CN107436446A - 一种放射源定位方法及定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射源定位领域，特别涉及一种放射源定位方法及定位系统。本发明通过将多个放射源探测器在不同相对位置上分别对放射源进行两次以上的探测，根据不同的探测结果进行比价，从而去除放射源探测过程中出现的虚假位置，实现方式简单，计算量小，计算精度高。

Description

一种放射源定位方法及定位系统

技术领域

本发明涉及放射源定位领域，特别涉及一种放射源定位方法及定位系统。

背景技术

随着科技的发展，放射源的安全应用愈来愈普及，但是随着放射源应用的增多，放射源的丢失问题也逐渐显现，众所周知的，放射源在非屏蔽环境下具有破坏性大、破坏周期长等特点。任何放射源一旦丢失，对事故区周围人员将造成严重的辐射伤害，甚至引起社会恐慌。所以快速的搜寻遗失放射源显得尤为重要。

目前，放射源丢失后，通常利用NaI(Tl) 探测器来进行搜寻定位，单个NaI(Tl) 探测器探测放射源时，通常仅能较准确的获取放射源存在的方向，而不能精确获取该放射源与探测器的距离；所以要对与探测器在同一平面上的放射源定位，至少需要两个NaI(Tl)探测器。这就导致，当存在不止一个遗失的放射源时，即使同时使用两个NaI(Tl) 探测器进行探测（以存在2个遗失放射源为例），也会如图1所示，只能同时确定包含虚假位置a、虚假位置b以及两个实际位置X、实际位置Y在内的2×2个可能存在放射源的位置点，而进一步的排除虚假位置需要根据位置坐标与方向角等特定条件进行筛选。当遗失的放射源个数为N大于2个甚至远远大于2个时，可能存在放射源的位置点最多可达N×N个。同样的道理，需要对多个与探测器不在同一平面的放射源定位时，至少需要三个NaI(Tl) 探测器，当遗失的放射源个数为2时，可能存在放射源的位置点最多可达2×2×2个，如图2所示。当遗失的放射源个数为N大于2个甚至远远大于2个时，可能存在放射源的位置点最多可达N×N×N个。采用坐标与方向角筛选的计算量变得越来越大，很多时候还要求助于增加硬件来排除虚假放射源位置，这些方法复杂、效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中对于空间分布的两个以上放射源进行定位时，需要大量计算才能去除虚假位置的问题，提供一种计算量小，精度高的放射源定位方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种放射源定位方法，采用如下步骤对放射源进行定位：

沿一固定点对称设置两个放射源探测器，分别为第一放射源探测器和第二放射源探测器，在第三位置设置第三放射源探测器；第一放射源探测器、第二放射源探测器与第三放射源探测器的初始位置构成第一相对位置；第三放射源探测器探测时旋转方向与第一放射源探测器、第二放射源探测器探测时的旋转方向垂直。

在第一相对位置上对放射源进行探测，获取各个放射源可能存在的第一方位。

移动第一放射源探测器、第二放射源探测器使其和第三放射源探测器构成第二相对位置，构成第二相对位置时，第三放射源探测器可以移动或不移动。

在第二相对位置上对放射源进行探测，获取各个放射源可能存在的第二方位。

将第一方位与第二方位进行比较获取放射源实际位置。

进一步的，获取放射源实际位置后，对放射源进行拾取。

如果已知被探测放射源实际数量，则，

判断拾取到的放射源的数量是否不等于实际被探测放射源数量，如是，则，

将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为2n-1相对位置和第2n相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第2n-1方位和第2n方位，n为大于1的自然数。

将获取的第2n方位与第2n-1方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并对其进行拾取；直至已经拾取的放射源数量等于被探测放射源实际数量。

进一步度，获取放射源实际位置后，对放射源进行拾取；

如果被探测放射源实际数量未知，则，

拾取已探测到的放射源后，将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为2n-1相对位置和第2n相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第2n-1方位和第2n方位，n为大于1的自然数；

将获取的第2n方位与第2n-1方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并对放射源进行拾取；直至对比后放射源可能存在的位置数量为0。

进一步的，在以一固定点为圆心的同心圆圆周上移动第一放射源探测器和第二放射源探测器位置；位于第三位置的第三放射源探测器位置不移动；

进一步的，各个放射源的实际位置为，放射源探测器在不同相对位置上获取的可能存在放射源的方位中重合的位置。

进一步的，在进行探测时，所述第一放射源探测器和第二放射源探测器的在水平方向上旋转，以获取放射源可能存在位置的水平x和水平y坐标，所述第三放射源探测器在垂直方向上旋转，以获取放射源可能存在位置的垂直z坐标。

