CN107643536A - 一种辐射场可视化系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐射场可视化系统及其方法，该系统包括机器人设备、超宽带定位模块、无线传输模块、用于接收并呈现由机器人设备采集的视频信息的视频成像模块、人机交互模块、数据预处理模块、数据库模块、插值计算模块和可视化模块；机器人设备探测到的粒子剂量率信息和超宽带定位模块确定的定位信息经数据预处理模块进行数据初步处理后，储存到数据库模块中；插值计算模块根据数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个辐射场，并存储到数据库模块中；可视化模块用于将辐射场以热力图和等值线图的形式展现出来。本发明运用UWB定位技术和插值方法，定位精确，测算简单，实现了辐射场可视化。
Description
技术领域
本发明涉及可视化探测技术领域，具体涉及一种辐射场可视化系统及其方法。
背景技术
发展依赖于能源的支持，核能在未来能源结构中正备受青睐。在2016 年，世界各国签订《巴黎协定》，这也成为核能进一步发展的促进因素。未来，核能很有可能成为世界上很多国家的能源发展选择。
目前，现有技术多集中于辐射探测、监测，不足以实现“智慧核电”。为实现“智慧核电”，各种相关课题开始受到研究人员的关注。2017年7 月，工程公司设计院研发的智慧核电改进型WiFi系统在宁德1号机组顺利通过测试。该项目可实现核电厂运营阶段人员定位、剂量管理等服务功能。该项目可以提高运营工作的可靠性和安全性，但也存在一些问题。例如，采用WiFi系统定位，存在信号易受干扰，定位精度低等问题。另外，对剂量的探测也仅限于对相关人员个人所受剂量的管理，不能实现整个辐射场的可视化，不足以完全实现核电站运营的远程控制。同时，由于辐射环境的差异性，各种环境所需要的技术支持也不尽相同，如能将辐射环境以可视化的方式呈现出来，这将为进一步工作提供支持。
鉴于此，有必要提出一种辐射场可视化技术，通过机器人探测，直观展现辐射场的辐射情况，为核电站运营及维修工作服务，进一步提高核电站运营及维修工作稳定性和可靠性。同时，该辐射场可视化技术也为“核电维修期间智能辐射防护监控系统”等其他研究课题做了必要准备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种辐射场可视化系统及其方法，实现辐射场的可视化，提高核电站运营及维修工作的可靠性和安全性。
根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种辐射场可视化系统，所述的可视化系统包括：机器人设备、超宽带定位模块、无线传输模块、视频成像模块、人机交互模块、数据预处理模块、数据库模块、插值计算模块和可视化模块；
其中，所述的无线传输模块分别与所述的机器人设备、所述的超宽带定位模块、所述的人机交互模块和所述的数据预处理模块及所述的视频成像模块连接，实现上述设备与模块之间的信号传输；
所述的超宽带定位模块用于实现所述的机器人设备定位；
所述的视频成像模块用于接收并呈现由所述的机器人设备采集并经所述的无线传输模块传输的视频信息，以供所述的人机交互模块做出正确决策；
所述的人机交互模块用于实现对所述的机器人设备的远程控制，为所述的机器人设备设定巡航路线，实现操控者对所述的机器人设备的远程调控，同时用于操控所述的机器人设备到达真实环境中的探测点或实现对所述的超宽带定位模块定位信息厘米级误差的微调；
所述的机器人设备探测到的粒子剂量率信息和所述的超宽带定位模块确定的定位信息经由所述的无线传输模块传输到所述的数据预处理模块进行数据初步处理，然后储存到相连的所述的数据库模块中；
所述的数据预处理模块，用于实现定位信息和剂量率信息的对应关系，并清洗定位信息丢失的剂量率数据或剂量率数据丢失的定位信息；
所述的插值计算模块根据所述的数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个厂房所有地方的辐射剂量率信息，并储存到所述的数据库模块中；
所述的可视化模块用于将所述插值计算模块处理后的数据处理成热力图和等值线图，实现辐射场可视化。
进一步地，所述的超宽带定位模块包括：定位基站、定位标签、定位引擎以及呈现装置，其中，所述的定位标签，用于发射超短时脉冲，实现机器人设备的定位，由机器人设备携带；
所述的定位基站，用于接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过无线传输设备传输到定位引擎；
