CN106980135B - 一种核电站辐射剂量实时热图的生成方法 - Google Patents

一种核电站辐射剂量实时热图的生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电站辐射剂量实时热图的生成方法，用于将核电站的核岛厂房和核废料厂房内的Gamma与Neutron辐射剂量强度以热图的形式实时呈现出来。本方法的实现依赖于核电站内已覆盖了基于802.11系列协议的无线网络系统，以及在该无线网络系统基础上实现的室内定位系统。在核岛厂房和核废料厂房内的具有无线通信能力的个人用便携式剂量计和其他辐射剂量监测仪器将检测到的辐射数据通过无线网络实时传输到后台服务器，同时室内定位系统计算出个人用便携式剂量计和其他辐射剂量监测仪器的定位信息，得到结合定位信息的实时辐射数据，由此核电站控制区域内的辐射强度得以以热图的形式实时呈现出来。

Description

一种核电站辐射剂量实时热图的生成方法
技术领域
本发明涉及一种核电站辐射剂量实时热图的生成方法，它基于无线通信技术，可用于核电站实时监测和辐射水平管理等应用。
背景技术
目前，核电站控制区的辐射剂量数据的采集、监测、控制等管理过程的实时性不是很完善，许多核电站控制区的辐射剂量数据更新周期只能做到以天为单位。而对于核电站这样的对辐射剂量数据高度敏感的工作单位来说，如果能及时地对上述数据进行采集、处理，并实时加以呈现，则会对核电站的安全运行起到很大的作用。而现实当中还缺乏对核电站控制区辐射剂量数据进行实时呈现的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线通信技术的核电站辐射剂量实时热图生成方法。
本方法的实现依赖于核电站内已有基于802.11系列协议的无线网络系统的覆盖，以及在该无线网络系统基础上实现的室内定位系统。辐射剂量数据的采集与传输由满足IEEE802.11系列协议，具有无线通信能力的个人用便携式剂量计和其他辐射剂量监测仪器完成的。
实现核电站辐射剂量实时热图，在核电站运行时刻，可以对核电站的安全运行起到很大的帮助，例如重新规划辐射剂量较小的巡检路线，提示辐射剂量异常点，等等；在紧急情况下，则可以为应急处置提供帮助。
本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤1：在核电站的核岛厂房和核废料厂房内具有无线通信能力的个人用便携式剂量计、辐射剂量监测仪器将检测到的Gamma与Neutron辐射剂量数据进行处理与协议转换，然后将经过处理和协议转换后的辐射剂量数据通过满足IEEE802.11系列协议的无线网络实时传输至后台处理设备。
步骤2：室内定位系统根据监听到的个人用便携式剂量计、辐射剂量监测仪器的WIFI场强数据计算其所处位置，将位置信息送后台处理设备。
步骤3：后台处理设备将辐射剂量数据与位置信息相结合，得到结合定位信息的实时辐射剂量数据，并在核电站控制区域地图上以热图的形式将辐射强度呈现出来。
生成核电站辐射剂量实时热图所需的辐射剂量数据具有辐射剂量数据值、辐射剂量数据采集定位地点、辐射剂量数据采集时间、辐射剂量数据来源、辐射剂量数据可信度、辐射剂量数据强度等属性,以及热图显示规则。