本发明同时提供一种放射源定位系统，包括处理单元，以及，沿一固定点对称设置两个放射源探测器，分别为第一放射源探测器和第二放射源探测器，还包括设置在第三位置的第三放射源探测器，所述第一放射源探测器和第二放射源探测器均设置在可以沿指定路线运动的探测器运动机构上均设置在可以沿指定路线运动的探测器运动机构上；应注意的是，一些实施例中，第三放射源探测器设置在第三位置仅仅是指其不会如第一放射源探测器、第二放射源探测器那样发生前后左右的移动转；而在另外一些实施例中，第三放射源探测器也同样设置在一个探测器运动机构上，可以如第一放射源探测器、第二放射源探测器那样发生移动随探测器运动机构沿固定路线运动；如该指定路线可以是以所述固定点做圆心的圆周运动，也可以是其他指定路线，如四方形路线、三角形路线、直线、指定弧度的曲线；所述三个放射源探测器可以设置在同一探测器运动机构沿该指定路线运动，也可以分别设置在不同的探测器运动机构上，也可以任意两个设置在同一探测器运动机构上，沿预设路线运动。

第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器具有第一相对位置，并在该第一相对位置上利用三个放射源探测器获取被探测放射源可能存在的第一方位；

第一放射源探测器、第二放射源探测器随所述探测器运动机构运动构成第二相对位置时，第三放射源探测器可以移动或不移动；利用三个放射源探测器获取被探测放射源可能存在的第二方位；

所述处理单元通过比较第一方位和第二方位，获取被探测放射源的实际位置；该处理单元可与所述射源探测器设置在同一装置上，采用有线连接；也可以设置在不同位置，如处理单元设置在用户处，采用无线通信方式和所述放射源探测器连接。

进一步的，在进行探测时，所述第三放射源探测器的旋转方向与所述第一放射源探测器和第二放射源探测器的旋转方向垂直。

进一步的，所述第一放射源探测器和第二放射源探测器设置在一圆形云台上，并与该圆形云台的圆心对称设置；所述第三放射源探测器设置在所述圆形云台的圆心处。

进一步的，还包括剂量率计、通信单元、定位单元、至少一个摄像头、至少一个伽马相机以及用于承载上述所述设备的运动承载机构；

所述运动承载机构用于根据控制移动，所述运动承载机构前端还设置有一机械臂，该机械臂自由端设置有夹具，优选的，该机械臂可是是六轴机械臂。

所述摄像头和伽马相机均设置在同一运动机构上，设置有摄像头和/或伽马相机的运动机构设置在所述运动承载机构上；

所述剂量率计、通信单元和定位单元固定设置在所述运动承载机构上，所述定位单元用于对运动承载机构的位置进行定位；所述通信单元用于所述定位系统与远程控制端进行通信；所述剂量率计用于检测环境中的γ剂量（率），对放射源快速地粗定位；通过剂量率阈值的设定，筛选出运动承载机构的停放位置，即本系统进行探测的位置；结合定位装置确定被探测放射源具体位置坐标后，在摄像头和伽马相机的引导下，移动至该具体位置利用夹具将该放射源夹起。

进一步的，所述放射源探测器为NaI探测器。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过将多个放射源探测器在不同相对位置上分别对放射源进行两次以上的探测，根据不同的探测结果进行比价，从而去除放射源探测过程中出现的虚假位置，实现方式简单，计算量小，计算精度高。

