物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在放射源在線監(jiān)管中的利用

引 言

近年來輻射和核安全事故時(shí)有發(fā)生，進(jìn)行工業(yè)探傷、地質(zhì)勘探、石油測(cè)井作業(yè)的輻射裝置在日常使用中更容易產(chǎn)生問題。放射源監(jiān)管是環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其是移動(dòng)放射源的監(jiān)管，目前在國內(nèi)仍是一個(gè)疑難問題，如工業(yè)探傷機(jī)， 作業(yè)地點(diǎn)非常雜散，對(duì)放射源運(yùn)輸、作業(yè)、泄露、丟失等情況不能形成有效實(shí)時(shí)的在線監(jiān)管，往往造成事態(tài)反應(yīng)不及時(shí)， 原因追溯不清晰等現(xiàn)象。因此，開發(fā)一套對(duì)放射源儲(chǔ)存、移動(dòng)及使用狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管的信息管理系統(tǒng)是非常重要的。

1 放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)研發(fā)背景

隨著輻射技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生、地質(zhì)勘探、工業(yè)探傷、油井作業(yè)等領(lǐng)域的大面積推廣和使用，基于社會(huì)安全，對(duì)放射源特別是移動(dòng)放射源的安全監(jiān)管日益迫切。目前主要是以使用企業(yè)日常管理為主，政府監(jiān)管部門定期現(xiàn)場(chǎng)檢查為輔，監(jiān)管部門不能實(shí)時(shí)掌握移動(dòng)放射源的輻射劑量和位置狀態(tài)。

在放射源的管理中，放射源的位置監(jiān)控、放射源的輻射劑量率監(jiān)控、放射源信息管理、放射源異地使用管理都是監(jiān)管部門亟待解決的問題。

針對(duì)以上問題，從國家核安全管理的需求考慮，為實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源的統(tǒng)一監(jiān)管，有效提高環(huán)保部門的放射源監(jiān)管水平和效率，為放射源的科學(xué)管理提供可靠技術(shù)手段，降低放射源丟失、被盜等事故發(fā)生機(jī)率，保障用源企業(yè)工作場(chǎng)所輻射安全，減免對(duì)人身安全的隱患，我公司研制了一套利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)放射源在線監(jiān)管的管理信息系統(tǒng)，目前已在寧夏、青海、河南等省區(qū)的多個(gè)行業(yè)進(jìn)行推廣使用，取得了良好的效果。

2 放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)的總體技術(shù)框架

2.1 需求分析

(1) 以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，研制功能齊全的放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)。

(2) 督促使用單位加強(qiáng)對(duì)放射源進(jìn)行全面、系統(tǒng)的管理工作，提高放射源監(jiān)管水平，降低放射源安全事故發(fā)生率， 最大程度保障廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

(3) 為環(huán)保部門提供高效管理手段，利用 RFID 技術(shù)、GIS技術(shù)、3G/4G通信技術(shù)對(duì)移動(dòng)放射源的存儲(chǔ)、作業(yè)、運(yùn)輸狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，全方位保證放射源使用安全。

2.2 技術(shù)框架

移動(dòng)放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)解決方案是在結(jié)合了國內(nèi)、國外放射源管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以環(huán)保部核安全局已經(jīng)實(shí)行的“一源一卡”放射源統(tǒng)一身份管理為依托，在全國聯(lián)網(wǎng)的“放射源動(dòng)態(tài)跟蹤管理信息平臺(tái)”基礎(chǔ)上擴(kuò)展用于移動(dòng)放射源在線監(jiān)控和實(shí)時(shí)監(jiān)控方案。

系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)、GIS（地理信息）、RFID（電子標(biāo)簽）、輻射劑量采集、GPS 全球定位、3G 無線通訊、多傳感融合等先進(jìn)的技術(shù)手段，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)放射源在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、作業(yè)環(huán)節(jié)中的管理為目標(biāo)，推出包括放射源在靜置、移動(dòng)、室內(nèi)、室外、運(yùn)輸?shù)雀鞣N情況的在線監(jiān)控管理統(tǒng)一平臺(tái)化軟件與配套設(shè)備。

2.3 系統(tǒng)組成

2.3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)是通過放射源在線監(jiān)控管理平臺(tái)軟件與終端配套設(shè)備，對(duì)放射源在運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行全天候、高密度的監(jiān)管，放射源在靜置、移動(dòng)、室內(nèi)、室外、運(yùn)輸?shù)热^程應(yīng)用當(dāng)中，都分別采用不同的監(jiān)管設(shè)備組合與軟件平臺(tái)一起，進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)采集、平臺(tái)展示、信息推送，以達(dá)到放射源實(shí)時(shí)監(jiān)管的目的。