之所以区分辐射剂量数据的来源，是由于不同来源的数据，其准确程度不同。例如辐射剂量监测仪器测得的辐射数据，要比个人用便携式剂量计测得的数据准确；而个人用便携式剂量计测得的数据，要比利用插值计算得到的辐射剂量数据准确，因为利用插值计算得到的辐射剂量数据是一种估计值。
引入可信度，是为了更好地描述数据的准确程度，从而更利于人们对辐射数据的使用和理解。我们有理由规定，较准确的数据具有较高可信度。同时，影响数据可信度的因素不仅仅是数据来源，数据采集的时间也会对可信度有影响。
对辐射剂量数据强度进行划分，以及确定热图显示规则，是为了将辐射剂量数据更好地以图形化信息显示的方式显示出来。以视觉感知为主的图形化信息显示具有一定的文化和语言独立性，可以提高视觉目标搜索的效率，提高信息传递的效率，所有信息一目了然，从而更有利于人们快速获取重要信息。
我们个人用便携式剂量计和辐射剂量监测仪器检测得到的数据称为测量数据。
生成辐射剂量实时热图的数据一般来自辐射剂量监测仪器。但是核电站宽阔的核岛厂房和核废料厂房、广阔的区域和昂贵的辐射剂量监测仪器，使得在所有区域都安装辐射剂量监测仪器成为一件奢侈的事。对于没有安装辐射剂量监测仪器的区域，其生成辐射剂量实时热图所需的辐射剂量数据来源是本发明要解决的问题。
辐射剂量数据来源：
(1)当区域内放置有辐射剂量监测仪器时，取辐射剂量监测仪器的数据作为该区域的辐射剂量数据；
(2)当区域内没有放置辐射剂量监测仪器，但区域内有携带了个人用便携式剂量计的工作人员时，取区域内所有个人用便携式剂量计的数据的平均值作为该区域的辐射剂量数据；
(3)当区域内既没有放置辐射剂量监测仪器，又没有携带个人用便携式剂量计的工作人员时，可以通过数据插值算法进行插值计算，将这样的区域的辐射剂量数据计算出插值。对某区域进行插值计算时可以参考设计值和历史值。利用插值计算得到的辐射剂量数据是一种估计值。
(4)当某区域有多种数据来源时，取可信度高的数据作为本区域的辐射剂量数据。例如某区域无论是否有测量数据，都可以用插值计算法计算出该区域的插值数据。因此要对各种数据来源的数据的可信度进行比较。
辐射剂量数据可信度：
不同来源的辐射剂量数据其可信度是不同的。对此我们有辐射剂量数据评价函数来描述其可信度conf。影响辐射剂量数据可信度的因素有：
(1)数据来源：辐射剂量监测仪器数据、个人用便携式剂量计数据、插值数据；
(2)数据采集时间：当数据来源是测量数据时，可信度应随数据采集后所经历的时间增加而降低；
(3)当数据来源是个人用便携式剂量计数据时，区域内个人用便携式剂量计的数量对辐射剂量数据可信度有一定影响；
(4)当数据来源是插值数据时，需要考虑插值计算所依据的测量数据所经历的时间情况，可信度随经历时间增加而有所降低。
辐射剂量数据强度划分及热图显示规则：
(1)辐射剂量数据按强度可以划分为若干个等级。
(2)由于插值数据的可信度与测量数据的可信度有很大不同，可以在显示时使其明显有别于测量数据的显示。
(3)辐射剂量数据的数据值、数据采集定位地点、数据采集时间、数据来源、数据可信度、数据强度等信息可以在呈现热图时一并显示。
因此，辐射剂量实时热图可以根据辐射剂量数据强度划分将区域着色为不同色彩，以区分不同辐射强度等级。
