基于物聯(lián)網(wǎng)的輻射源安全監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：輻射源具有強(qiáng)烈的社會敏感性，無論是丟棄還是泄漏，都會給人類社會和環(huán)境造成無法估量的損失和危害。為了使其能夠進(jìn)一步造福于人類社會，對輻射源進(jìn)行規(guī)范使用，安全監(jiān)管尤為重要。文章介紹了一套集輻射源劑量監(jiān)測、RFID電子標(biāo)簽、GPS地球定位、位移檢測、視頻監(jiān)控和管理為一體的安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，以降低輻射源被盜的風(fēng)險(xiǎn)，準(zhǔn)確高效地實(shí)現(xiàn)輻射源安全監(jiān)管的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；輻射源；RFID；GPS；GPRS；視頻監(jiān)控

0 引言
    隨著核技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，輻射源的應(yīng)用市場日趨廣泛。通過在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和研究方面的應(yīng)用，輻射源為人類和社會提供了巨大利益，為科技進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，因輻射源管理不善而對環(huán)境和人身健康造成了嚴(yán)重危害。輻射源傳統(tǒng)的監(jiān)管方式為上鎖、警示和人為看護(hù)等，但因人為因素導(dǎo)致丟失和泄漏事故比比皆是，給社會和公眾安全帶來巨大威脅。因此，建立一套基于物聯(lián)網(wǎng)的輻射源安全監(jiān)管系統(tǒng)，將輻射源與網(wǎng)絡(luò)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)
    基于物聯(lián)網(wǎng)的輻射源安全監(jiān)管系統(tǒng)的總體架構(gòu)由前端現(xiàn)場部分(感知層)、數(shù)據(jù)傳輸部分(傳輸層)和安全監(jiān)管部分(應(yīng)用層)等組成，圖1所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，前端現(xiàn)場部分以輻射源為前提設(shè)置劑量檢測、RFID電子標(biāo)簽識別、GPS定位跟蹤、視頻監(jiān)控等裝置，以確保輻射源出現(xiàn)丟失、位移和泄漏等異常情況時(shí)通過傳輸層向監(jiān)管中心發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號并向現(xiàn)場本地和監(jiān)管人員發(fā)送報(bào)警信號。數(shù)據(jù)傳輸部分是通過GPRS方式將劑量信息、電子標(biāo)簽信息傳送到監(jiān)控中心；將視頻監(jiān)控信號通過3G、ADSL或?qū)＞€等方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；將移動源位置信息通過GPS定位和GPRS傳送到監(jiān)控中心；將移動源視頻監(jiān)控圖像通過GPRS以圖片形式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。由監(jiān)控中心的安全監(jiān)管系統(tǒng)完成信息的分析處理、智能化應(yīng)用服務(wù)和控制決策。

2 現(xiàn)場前端感知層的設(shè)計(jì)
    現(xiàn)場前端感知層主要由劑量檢測儀、防拆毀RFID標(biāo)簽、RFID閱讀器、位移監(jiān)測設(shè)備、高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件設(shè)備構(gòu)成。
2．1 劑量檢測
    使用不同型號的測量儀對各個(gè)輻射源應(yīng)用場所的輻射強(qiáng)度進(jìn)行測量。各監(jiān)測儀通過光電傳感器收集被測放射源的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換后，測量儀將所獲得的數(shù)字信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心可以判斷輻射源是否出現(xiàn)丟失或劑量外泄等事故。
2．2 RFID電子標(biāo)簽及閱讀器
    射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)是一種新興自動識別技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。它采用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通訊以達(dá)到目標(biāo)識別并交換數(shù)據(jù)的目的。RFID具有遠(yuǎn)距離、同時(shí)可識別多個(gè)標(biāo)簽、識別速度快、標(biāo)簽存儲容量大、數(shù)據(jù)安全等特點(diǎn)。在本方案中，利用RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輻射源防盜報(bào)警，其原理如圖2所示。

    如果為每個(gè)輻射源安裝有效距離小于10 m的防拆毀RFID標(biāo)簽，并在離放射源不遠(yuǎn)處(如小于10 m)安裝RFID閱讀器，那么，RFID閱讀器將不斷地讀取RFID傳來的數(shù)據(jù)。一旦RFID標(biāo)簽被拆毀，或輻射源被移動到距離RFID閱讀器超過10 m距離，RFID閱讀器將不能再讀取到該RFID的數(shù)據(jù)，此時(shí)就認(rèn)為放射源被非法移動，報(bào)警器將自動通過短信方式向特定號碼的手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)，通過GPRS或CDMA或3G網(wǎng)絡(luò)，向監(jiān)控中心發(fā)送報(bào)警信息。
2．3 GPS(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)
    終端設(shè)備由GPS接收機(jī)、GPRS收發(fā)模塊等組成，GPS模塊負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星定位(經(jīng)度、緯度和海拔高度)信號，GPRS模塊負(fù)責(zé)完成信息的無線傳輸。當(dāng)移動輻射源在使用或運(yùn)輸過程中，為了實(shí)現(xiàn)GPS終端對輻射源實(shí)現(xiàn)可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控，GPS結(jié)合GIS(Geographical Information System)地理信息系統(tǒng)對輻射源移動的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，GPS工作不正常時(shí)則通過GIS系統(tǒng)在相應(yīng)的地圖上標(biāo)以報(bào)警信息。
2．4 位移監(jiān)測
    當(dāng)輻射源封裝體與安裝位置出現(xiàn)非法位移時(shí)，系統(tǒng)將及時(shí)向監(jiān)管中心和現(xiàn)場進(jìn)行報(bào)警，以提醒現(xiàn)場相關(guān)人員及時(shí)采取防范措施。
2．5 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控
    視頻監(jiān)控的應(yīng)用占據(jù)了安防領(lǐng)域大部分比例，對輻射源工作現(xiàn)場進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控和錄像更是必要的。尤其在一些重要場所(如水廠、電廠固定源和一些特殊需要的移動運(yùn)輸源)，一般均采用高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)。

