CN106951991A - 一种核电站检修路径智能规划系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站检修路径智能规划系统及其应用方法，系统包括探测设备、信号传输装置、数据库、数据同步处理模块、路径规划模块、结果显示模块、输入接口以及用户操作界面；探测设备用于探测核电站内各处辐射剂量率，并通过信号传输装置将辐射剂量率传输至数据库；数据同步处理模块用于调用数据库的信息并进行同步处理；路径规划模块用于根据数据库的存储信息以及用户选择的目标位置，给用户规划出合理路径；结果显示模块用于显示核电站的地图信息和路径规划模块已规划出的合理路径；输入接口用于提供给用户连接并操作用户操作界面。本发明运用了人工智能算法，在路径规划方面反应迅速，准确高效，即时规划，可以满足核电站的检修需求。

Description

一种核电站检修路径智能规划系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及核工程技术领域，尤其涉及一种核电站检修路径智能规划系统及其应用方法。

背景技术

随着生产技术的不断变革，社会经济的不断发展，人类能源消费的不断加剧，以化石燃料为主的不可再生能源正日益呈现枯竭的情形。另一方面，在经济发展下人们生活水平的提高，人们也开始寻求能源结构的调整以改善生活环境。核能作为这一具有重大潜力的能源，在近些年来开始展现大发展的态势。国内外，一大批核电机组开工建设或筹备。可以预见，在不久的将来，核能将成为人类发展的主要依靠。

目前，核电站对于核辐射防护已经有了较为周到的措施。但是，对于那些工作与核设施密切相关的员工，却也是难免受到少量辐射。尤其是，当反应堆核燃料包壳破损等情况发生时，就会使冷却回路中冷却剂的放射性活度增加，当维修人员在进行检修工作时便会遭到辐射的威胁。这些辐射虽然大部分都在可控范围内，但对他们仍有潜在风险，这些辐射应当在核电事业发展中减少或避免。对于检修人员来说，在每次停堆检修或者日常检修时，他们往往需要到达多个目标地，而他们随机化的路径选择，其实对他们的身体健康有着很大的潜在风险。如果他们不经意走到辐射严重的区域，这更将对他们造成极大的危害。如果我们能为他们设计合理的路径，让他们受到的辐射量最小化，将对员工个人和核电站检修与维护工作产生重大影响。

目前，核能领域虽然存在各种探测、检测设备，但这些设备只能起到监控的作用。虽然这些设备在一定程度上已经确保了核电站的安全运行，但对于核电站维修人员的日常检修以及停堆检修却不能起到减少他们所受辐射的作用。因此，在核能发展过程中，解决好这方面的问题不容忽视。而本发明就旨在为核电站维修人员进行快速路径规划，为他们选择最安全的检修路径，避免他们长期受到大量辐射的威胁。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种核电站检修路径智能规划系统及其应用方法，为核电站检修人员提供快速且规划合理的检修路径，使他们在检修工作中尽可能少遭受核辐射，确保他们的职业健康。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种核电站检修路径智能规划系统，包括探测设备、信号传输装置、数据库、数据同步处理模块、路径规划模块、结果显示模块、输入接口以及用户操作界面，其中

所述探测设备用于探测核电站内各处辐射剂量率，并通过所述信号传输装置将辐射剂量率传输至所述数据库；

所述数据库用于接收信息并进行存储；

所述数据同步处理模块用于调用数据库的信息并进行同步处理，将同步处理后的信息返回给所述数据库进行存储；

所述路径规划模块用于根据所述数据库的存储信息以及用户选择的目标位置，给用户规划出合理路径；

所述结果显示模块用于显示核电站的地图信息和所述路径规划模块已规划出的合理路径，并反映给所述用户操作界面；

所述输入接口用于提供给用户连接并操作所述用户操作界面，从而使得用户在所述用户操作界面上选择目标位置。

进一步地，所述探测设备包括若干γ探测器，所述γ探测器用于测量核电站内的辐射剂量率；所述γ探测器覆盖所有检修路径，从而形成核辐射探测器网络。

进一步地，所述数据库即时存储所述信号传输装置传输的信息，以及经所述数据同步处理模块同步处理后的返回信息。

进一步地，所述输入接口，用户通过其在所述用户操作界面上自由输入所要到达的目的地。

进一步地，所述结果显示模块显示内容包括：核电站的地图信息、已规划出的合理路径、路径的行进时间和路径的辐射剂量。

本发明另一目的是提供一种核电站检修路径智能规划系统的应用方法，包括下述步骤：

S1、用户通过用户操作界面选择在核电站内需要到达的多个目标地址；

S2、从起始地址到目标地址，探测设备探测核电站内各处的辐射剂量率，并将辐射剂量率存储于数据库内；

S3、数据同步处理模块调用数据库的辐射剂量率，并对辐射剂量率进行同步计算处理，得到任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量；