附图说明
图1为核电站辐射剂量实时热图示意图。
具体实施方式
本发明的实现依赖核电站内已有基于802.11系列协议的无线网络覆盖，同时在该无线网络系统基础上部署了室内定位系统。Gamma与Neutron的辐射剂量数据采集由具有无线通信能力的个人用便携式剂量计和其它辐射剂量监测仪器完成。
本发明包括以下步骤：
步骤1：核电站的核岛厂房和核废料厂房内具有无线通信能力的个人用便携式剂量计、辐射剂量监测仪器将检测到的Gamma与Neutron辐射剂量数据进行处理与协议转换，然后将经过处理和协议转换后的辐射剂量数据通过满足IEEE802.11系列协议的无线网络实时传输至后台处理设备。
个人用便携式剂量计检测其所处的位置附近的辐射剂量，并将检测到的辐射剂量数据实时传输至后台处理设备；
若干辐射剂量监测仪器放置在核电站的核岛厂房和核废料厂房的不同位置，实时检测其周围的辐射剂量强度，并将检测到的辐射剂量数据实时传输至后台处理设备。
考虑数据安全性和完整性，待发送的数据可以增加认证和校验信息。
步骤2：室内定位系统根据监听到的个人用便携式剂量计、辐射剂量监测仪器的WIFI场强数据计算其所处位置，将位置信息送后台处理设备。
室内定位系统对具有无线通信能力的个人用便携式剂量计和辐射剂量探测仪器进行实时定位。
步骤3：后台处理设备将辐射剂量数据与位置信息相结合，得到结合定位信息的实时辐射剂量数据，并在核电站控制区域地图上以热图的形式将辐射强度呈现出来。
后台处理设备处理从个人用便携式剂量计和辐射剂量探测仪器获得的实时辐射监测数据，并从室内定位系统获得当时所处位置，由此得到结合定位信息的实时辐射剂量监测数据。在核电站控制区域地图上以热图的形式将辐射强度呈现出来。
生成辐射剂量实时热图的数据一般来自辐射剂量监测仪器。但是核电站宽阔的核岛厂房和核废料厂房、广阔的区域和昂贵的辐射剂量监测仪器，使得在所有区域都安装辐射剂量监测仪器成为一件奢侈的事。对于没有安装辐射剂量监测仪器的区域，其生成辐射剂量实时热图所需的辐射剂量数据来源是本发明要解决的问题。
辐射剂量数据来源：
(1)当区域内放置有辐射剂量监测仪器时，取辐射剂量监测仪器的数据作为该区域的辐射剂量数据；
(2)当区域内没有放置辐射剂量监测仪器，但区域内有携带了个人用便携式剂量计的工作人员时，取区域内所有个人用便携式剂量计的数据的平均值作为该区域的辐射剂量数据。优选的，可以去掉最大、最小值，或去掉偏离平均值较大的值，然后再求平均值；
(3)当区域内既没有放置辐射剂量监测仪器，也没有携带个人用便携式剂量计的工作人员时，可以通过数据插值算法进行插值计算，将这样的区域的辐射剂量数据计算出插值。优选的插值计算方法可以是径向基函数神经网络方法，最近邻点插值法等。对某区域进行插值计算时可以参考设计值和历史值。利用插值计算得到的辐射剂量数据是一种估计值。优选的，我们设rd为该区域辐射剂量的设计值，rh为该区域辐射剂量历史测量值，ri为插值计算得到的值。则我们定义最终的估计值re为，
re＝λdrd+λhrh+(1-λd-λh)ri
其中λd和λh是设计参数，且满足，
0≤λd≤1,0≤λh≤1,0≤λd+λh≤1；
一般地，rd≠0；当rh＝0时，λh＝0.