所述的定位引擎通过TDOA算法进行定位计算；
所述的呈现装置，用于呈现定位信息。
进一步地，所述的机器人设备包括：机器人常规组成模块、辐射剂量率探测仪器和视频采集模块，其中，
所述的机器人常规组成模块，用于执行控制者的常规指令；
所述的辐射剂量率探测仪器，用于探测辐射场中仪器所在处的剂量率；
所述的视频采集模块，用于采集机器人设备所处周围环境信息。
进一步地，所述的无线传输模块，包括模数转换器、数模转换器和信号传输装置。
根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种辐射场可视化方法，所述的可视化方法包括下列步骤：
S1、超宽带定位模块对机器人设备进行定位，并在呈现装置中呈现其位置信息；同时，机器人设备的视频采集模块进行视频数据采集并经由无线传输模块传输至视频成像模块显示视频信息；
S2、决策者结合超宽带定位模块的呈现装置的定位信息及视频成像模块的视频信息，通过人机交互模块为机器人设备设置巡航路径及剂量率信息测量点，指令信号经由无线传输模块传输至机器人设备；
S3、机器人设备接收由人机交互模块传回的指令信号，进行路径巡航和剂量率测量任务；同时，超宽带定位模块实时呈现定位信息，视频成像模块实时传回视频信息；
S4、数据预处理模块接收经由无线传输模块传回的定位信息和剂量率信息，并确保定位信息与剂量率信息实现对应，同时，数据预处理模块清洗定位信息丢失的剂量率数据或剂量率数据丢失的定位信息；
S5、数据库模块对数据预处理模块处理后的数据信息进行储存；
S6、插值计算模块根据数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个厂房所有地方的辐射剂量率信息，并储存到数据库模块中；
S7、可视化模块将插值计算模块处理后的数据处理成热力图和等值线图，实现辐射场可视化。
进一步地，所述的步骤S1中超宽带定位模块对机器人设备进行定位，并在呈现装置中呈现其位置信息的过程具体如下：
S101、机器人设备携带可以发射超短时脉冲的定位标签；
S102、定位基站接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过无线传输设备传输到定位引擎；
S103、定位引擎通过TDOA算法进行定位计算；
S104、由呈现装置呈现定位信息。
进一步地，所述的步骤S6中插值方法为三次样条插值方法。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明采用超宽带(UWB)定位技术，定位精度高，穿透能力强，抗多径干扰，成本低，能耗小；
(2)本发明采用视频联控方式，可实时呈现辐射场真实环境，再进一步结合超宽带(UWB)定位模块的呈现系统，可以非常具体地确定机器人设备的位置信息；
(3)本发明采用人机交互模式，支持辐射场远程测量，灵活机动，提高核电站运营及维修工作的安全性；
(4)本发明使用插值方法，在所探测数据的基础上反演出整个辐射剂量场，快速高效；
(5)本发明使用热力图和等值线图，以可视化的方式展现辐射场具体信息，具有简洁、清晰、直观的优点，方便决策者快速做出决策。
附图说明
图1是本发明一种辐射场可视化方法及其系统的结构示意图。
图2是本发明中超宽带(UWB)定位模块示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种辐射场可视化系统，包括机器人设备、超宽带定位模块、无线传输模块、视频成像模块、人机交互模块、数据预处理模块、数据库模块、插值计算模块和可视化模块。其中，
所述的超宽带(UWB)定位模块用于实现所述的机器人设备定位；
所述的视频成像模块用于接收并呈现由所述的机器人设备采集并经所述的无线传输模块传输的视频信息，以供所述的人机交互模块做出正确决策。
具体实施方式中，超宽带定位模块，可以达到厘米级的精确定位，主要组成包括定位基站、定位标签、定位引擎以及呈现装置。
定位标签，用于发射超短时脉冲，实现机器人设备的定位，是UWB定位模块的组件之一，由机器人设备携带。
机器人设备携带可以发射超短时脉冲的定位标签；定位基站接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过无线传输设备传输到定位引擎；定位引擎通过TDOA算法进行定位计算；最后，由呈现装置呈现定位信息。