S4、路径规划模块根据有效辐射剂量，采用混沌粒子群算法，以行进路程中所受辐射剂量为目标函数，对任意两目标地址之间路径进行组合优化，给用户规划出合理路径。

进一步地，所述步骤S3中对辐射剂量率进行同步计算处理，得到任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量，具体为：

S31、若核电站内只存在单个辐射源，则将此辐射源视为点模型，已知γ探测器探测到某一距离处的放射性剂量率，那么通过公式求出任意地方的辐射剂量率；其中，R₁、R₂表示不同地方的辐射剂量率，D₁、D₂表示不同地方到辐射源的距离；

S32、若核电站内存在多个辐射源，则将每一个辐射源在各处的辐射剂量率进行叠加；

S33、将任意两地址之间的路径划分N个分段，并用平均辐射剂量率AR_i来代表各分段的辐射情况,i＝1、2、...、N；其中，平均辐射剂量率AR_i通过公式得到，a、b表示第i个分段的两端，R_a、R_b表示第i个分段的两端辐射剂量率；

S34、根据各分段的长度L和人行走速度V，计算行走时间T；平均剂量率AR_i与行走时间T的乘积，即为该分段的有效辐射剂量E_i；将任意两目标地址之间路径上的所有分段的有效辐射剂量E_i相加，即为任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量

进一步地，所述步骤S34中，在分段无限小的情况下，根据某点的放射性剂量率，使用积分公式来计算任意两地址之间路径的有效辐射剂量；其中R₀表示某点的放射剂量率，D₀表示该点到辐射源的距离，D为任意点到辐射源的距离，L为两目标地址之间路径长度。

进一步地，所述步骤S4具体为：

S41、首先，在0到1之间且除去0、0.25、0.5、0.75和1，随机产生若干组初始混沌变量，根据初始混沌变量的大小排序产生相应初始路径；同时，确定出个体最优路径和群体最优路径，并计算出路径相对应的辐射剂量；

S42、利用logistic映射公式cx_i+1＝4cx_i(1-cx_i)产生下一代混沌变量，并根据新的混沌变量的大小排序产生下一代优化路径；

S43、更新个体最优路径和群体最优路径，判断是否满足迭代次数，如果满足，则进行下一步优化，否则重复步骤S42；

S44、利用公式进行路径更新；式中,表示不同迭代次数下的优化路径，Pbest_i ^t、Gbest^t分别表示个体最优路径和群体最优路径,F₁、F₂表示交叉操作，F₃则表示变异；

S45、在满足迭代次数或辐射剂量达到可接受范围的情况下，完成路径规划。

进一步地，所述步骤S41、S42中根据大小排序的具体方式为：若某组混沌变量中的五个元素按顺序排列为：0.6200、0.4100、0.7300、0.2600、0.9100，则根据排序规划出路径X_i ^k为：4→2→1→3→5→4；

所述步骤S41、S43、S44中，个体最优路径为某初始解经过迭代更新而找到的历史最佳优化路径，群体最优路径为整个群体中所遍历的所有解中最佳的优化路径。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

(1)本发明克服了传统探测设备只能监测、监控的缺点，可以为核电站检修人员规划合理的检修路径，减少他们所受职业辐射；

(2)本发明运用了混沌粒子群算法，在路径规划上反应迅速，准确率高，能够及时准确地为核电站检修工作规划出合理的路径；

(3)本发明的路径规划具有即时性特点；

(4)在用户界面上，本发明不仅可以清晰明确地呈现整条路径的状况，还可以展现行进路程、时间和所受辐射剂量；

(5)本发明中，用户可以通过输入接口在用户界面方便灵活地选择多个目的地。

附图说明

图1为本发明一种核电站检修路径智能规划系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种核电站检修路径智能规划系统，包括探测设备、信号传输装置、数据库、数据同步处理模块、输入接口、用户操作界面、路径规划模块和结果显示模块。其中，探测设备将所探测的信息通过信号传输装置传入数据库，后由数据同步处理模块对数据进行同步处理，再将处理后的数据返回到数据库，用户通过输入接口在用户操作界面选择目标位置，然后由路径规划模块规划出合理路径，通过结果显示模块反映在用户操作界面。

各组成部分具体情况如下：探测设备主要是以γ探测器为主的可以测量具体辐射剂量率的且覆盖检修路径的核辐射探测器网络；数据库可以即时存储由信号传输装置和数据同步处理模块传回的实时数据；数据同步处理模块可以根据传回的各探测器周围的辐射剂量率计算出各段路径的辐射剂量；用户可以通过输入接口输入所要到达的目的地；路径规划模块中应用了混沌粒子群算法，以行进路程中所受辐射剂量为目标函数，对路径进行优化；结果显示模块可以清楚地在用户界面显示整条路径、行进时间及路程和所受辐射剂量；由探测设备通过信号传输装置连接的数据库中的数据可以被数据处理模块处理和随时被路径规划模块调用；同时，路径规划模块还与用户界面相连，用户界面可以通过指令随时触发路径规划模块；路径规划完成后自动触发结果显示模块，将结果显示在与其相连的用户界面上。