3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)
    GPRS(General Packet Radio Service)通用無線分組業(yè)務(wù)采用高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，其傳輸速率可達(dá)115 Kb／s，尤其是該傳輸方式為分組發(fā)送和傳輸，這意味著用戶總是在線且按流量計(jì)費(fèi)，因而可降低運(yùn)行成本。本系統(tǒng)中的劑量監(jiān)測數(shù)據(jù)、RFID電子標(biāo)簽信息、GPS定位數(shù)據(jù)(地理坐標(biāo)經(jīng)、緯度信息)等均可通過GPRS方式傳送。
    通過3G／ADSL／光纖專線可傳輸輻射源現(xiàn)場或庫房的視頻監(jiān)控圖像。
    輻射源視頻監(jiān)控圖像與輻射源信息管理系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收和信息交換均可通過網(wǎng)絡(luò)完成。
    通過短信報(bào)警功能，可在現(xiàn)場出現(xiàn)輻射源丟失或輻射源泄漏等異常情況時(shí)，通過手機(jī)等方式向監(jiān)管人員發(fā)送信息，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施。

4 系統(tǒng)軟件功能
    基于物聯(lián)網(wǎng)的輻射源安全監(jiān)管系統(tǒng)主要包括輻射源信息管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、輻射源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等幾個(gè)模塊。其中，輻射源信息管理系統(tǒng)用于輻射源相關(guān)信息的管理；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)用于管理實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)；輻射源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可對輻射源進(jìn)行視頻監(jiān)控和實(shí)時(shí)劑量檢測，并在發(fā)生事故時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警。
4．1 輻射源信息管理系統(tǒng)
    輻射源信息管理系統(tǒng)可以分為涉源單位信息管理、輻射源信息管理、輻射源生命周期管理、電子地圖、專業(yè)技術(shù)人員管理、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)等六部分。
    涉源單位信息管理完成對涉源單位的基本信息注冊登記、管理和查詢。
    輻射源信息管理用于完成對輻射源基本信息的管理和查詢統(tǒng)計(jì)。
    輻射源生命周期管理完成環(huán)評登記、申購申請、竣工驗(yàn)收、執(zhí)法監(jiān)察、送儲報(bào)廢等流程的統(tǒng)一管理，用戶可查詢其監(jiān)管流程、歷史劑量監(jiān)測數(shù)據(jù)、執(zhí)法監(jiān)察和巡檢數(shù)據(jù)、事故措施和應(yīng)急預(yù)案等管理。監(jiān)督輻射源的轉(zhuǎn)移情況并跟蹤每個(gè)輻射源在其使用壽期終了時(shí)的去向，使所有輻射源長期得到監(jiān)管和控制。
    系統(tǒng)提供電子地圖功能，地圖標(biāo)注所有固定使用輻射源和存放輻射源的位置，標(biāo)注移動輻射源和運(yùn)輸輻射源應(yīng)行駛路線，電子地圖顯示各種輻射源包括移動、運(yùn)輸輻射源的當(dāng)前位置。可按需提供專題圖分析功能，可通過點(diǎn)擊電子地圖上的各監(jiān)測點(diǎn)直接查閱企業(yè)信息和輻射源信息。
    專業(yè)技術(shù)人員管理即對專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行管理。
    數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)包括劑量檢測數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、GPS定位信息等的歷史數(shù)據(jù)查詢和對各種歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和匯總并生成報(bào)表，為事故分析和決策提供依據(jù)。
4．2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)
    實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能：一是實(shí)時(shí)接收劑量監(jiān)測數(shù)據(jù)、RFID電子標(biāo)簽狀態(tài)信息、GPS地球定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中；二是對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并增加日志記錄功能，若發(fā)現(xiàn)異常需要報(bào)警時(shí)，則通過短信平臺將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)上；另外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)補(bǔ)傳功能，可對網(wǎng)絡(luò)故障情況下未及時(shí)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)傳。
4．3 輻射源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)
    輻射源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)分為視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)劑量檢測和實(shí)時(shí)報(bào)警功能三部分。
    視頻監(jiān)控用來實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場各個(gè)點(diǎn)的視頻圖像，具有視頻錄像、圖像抓拍功能；對裝有云臺的攝像機(jī)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；視頻監(jiān)控圖像可在手機(jī)移動辦公系統(tǒng)中直接查看。
    實(shí)時(shí)劑量檢測用來讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)獲取的劑量檢測數(shù)據(jù)。
    系統(tǒng)具備多種報(bào)警管理功能，以各種方式通知相關(guān)人員采取相應(yīng)措施，為事故應(yīng)急處理爭取時(shí)間，有效降低危害程度。能夠以聲光進(jìn)行現(xiàn)場報(bào)警，以電話、短信、郵件、視頻等多種方式進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警；具有劑量超標(biāo)報(bào)警、輻射源位移報(bào)警、源丟失報(bào)警、源泄露報(bào)警、移動源偏離預(yù)定路線報(bào)警、非法破壞等異常報(bào)警；具有報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)、查詢、匯總管理等功能。

5 結(jié)語
    經(jīng)試運(yùn)行表明，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，通訊傳輸流暢，工作穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)新技術(shù)的功能和性能特點(diǎn)在項(xiàng)目應(yīng)用中能得到充分體現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)輻射源安全監(jiān)管的功能，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。