放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)由硬件終端設(shè)備、通信系統(tǒng)、中間服務(wù)器、放射源在線監(jiān)管軟件平臺(tái)組成，如圖 1 所示。

2.3.2 多功能監(jiān)管電子標(biāo)簽

(1) 內(nèi)置有源 2.4 GHz 電子標(biāo)簽，存儲(chǔ)放射源的基本信息。

(2) 內(nèi)置 3G移動(dòng)數(shù)據(jù)通信模塊，可在放射源出現(xiàn)異常情況下向監(jiān)管系統(tǒng)發(fā)送實(shí)時(shí)的地理位置和放射劑量數(shù)據(jù)。

(3) 內(nèi)置 GPS模塊，可為放射源提供地理位置數(shù)據(jù)。

(4) 內(nèi)置放射劑量采集模塊，可實(shí)時(shí)采集電子標(biāo)簽周圍的放射劑量數(shù)據(jù)。

(5) 電子標(biāo)簽具備常規(guī)電池和應(yīng)急電池，常規(guī)電池可保證電子標(biāo)簽在監(jiān)管狀態(tài)時(shí)能夠工作至少半年以上，在實(shí)時(shí)放射劑量測(cè)量狀態(tài)下可至少工作半年以上，在報(bào)警定位狀態(tài)下可至少工作 24小時(shí)以上。

(6) 電子標(biāo)簽具備重力傳感、振動(dòng)傳感功能，在受到錘擊、跌落、振動(dòng)時(shí)報(bào)警。

(7) 電子標(biāo)簽具備防水、防塵、防暴功能，可在野外惡劣環(huán)境下工作。

(8) 電子標(biāo)簽具有無線充電功能，在內(nèi)置電池電壓過低時(shí)，可采用配套的無線充電器對(duì)其內(nèi)部電池進(jìn)行充電。

(9) 電子標(biāo)簽可以多種方式安裝在探傷機(jī)及其他移動(dòng)放射源設(shè)備上，提供各種放射源設(shè)備的安裝支架。

2.3.3 智能運(yùn)輸監(jiān)管鉛箱

該鉛箱主要用于放射源（如探傷機(jī)）在移動(dòng)或運(yùn)輸過程中對(duì)放置在鉛箱的放射源進(jìn)行不間斷的在線監(jiān)控。

(1) 監(jiān)管用鉛箱具有放射劑量采集報(bào)警裝置，可實(shí)時(shí)對(duì)鉛箱內(nèi)的放射源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生放射性泄露，立即開始報(bào)警，采用防護(hù)方式打開鉛箱進(jìn)行報(bào)警。

(2) 具備對(duì)鉛箱內(nèi)的放射源進(jìn)行監(jiān)控的功能，監(jiān)控放射源是否在鉛箱內(nèi)。

(3) 監(jiān)管鉛箱自帶 3G移動(dòng)數(shù)據(jù)通信和 GPS，在移動(dòng)過程中會(huì)將地理信息以及鉛箱內(nèi)的放射源狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)管平臺(tái)。

(4) 監(jiān)管鉛箱集成了無線充電模塊，可對(duì)放置在內(nèi)的放射源電子標(biāo)簽進(jìn)行充電。

(5) 監(jiān)管鉛箱具有加強(qiáng)放射性防護(hù)功能。

2.3.4 手持式智能監(jiān)管終端（PDA）

手持放射源監(jiān)管終端（PDA）可以實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)范圍內(nèi)的放射源，采集作業(yè)區(qū)域的放射劑量，并將作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)以及地理位置信息實(shí)時(shí)上傳到監(jiān)管平臺(tái)。該終端具有以下特點(diǎn)：

(1) 基于 Windows 或Android 操作系統(tǒng)；

(2) 3.5 寸LED 大屏幕液晶顯示；

(3) 內(nèi)置 3G通訊模塊，具備電話、短信功能；

(4) 內(nèi)置 GPS模塊；

(5) 內(nèi)置放射劑量采集模塊；

(6) 內(nèi)置 200萬像素?cái)z像頭，可攝像、拍照；

(7) 可實(shí)時(shí)上傳現(xiàn)場(chǎng)視頻、圖片和聲音；

(8) 可顯示所在區(qū)域的放射源狀態(tài)和放射劑量；

(9) 具有 2 500 mAh電池，可連續(xù)工作 10小時(shí)以上。

2.3.5 智能監(jiān)管庫房終端

放射源智能監(jiān)管庫房終端主要用于無人值守的放射源庫房，具有太陽能發(fā)電系統(tǒng)，可以在無供電環(huán)境的野外放射源庫房中使用，放射源智能監(jiān)管庫房終端在無太陽光的狀態(tài)下可連續(xù)工作 15 天以上。