根据上述一种核电站检修路径智能规划系统，其具体应用方法包括下述步骤：

S1、用户通过用户操作界面选择在核电站内需要到达的多个目标地址；

S2、从起始地址到目标地址，探测设备探测核电站内各处的辐射剂量率，并将辐射剂量率存储于数据库内；

S3、数据同步处理模块调用数据库的辐射剂量率，并对辐射剂量率进行同步计算处理，得到任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量；

S4、路径规划模块根据有效辐射剂量，采用混沌粒子群算法，以行进路程中所受辐射剂量为目标函数，对任意两目标地址之间路径进行组合优化，给用户规划出合理路径。

其中，步骤S3数据同步处理模块的计算方式如下：假设在单个辐射源的辐射环境中，将辐射源视为点模型，已知某一距离处的放射剂量率，那么通过公式(R₁、R₂表示不同点的放射剂量率，D₁、D₂表示不同点到辐射源的距离)可以求出任意地方的放射剂量率。甚至可以使用积分来计算该路径的有效辐射剂量(R₀表示某点的放射剂量率，D₀表示该点到辐射源的距离，D为任意点到辐射源的距离，L为任意两目标地址之间的路径)。若在多辐射源环境中，其值则进行叠加。然后，将任意两目标地址之间的路径进行适当等分，并用平均剂量率AR_i(i＝1,2,...N)来代表各分段辐射情况。其中，平均辐射剂量率通过公式(a,b为第i段两端点)得到。根据各分段长度L和人行走速度V，计算出行走时间T。平均剂量率与时间的乘积则为该分段有效辐射剂量E_i，任意两目标地址之间路径上的所有分段的有效辐射剂量相加则为两目标地址之间路径的有效辐射剂量，即

步骤S4，路径优化算法为混沌粒子群算法，以人员所受辐射剂量为目标函数，前期应用混沌优化算法进行迭代优化，后期则运用粒子群算法迭代优化，在满足迭代次数或目标函数要求后结束算法。该算法在路径规划上，反应速度快，准确率高，可以很好地应用在核电站检修路径智能规划领域。其具体操作如下：

(1)首先，在0到1之间(除去0、0.25、0.5、0.75、1)随机产生初始混沌变量，根据初始混沌变量的大小排序产生相应初始路径。同时，确定出个体最优路径和群体最优路径，并计算出路径相对应的辐射剂量。举例说明：若某组混沌变量中的五个元素按顺序排列为：0.6200、0.4100、0.7300、0.2600、0.9100，则根据排序规划出路径X_i ^k为：4→2→1→3→5→4。

(2)利用logistic映射公式cx_i+1＝4cx_i(1-cx_i)产生下一代混沌变量，并根据新混沌变量的大小排序产生下一代路径。

(3)更新个体最优路径和群体最优路径。判断是否满足迭代条件，如果满足进行下一步优化，否则，继续进行混沌优化。其中，个体最优路径为某初始解经过迭代更新而找到的历史最佳优化路径，群体最优路径为整个群体中所遍历的所有解中最佳的优化路径。

(4)利用公式进行路径更新。式中,表示不同迭代次数下的路径，Pbest_i ^t、Gbest^t分别表示个体最优路径和群体最优路径,F₁、F₂表示交叉操作，F₃则表示变异。

(5)在满足迭代要求的情况下，完成路径规划。

其中，交叉操作为将个体最优路径或群体最优路径的某个连续元素段插入当前路径，并删除当前路径中与插入元素段相同的元素。变异操作为交换原路径中的任意两个元素的位置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种核电站检修路径智能规划系统，其特征在于，包括探测设备、信号传输装置、数据库、数据同步处理模块、路径规划模块、结果显示模块、输入接口以及用户操作界面，其中

所述探测设备用于探测核电站内各处辐射剂量率，并通过所述信号传输装置将辐射剂量率传输至所述数据库；

所述数据库用于接收信息并进行存储；

所述数据同步处理模块用于调用数据库的信息并进行同步处理，将同步处理后的信息返回给所述数据库进行存储；

所述路径规划模块用于根据所述数据库的存储信息以及用户选择的目标位置，给用户规划出合理路径；

所述结果显示模块用于显示核电站的地图信息和所述路径规划模块已规划出的合理路径，并反映给所述用户操作界面；

所述输入接口用于提供给用户连接并操作所述用户操作界面，从而使得用户在所述用户操作界面上选择目标位置。

2.如权利要求1所述的一种核电站检修路径智能规划系统，其特征在于，所述探测设备包括若干γ探测器，所述γ探测器用于测量核电站内的辐射剂量率；所述γ探测器覆盖所有检修路径，从而形成核辐射探测器网络。