附图说明：

图1为现有技术中探测与探测器在同一平面的2个放射源示意图。

图2为现有技术中探测与探测器不在同一平面的2个放射源示意图。

图3为本发明实施例中探测2个放射源示意图。

图4a为实施例中采用的扇形铅准直NaI探测器纵截面。

图4b为实施例中采用的扇形铅准直NaI探测器横截面。

图5为放射源探测器在某一位置上对周围进行探测后的波形示例。

图6被探测放射源实际数量已知时，进行定位的具体实施例流程图。

图7被探测放射源实际数量未知时，进行定位的具体实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

一种放射源定位方法，采用如下步骤对放射源进行定位：

沿一固定点O对称设置两个放射源探测器，分别为第一放射源探测器和第二放射源探测器，在第三位置设置第三放射源探测器；本实施例中，放射源探测器采用扇形铅准直NaI探测器，探测器的旋转轴平行于准直缝。图4a、图4b分别给出了该扇形铅准直NaI探测器纵截面示意图和横截面示意图，如图所示，NaI探测器置于一球形铅室中心，扇形铅准直器与铅室相通。铅室用于屏蔽准直器方向外的γ射线。当放射源正对准直器延长线方向或夹角较小时，如图4a中的放射源X、Y、Z的位置，射线可以不受或少受铅阻挡被NaI探测器探测到，此时探测器的计数率高；如果当放射源不正对准直器延长线方向或夹角较大时，如图4b中放射源Y和Z的位置时，射线受铅阻挡不易被探测器探测到，此时探测器的计数率低。具体的，假设存在三个放射源，且三个放射源都是同种放射性同位素，活度完全一样，位于在竖直平面，与水平面的夹角分别为0°、-45°和-90°，探测器C沿竖直平面从0°~-90°扫描计数，可以得到如图5的探测结果，从而确定放射源存在的实际方向。

在第一相对位置上对放射源进行探测，该第一相位位置，如图5所示，可以是第一放射源探测器A与第二放射源探测器B相对于固定点O水平对称设置，放射源探测器C设置在第一固定点O位置上（实际上，第一相对位置可以是任何相对位置），获取各个放射源可能存在的第一方位；应注意的是，本发明中，该第一方位是指各个放射源可能存在位置的组合，如图3中第一方位包括X位置、Y位置、a位置、b位置、c位置以及d位置组合，其中，a位置、b位置、c位置以及d位置为虚假位置，X位置、Y位置为实际位置。

在以固定点O为圆心的同心圆圆周上移动第一放射源探测器A和第二放射源探测器B位置，使两个放射源连线沿所述圆心旋转α角度至第二相对位置，放射源探测器C处于圆心，位置不变；

在第二相对位置上对放射源进行探测，获取各个放射源可能存在的第二方位；同样的，第二方位也是各个放射源可能存在未知的组合，即图3中X位置、Y位置、e位置、f位置、g位置以及h位置组合，由图3我们可以看出，由于第一放射源探测器A和第二放射源探测器B位置的相对位置发生了改变，因此，其探测出的虚假位置发生了改变，而被探测放射源的实际位置却不会发生改变，再此基础上，将第一方位与第二方位进行比较，其中重复的位置坐标即为放射源实际位置。

实际探测时，通常被探测放射源的实际数量可能是已知的，也可能是未知的，如果已知被探测放射源实际数量，则如图6所示，如上述步骤获取放射源实际位置后，对放射源进行拾取；

判断拾取到的放射源的数量是否不等于实际被探测放射源数量，如是，则，

将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为2n-1相对位置和第2n相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第2n-1方位和第2n方位，n为大于1的自然数；如，n=2时，将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为第3相对位置和第4相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第3方位和第4方位；将获取的第3方位与第4方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并对放射源进行拾取；

将获取的第3方位与第4方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并再次对其进行拾取；重复执行上述步骤，直至已经拾取的放射源数量等于已知的被探测放射源实际数量。

另外一些实施例中，被探测放射源实际数量未知，那么我们在进行一次对比获取放射源实际位置后，如图7所示，对放射源进行拾取；拾取已探测到的放射源后，将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为2n-1相对位置和第2n相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第2n-1方位和第2n方位，n为大于1的自然数；如，n=2时，将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为第3相对位置和第4相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第3方位和第4方位；将获取的第3方位与第4方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并对放射源进行拾取；重复上述步骤，直至对比后放射源可能存在的位置数量为0，则说明该区域放射源已经被拾取完毕。

上述测量均适用于各个放射源与放射源探测器A和B位于同一平面或者不在同一平面的所有情况。

实施例2：本实施例提供一种放射源定位系统，其包括处理单元，以及，沿一固定点对称设置两个放射源探测器，分别为第一放射源探测器和第二放射源探测器；第三位置第三放射源探测器。所述第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器均设置在可以沿指定路线运动的探测器运动机构上；如该指定路线可以是以所述固定点做圆心的圆周运动，也可以是其他指定路线，如四方形路线、三角形路线、直线、指定弧度的曲线；所述第一放射源探测器和第二放射源探测器可以设置在同一探测器运动机构沿该指定路线运动，也可以分别设置在不同的探测器运动机构上沿预设路线运动。