(4)当某区域有多种数据来源时，取可信度高的数据作为本区域的辐射剂量数据。例如某区域无论是否有测量数据，都可以用插值计算法计算出该区域的插值数据。因此要对各种数据来源的数据的可信度进行比较。
辐射剂量数据可信度：
不同来源的辐射剂量数据其可信度是不同的。对此我们有辐射剂量数据评价函数来描述其可信度conf。影响辐射剂量数据可信度的因素有：
(1)数据来源：辐射剂量监测仪器数据、个人用便携式剂量计数据、插值数据。优选的，可以设辐射剂量监测仪器数据、个人用便携式剂量计数据和插值数据的初始可信度conf0分别为0.95、0.8和0.6；
(2)数据采集时间：当数据来源是测量数据时，可信度应随数据采集后所经历的时间增加而降低。优选的，刻画这一过程的函数选取为，
f(t)＝e-at，t≥0
其中所经历的时间t的单位为小时，a是设计参数，e是自然常数。优选的，当数据来源是辐射剂量监测仪器数据时，a取0.013372；当数据来源是个人用便携式剂量计数据时，a取0.009792。这样，优选的随时间增长而变化的可信度为，
conf＝conf0*f(t)
(3)当数据来源是个人用便携式剂量计数据时，区域内个人用便携式剂量计的数量对辐射剂量数据可信度有一定影响。优选的，当个人用便携式剂量计数量大或等于5时，其对辐射剂量数据可信度的影响可以不计，此后个人用便携式剂量计数量每减少1，其对辐射剂量数据可信度的影响为3％。即，
conf＝conf0*f(t)，当m≥5时；
conf＝conf0*(1-0.03*(5-m))*f(t)，当0<m<5时。
(4)当数据来源是插值数据时，需要考虑插值计算所依据的测量数据所经历的时间情况，可信度随经历时间增加而有所降低。优选的，刻画这一降低过程的函数选取为，
g(t)＝e-bt，当0≤t≤48时；
g(t)＝5/6，当t>48时。
其中所依据的测量数据所经历的平均时间t的单位为小时，b是设计参数，e是自然常数。优选的，b取0.003798。这样，优选的插值数据的可信度为，
conf＝conf0*g(t).
辐射剂量数据强度划分及热图显示规则：
(1)优选的，辐射剂量数据按强度可以划分为4个等级。
(2)由于插值数据的可信度与测量数据的可信度有很大不同，可以在显示时使其明显有别于测量数据的显示。
(3)辐射剂量数据的数据值、数据采集定位地点、数据采集时间、数据来源、数据可信度、数据强度等信息可以在呈现热图时一并显示。
因此，辐射剂量实时热图可以根据辐射剂量数据强度划分将区域着色为不同色彩，以区分不同辐射强度等级。优选的，辐射剂量实时热图关于辐射剂量数据的色彩显示规则可以是：
当辐射剂量数据≤0.01mSv/hr时，相应区域着色为绿色；
当辐射剂量数据≤0.15mSv/hr时，相应区域着色为黄色；
当辐射剂量数据≤1mSv/hr时，相应区域着色为橙色；
当辐射剂量数据>1mSv/hr时，相应区域着色为红色。
附图1为核电站辐射剂量实时热图示意图，图中左部的一个着黄色区域其着色部分的轮廓为圆角，有别于其它着色区域的直角轮廓。圆角轮廓显示法表示该区域的数据来源是插值计算而来的。

Claims (2)

1.一种核电站辐射剂量实时热图的生成方法，用于将核电站的核岛厂房和核废料厂房内的Gamma与Neutron辐射剂量强度以热图的形式实时呈现出来；其实现依赖于核电站内已覆盖了基于IEEE 802.11系列协议的无线网络系统，以及在该无线网络系统基础上实现的室内定位系统；所需辐射剂量数据的采集与传输由满足IEEE802.11系列协议，具有无线通信能力的个人用便携式剂量计和辐射剂量监测仪器完成；其特征在于，
生成核电站辐射剂量实时热图所需的辐射剂量数据具有辐射剂量数据值、辐射剂量数据采集定位地点、辐射剂量数据采集时间、辐射剂量数据来源、辐射剂量数据可信度和辐射剂量数据强度这些属性；生成核电站辐射剂量实时热图还需要热图显示规则；
其中，所述辐射剂量数据来源包括，
(1)当区域内放置有辐射剂量监测仪器时，取辐射剂量监测仪器的数据作为该区域的辐射剂量数据；