放射源智能監(jiān)管庫房終端具有如下功能：

(1) 具有 RFID讀卡器，可用于多功能監(jiān)管電子標(biāo)簽識(shí)別和人員識(shí)別；

(2) 內(nèi)置 GPS模塊；

(3) 具有 3G通訊功能；

(4) 具備電子門磁感應(yīng)裝置，當(dāng)庫房門打開后，終端會(huì)將開門信息發(fā)送到系統(tǒng)平臺(tái)；

(5) 可在惡劣環(huán)境下工作。

2.4 系統(tǒng)工作過程

放射源存儲(chǔ)及作業(yè)過程監(jiān)管

放射源作業(yè)過程監(jiān)控示意圖如圖 2所示。

圖 2放射源作業(yè)過程監(jiān)控示意圖

安裝在輻射裝置上的電子標(biāo)簽，集成了輻射劑量檢測(cè)、GPS 衛(wèi)星定位、GPRS 移動(dòng)數(shù)據(jù)通信三個(gè)功能模塊。通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，輻射裝置的輻射劑量率和位置信息會(huì)在經(jīng)過加密后發(fā)送到監(jiān)管平臺(tái)中存儲(chǔ)。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中，電子標(biāo)簽會(huì)每隔幾分鐘就上傳一次數(shù)據(jù)，確保上端平臺(tái)能夠及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)放射源各種信息。

2.4.2 放射源運(yùn)輸過程監(jiān)管

當(dāng)放射源在不同的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，需要進(jìn)行一定距離的運(yùn)輸時(shí)，通過一個(gè)智能運(yùn)輸鉛箱，在運(yùn)輸過程中，自動(dòng)監(jiān)測(cè)放射源的劑量情況，并隨時(shí)上報(bào)鉛箱的其他相關(guān)監(jiān)測(cè)信息。運(yùn)輸過程監(jiān)控示意圖如圖 3 所示。

圖 3 放射源運(yùn)輸過程監(jiān)控示意圖

另外，為了防止鉛箱在運(yùn)輸過程當(dāng)中丟失，護(hù)送人員將手持PDA 打開，對(duì)鉛箱進(jìn)行監(jiān)管，一旦超出特定的監(jiān)控距離， 由PDA 及時(shí)報(bào)警。以此保證使用手持監(jiān)管終端的工作人員始終在運(yùn)輸監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，防止在輻射裝置運(yùn)輸時(shí)被盜或丟失。

3 放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)發(fā)揮的管理作用和社會(huì)效益

放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)完善放射源監(jiān)管，促進(jìn)輻射應(yīng)用行業(yè)健康發(fā)展，建立放射源安全監(jiān)管的長效機(jī)制，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)的和諧穩(wěn)定具有重要意義。

(1) 保障放射源儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用的安全，避免和減少安全事故的發(fā)生；

(2) 幫助消除放射源管理安全隱患，提高放射源使用效率，降低人員看護(hù)成本；

(3) 可隨時(shí)對(duì)放射源的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用情況進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，方便放射源管理人員隨時(shí)了解、掌握放射源使用狀況；

(4) 在出現(xiàn)放射源丟失事故后，可通過查閱放射源全程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，分析原因，采取有效補(bǔ)救措施；

(5) 在有限的人力資源情況下，不用到現(xiàn)場(chǎng)，利用電子監(jiān)管平臺(tái)，即可知道放射源的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用情況，大大提高了對(duì)放射源監(jiān)管的針對(duì)性和有效性；

(6) 顯著提高了環(huán)保單位人員工作效率，有效解決了安全監(jiān)察中人員嚴(yán)重不足導(dǎo)致對(duì)放射源監(jiān)管難以監(jiān)控評(píng)估的問題。

結(jié) 語

放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)采用了先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)時(shí)采集放射源儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中的各類數(shù)據(jù)，記錄放射源的狀態(tài)，可對(duì)異常數(shù)據(jù)提前報(bào)警；當(dāng)發(fā)生放射源丟失事故后， 及時(shí)通知相關(guān)部門，并實(shí)時(shí)跟蹤放射源運(yùn)動(dòng)軌跡，提高搜救效率，降低事故造成的損失，盡可能保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

通過放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源管理的全過程監(jiān)管，提高放射源使用安全性，對(duì)人民群眾安全有極大保障， 具有廣泛的應(yīng)用前景。