3.如权利要求1所述的一种核电站检修路径智能规划系统，其特征在于，所述数据库即时存储所述信号传输装置传输的信息，以及经所述数据同步处理模块同步处理后的返回信息。

4.如权利要求1所述的一种核电站检修路径智能规划系统，其特征在于，所述输入接口，用户通过其在所述用户操作界面上自由输入所要到达的目的地。

5.如权利要求1所述的一种核电站检修路径智能规划系统，其特征在于，所述结果显示模块显示内容包括：核电站的地图信息、已规划出的合理路径、路径的行进时间和路径的辐射剂量。

6.如权利要求1-5中任一项所述的一种核电站检修路径智能规划系统的应用方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、用户通过用户操作界面选择在核电站内需要到达的多个目标地址；

S2、从起始地址到目标地址，探测设备探测核电站内各处的辐射剂量率，并将辐射剂量率存储于数据库内；

S3、数据同步处理模块调用数据库的辐射剂量率，并对辐射剂量率进行同步计算处理，得到任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量；

S4、路径规划模块根据有效辐射剂量，采用混沌粒子群算法，以行进路程中所受辐射剂量为目标函数，对任意两目标地址之间路径进行组合优化，给用户规划出合理路径。

7.如权利要求6所述的一种核电站检修路径智能规划系统的应用方法，其特征在于，所述步骤S3中对辐射剂量率进行同步计算处理，得到任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量，具体为：

S31、若核电站内只存在单个辐射源，则将此辐射源视为点模型，已知γ探测器探测到某一距离处的放射性剂量率，那么通过公式求出任意地方的辐射剂量率；其中，R₁、R₂表示不同地方的辐射剂量率，D₁、D₂表示不同地方到辐射源的距离；

S32、若核电站内存在多个辐射源，则将每一个辐射源在各处的辐射剂量率进行叠加；

S33、将任意两地址之间的路径划分N个分段，并用平均辐射剂量率AR_i来代表各分段的辐射情况,i＝1、2、...、N；其中，平均辐射剂量率AR_i通过公式得到，a、b表示第i个分段的两端，R_a、R_b表示第i个分段的两端辐射剂量率；

S34、根据各分段的长度L和人行走速度V，计算行走时间T；平均剂量率AR_i与行走时间T的乘积，即为该分段的有效辐射剂量E_i；将任意两目标地址之间路径上的所有分段的有效辐射剂量E_i相加，即为任意两目标地址之间路径的有效辐射剂量

8.如权利要求7所述的一种核电站检修路径智能规划系统的应用方法，其特征在于，所述步骤S34中，在分段无限小的情况下，根据某点的放射性剂量率，使用积分公式来计算任意两地址之间路径的有效辐射剂量；其中R₀表示某点的放射剂量率，D₀表示该点到辐射源的距离，D为任意点到辐射源的距离，L为两目标地址之间路径长度。

9.如权利要求6所述的一种核电站检修路径智能规划系统的应用方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

S41、首先，在0到1之间且除去0、0.25、0.5、0.75和1，随机产生若干组初始混沌变量，根据初始混沌变量的大小排序产生相应初始路径；同时，确定出个体最优路径和群体最优路径，并计算出路径相对应的辐射剂量；

S42、利用logistic映射公式cx_i+1＝4cx_i(1-cx_i)产生下一代混沌变量，并根据新的混沌变量的大小排序产生下一代优化路径；

S43、更新个体最优路径和群体最优路径，判断是否满足迭代次数，如果满足，则进行下一步优化，否则重复步骤S42；

S44、利用公式进行路径更新；式中,表示不同迭代次数下的优化路径，Pbest_i ^t、Gbest^t分别表示个体最优路径和群体最优路径,F₁、F₂表示交叉操作，F₃则表示变异；

S45、在满足迭代次数或辐射剂量达到可接受范围的情况下，完成路径规划。

10.如权利要求9所述的一种核电站检修路径智能规划系统的应用方法，其特征在于，所述步骤S41、S42中根据大小排序的具体方式为：若某组混沌变量中的五个元素按顺序排列为：0.6200、0.4100、0.7300、0.2600、0.9100，则根据排序规划出路径X_i ^k为：4→2→1→3→5→4；

所述步骤S41、S43、S44中，个体最优路径为某初始解经过迭代更新而找到的历史最佳优化路径，群体最优路径为整个群体中所遍历的所有解中最佳的优化路径。