guò)查詢條件的方式獲取指定放射源不同出入庫(kù)時(shí)間的歷史展示信息，而實(shí)時(shí)展示則采用定時(shí)刷新的方式，獲得當(dāng)前時(shí)間內(nèi)已出庫(kù)的放射源的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

4? ? ?結(jié) 語(yǔ)

移動(dòng)放射源在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各放射源應(yīng)用企業(yè)來(lái)說(shuō)意義重大。系統(tǒng)建設(shè)可為移動(dòng)放射源全過(guò)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(shí)尋回，從而有效預(yù)防輻射污染事故發(fā)生，提升企業(yè)移動(dòng)放射源在線監(jiān)管水平，在可預(yù)期的未來(lái)還可以帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)放射源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、失控報(bào)警提醒，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源的安全高效監(jiān)控，也為堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)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(zhǎng)的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需求奠定基礎(chǔ)。

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