所述系统还包括剂量率计、通信单元、定位单元、至少一个摄像头、至少一个伽马相机以及用于承载上述所述设备的运动承载机构；所述运动承载机构用于根据控制移动，该运动承载机构如可以是具有履带的小车，或者是具有多个万向轮的小车，所述运动承载机构前端还设置有一机械臂，该机械臂自由端设置有夹具，优选的，该机械臂可是是六轴机械臂。所述摄像头和伽马相机均设置在一运动机构上，设置有摄像头和/或伽马相机的运动机构设置在所述运动承载机构上；剂量率计、通信单元和定位单元固定设置在所述运动承载机构上，所述定位单元用于对运动承载机构的位置进行定位；所述通信单元用于所述定位系统与远程控制端进行通信，向远程控制端发送剂量率计、定位单元、各个放射源探测器收集的信息，并自远程控制端接收控制命令，该控制命令，如可以包括，控制运动承载机构运动或者停止，控制运动承载机构转弯，控制定位单元开始或停止工作，控制剂量率计开始或者停止工作，控制各个发射源探测器开始或者停止工作，控制承载各个放射源探测器的探测器运动机构，控制放射源探测器本身的旋转；所述剂量率计用于检测环境中的γ剂量（率），对放射源快速地粗定位；通过剂量率阈值的设定，筛选出运动承载机构的停放位置，即本系统进行探测的位置；结合定位装置确定被探测放射源具体位置坐标后，在摄像头和伽马相机的引导下，移动至该具体位置利用夹具将该放射源夹起；相应的，一些实施例中，本系统还包括暂时放置被夹起的放射源的防辐射容器，该防辐射容器可拆卸的设置在运动承载机构上。

三个放射源探测器具有第一相对位置，该第一相对位置指，第一放射源探测器A、第二放射源探测器B和第三放射源探测器C均具有自身固定的第一位置，如该第一位置可以是如图3所示的，当在一定角度俯视时，第一放射源探测器A和第二放射源探测器B相对一固定点O水平对称设置，同时，第三放射源探测器C设置在该固定点O位置；当运动承载机构进入可能具有放射源的区域后，工作人员控制其在该区域搜索，剂量率计开始工作，当剂量率计测量的γ剂量（率）达到预设的剂量率阈值后，运动承载机构停止运动，第一放射源探测器A、第二放射源探测器B和第三放射源探测器C在第一相对位置上旋转测量，以获取被探测放射源可能存在的第一方位；该第一方位是指各个放射源可能存在位置的组合，如图3中第一方位包括X位置、Y位置、a位置、b位置、c位置以及d位置组合，其中，a位置、b位置、c位置以及d位置为虚假位置，X位置、Y位置为实际位置；相应的，随着被探测放射源数量的增加，该第一方位中包含的实际放射源位置和虚假放射源位置会更多。

完成第一方位测量后，以所述固定点为圆心的同心圆圆周上移动第一放射源探测器A、第二放射源探测器B，如上所述，第一放射源探测器A、第二放射源探测器B可以设置在同一探测器运动机构上沿该固定点做圆周运动，也可以分别设置在不同的探测器运动机构上分别做圆周运动，同时，第三放射源探测器C可以选择在固定点位置不动（仅原地水平旋转至指定角度后，由探测器自身进行垂直方向的上下探测），也可以同时随一探测器运动机构进行运动改变相对位置，该探测器运动机构同样可以是独立的，也可以是和第一放射源探测器A、第二放射源探测器B位于同一探测器运动机构上。；而在本实施例中，第一放射源探测器A、第二放射源探测器B共同设置在一个圆形云台上的圆心和与圆形云台圆心对称的两侧，而第三放射源探测器C固定设置在圆心处，当准备将第一放射源探测器A、第二放射源探测器B沿所述圆心旋转α角度至第二相对位置时，仅需控制转动该云台α度即可实现；当三个放射源探测器达到第二相对位置上后，对放射源进行探测，获取各个放射源可能存在的第二方位；同样的，第二方位也是各个放射源可能存在未知的组合，即图3中X位置、Y位置、e位置、f位置、g位置以及h位置组合，由图3我们可以看出，由于第一放射源探测器A和第二放射源探测器B位置的相对位置发生了改变，放射源探测器C处于圆心，相对位置不发生变化。因此，其探测出的虚假位置发生了改变，但是被探测放射源的实际位置却不会发生改变，在此基础上，将第一方位与第二方位进行比较，其中重复的位置坐标即为放射源实际位置。

所述处理单元通过比较第一方位和第二方位，获取被探测放射源的实际位置；该处理单元可与所述射源探测器设置在同一装置上，采用有线连接；也可以设置在不同位置，如处理单元设置在用户处，采用无线通信方式和所述放射源探测器连接。