(2)当区域内没有放置辐射剂量监测仪器，但区域内有携带了个人用便携式剂量计的工作人员时，取区域内所有个人用便携式剂量计的数据的平均值作为该区域的辐射剂量数据；
(3)当区域内既没有放置辐射剂量监测仪器，也没有携带个人用便携式剂量计的工作人员时，可以通过数据插值算法进行插值计算，将这样的区域的辐射剂量数据计算出插值，利用插值计算得到的辐射剂量数据是一种估计值，设rd为该区域辐射剂量的设计值，rh为该区域辐射剂量历史测量值，ri为插值计算得到的值，则定义最终的估计值re为，
re＝λdrd+λhrh+(1-λd-λh)ri
其中λd和λh是设计参数，且满足，
0≤λd≤1,0≤λh≤1,0≤λd+λh≤1；
一般地，rd≠0；当rh＝0时，λh＝0；
(4)当某区域有多种数据来源时，取可信度高的数据作为本区域的辐射剂量数据；
所述辐射剂量数据可信度，用来描述辐射剂量数据的准确程度，以利于人们对辐射数据的使用和理解；不同来源的辐射剂量数据其可信度是不同的，有辐射剂量数据评价函数来描述其可信度conf；
影响辐射剂量数据可信度的因素有：
(1)数据来源：辐射剂量监测仪器数据、个人用便携式剂量计数据和插值数据，可以设辐射剂量监测仪器数据、个人用便携式剂量计数据和插值数据的初始可信度conf0分别为0.95、0.8和0.6；
(2)数据采集时间：当数据来源是测量数据时，可信度应随数据采集后所经历的时间增加而降低，刻画这一过程的函数选取为，
f(t)＝e-at，t≥0
其中所经历的时间t的单位为小时；e是自然常数；a是设计参数，当数据来源是辐射剂量监测仪器数据时，a取0.013372，当数据来源是个人用便携式剂量计数据时，a取0.009792；这样，随时间增长而变化的可信度为，
conf＝conf0*f(t)；
(3)当数据来源是个人用便携式剂量计数据时，区域内个人用便携式剂量计的数量对辐射剂量数据可信度有一定影响，一般地，较多个人用便携式剂量计所得到的数据的可信度，要比较少个人用便携式剂量计所得到的数据的可信度高，但当便携式剂量计数量增加到一定程度时，其对可信度的提高不再显著；当个人用便携式剂量计数量m大或等于5时，其对辐射剂量数据可信度的影响可以不计，此后个人用便携式剂量计数量每减少1，其对辐射剂量数据可信度的影响为3％，即，
conf＝conf0*f(t)，当m≥5时，
conf＝conf0*(1-0.03*(5-m))*f(t)，当0<m<5时；
(4)当数据来源是插值数据时，需要考虑插值计算所依据的测量数据所经历的时间情况，可信度随经历时间增加而有所降低，刻画这一降低过程的函数选取为，
g(t)＝e-bt，当0≤t≤48时，
g(t)＝5/6，当t>48时；
其中所依据的测量数据所经历的平均时间t的单位为小时；e是自然常数；b是设计参数取0.003798；这样，插值数据的可信度为，
conf＝conf0*g(t)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辐射剂量数据强度划分及热图显示规则包括，
(1)辐射剂量数据按强度可以划分为4个等级；
(2)由于插值数据的可信度与测量数据的可信度有很大不同，可以在显示时使其明显有别于测量数据的显示；
(3)辐射剂量数据的数据值、数据采集定位地点、数据采集时间、数据来源、数据可信度、数据强度等信息可以在呈现热图时一并显示；
(4)辐射剂量实时热图可以根据辐射剂量数据强度划分将区域着色为不同色彩，以区分不同辐射强度等级；这样，辐射剂量实时热图关于辐射剂量数据的色彩显示规则可以是：
当辐射剂量数据r满足r≤0.01mSv/hr时，相应区域着色为绿色；
当辐射剂量数据r满足0.01mSv/hr<r≤0.15mSv/hr时，相应区域着色为黄色；
当辐射剂量数据r满足0.15mSv/hr<r≤1mSv/hr时，相应区域着色为橙色；
当辐射剂量数据r满足r>1mSv/hr时，相应区域着色为红色。
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