上述探测均适用于各个放射源与放射源探测器A和B位于同一平面或者不在同一平面的所有情况。

综上，本系统把整个搜寻定位过程分为三个阶段：

1、剂量率计定位 利用剂量计检测事故现场的γ剂量（率），对放射源快速地粗定位；通过剂量率阈值的设定，筛选出机器人测量的位置，即就是探测器的位置。

2、探测器定位 利用三探测器系统对辐射场进行多次扫描计数，实现放射源的精确定位。

3、放射源拾取 利用摄像头和伽马相机成像定位引导机械臂拾取放射源。

而另外一些实施例中，探测器运动机构上设置有六轴机构，由此探测器本身不但可是沿最初设定的角度旋转测量（如探测器A水平旋转测量，探测器C垂直方向旋转测量），在一些情况下，还可通过控制该六轴机构将探测器整体旋转后，实现探测器在任意角度的旋转测量，如将探测器A整体旋转90度后，使得探测器 A实现垂直方向上的旋转测量，同样的，探测器C实现水平方向的旋转测量。

Claims (9)

1.一种放射源定位方法，其特征在于，采用如下步骤对放射源进行定位，

沿一固定点对称设置两个放射源探测器，分别为第一放射源探测器和第二放射源探测器，在第三位置设置第三放射源探测器；第一放射源探测器、第二放射源探测器与第三放射源探测器的初始位置构成第一相对位置；第三放射源探测器探测时旋转方向与第一放射源探测器、第二放射源探测器探测时的旋转方向垂直；

在第一相对位置上对放射源进行探测，获取各个放射源可能存在的第一方位；

移动第一放射源探测器、第二放射源探测器使其和第三放射源探测器构成第二相对位置，构成第二相对位置时，第三放射源探测器可以移动或不移动；

在第二相对位置上对放射源进行探测，获取各个放射源可能存在的第二方位；

将第一方位与第二方位进行比较获取放射源实际位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

获取放射源实际位置后，对放射源进行拾取；

如果已知被探测放射源实际数量，则，

判断拾取到的放射源的数量是否不等于实际被探测放射源数量，如是，则，

将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为2n-1相对位置和第2n相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第2n-1方位和第2n方位，n为大于1的自然数；

将获取的第2n方位与第2n-1方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并对其进行拾取；

直至已经拾取的放射源数量等于被探测放射源实际数量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

获取放射源实际位置后，对放射源进行拾取；

如果被探测放射源实际数量未知，则，

拾取已探测到的放射源后，将第一放射源探测器、第二放射源探测器和第三放射源探测器分别设置为2n-1相对位置和第2n相对位置，分别在两个相对位置上获取各个放射源可能存在的第2n-1方位和第2n方位，n为大于1的自然数；

将获取的第2n方位与第2n-1方位进行对比，获取放射源可能存在的位置，并对放射源进行拾取；直至对比后放射源可能存在的位置数量为0。

4.如权利要求1所述的方法， 其特征在于，在以所述固定点为圆心的同心圆圆周上移动第一放射源探测器和第二放射源探测器位置；

位于第三位置的第三放射源探测器位置不动。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行探测时，所述第一放射源探测器和第二放射源探测器的在水平方向上旋转，以获取可能存在放射源位置的水平x坐标和水平y坐标；所述第三放射源探测器在垂直方向上旋转，以获取可能存在放射源位置的垂直z坐标。

6.一种放射源定位系统，其特征在于，包括处理单元，以及，沿一固定点对称设置两个放射源探测器，分别为第一放射源探测器和第二放射源探测器，还包括设置在第三位置的第三放射源探测器；所述第一放射源探测器、第二放射源探测器均设置在可以沿指定路线运动的探测器运动机构上；第三放射源探测器位置固定或者也同时设置在一探测器运动机构上；

三个放射源探测器具有第一相对位置，并在该第一相对位置上获取被探测放射源可能存在的第一方位；

第一放射源探测器、第二放射源探测器随所述探测器运动机构运动，从而和第三放射源探测器构成第二相对位置，构成第二相对位置时，第三放射源探测器可以移动或不移动；

在第二相对位置上获取被探测放射源可能存在的第二方位；

所述处理单元通过比较第一方位和第二方位，获取被探测放射源的实际位置。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，在进行探测时，所述第三放射源探测器的旋转方向与所述第一放射源探测器和第二放射源探测器的旋转方向垂直。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一放射源探测器和第二放射源探测器设置在一圆形云台上，并与该圆形云台的圆心对称设置；所述第三放射源探测器设置在所述圆形云台的圆心处。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括剂量率计、通信单元、定位单元、至少一个摄像头、至少一个伽马相机以及用于承载上述所述设备的运动承载机构；

所述运动承载机构前端还设置有一机械臂，该机械臂自由端设置有夹具；

所述摄像头和伽马相机均共同设置在同一运动机构上，设置有摄像头和/或伽马相机的运动机构设置在所述运动承载机构上。