所述的人机交互模块用于实现对所述的机器人设备的远程控制，为所述的机器人设备设定巡航路线，实现操控者对所述的机器人设备的远程调控，也可以操控所述的机器人设备到达真实环境中的探测点或实现对所述的超宽带(UWB)定位模块定位信息厘米级误差的微调。
所述的机器人设备探测到的粒子剂量率信息和所述的超宽带(UWB)定位模块确定的定位信息经由所述的无线传输模块传输到所述的数据预处理模块进行数据初步处理，然后储存到所述的数据库模块中。
具体实施方式中，机器人设备包含：
机器人常规组成模块，用于执行控制者的常规指令，如行走，暂停等。
辐射剂量率探测仪器，用于探测辐射场中仪器所在处的剂量率。
视频采集模块，用于采集机器人设备所处周围环境信息。
所述的插值计算模块，用于根据已测得的剂量率信息，通过三次样条插值方法反演出整个辐射场的辐射剂量率信息。具体实施中，根据所述的数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个厂房所有地方的辐射剂量率信息，并储存到所述的数据库模块中。
所述的可视化模块用于将所述插值计算模块处理后的数据处理成热力图和等值线图，实现辐射场可视化，即通过热力图和等值线图以可视化的方式展现整个辐射场的辐射信息。
其中，热力图和等值线图采取空间简化和时间简化的方式，即将辐射场的真实环境简化，将测量数据时的时间差简化。
所述的无线传输模块，包括模数转换器、数模转换器和信号传输装置，用于机器人设备、超宽带(UWB)定位模块、人机交互模块和数据预处理模块及视频成像模块之间的信号传输。
所述的数据预处理模块，用于实现定位信息和剂量率信息的对应关系，并清洗定位信息丢失的剂量率数据或剂量率数据丢失的定位信息。
实施例二
本实施例公开了一种辐射场可视化方法，该方法的实施基于一种辐射场可视化系统，具体包括以下步骤：
S1、超宽带定位模块对机器人设备进行定位，并在呈现装置中呈现其位置信息；同时，机器人设备的视频采集模块进行视频数据采集并经由无线传输模块传输至视频成像模块显示视频信息。
S2、决策者结合超宽带定位模块的呈现装置的定位信息及视频成像模块的视频信息，通过人机交互模块为机器人设备设置巡航路径及剂量率信息测量点，指令信号经由无线传输模块传输至机器人设备。
S3、机器人设备接收由人机交互模块传回的指令信号，进行路径巡航和剂量率测量任务；同时，超宽带(UWB)定位模块实时呈现定位信息，视频成像模块实时传回视频信息。
S4、数据预处理模块接收经由无线传输模块传回的定位信息和剂量率信息，并确保定位信息与剂量率信息实现对应。同时，数据预处理模块清洗定位信息丢失的剂量率数据或剂量率数据丢失的定位信息。
S5、数据库模块对数据预处理模块处理后的数据信息进行储存。
S6、插值计算模块根据数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个厂房所有地方的辐射剂量率信息，并储存到数据库模块中。
S7、可视化模块将插值计算模块处理后的数据处理成热力图和等值线图，实现辐射场可视化。
步骤S1-S3中，超宽带(UWB)定位模块工作时的示意图，如图2所示。
其中，所述的步骤S1中超宽带定位模块对机器人设备进行定位，并在呈现装置中呈现其位置信息的过程具体如下：
S101、机器人设备携带可以发射超短时脉冲的定位标签；
S102、定位基站接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过无线传输设备传输到定位引擎；
S103、定位引擎通过TDOA算法进行定位计算；
S104、最后，由呈现装置呈现定位信息。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种辐射场可视化系统，其特征在于，所述的可视化系统包括：机器人设备、超宽带定位模块、无线传输模块、视频成像模块、人机交互模块、数据预处理模块、数据库模块、插值计算模块和可视化模块；
其中，所述的无线传输模块分别与所述的机器人设备、所述的超宽带定位模块、所述的人机交互模块和所述的数据预处理模块及所述的视频成像模块连接，实现上述设备与模块之间的信号传输；
所述的超宽带定位模块用于实现所述的机器人设备定位；
所述的视频成像模块用于接收并呈现由所述的机器人设备采集并经所述的无线传输模块传输的视频信息，以供所述的人机交互模块做出正确决策；
所述的人机交互模块用于实现对所述的机器人设备的远程控制，为所述的机器人设备设定巡航路线，实现操控者对所述的机器人设备的远程调控，同时用于操控所述的机器人设备到达真实环境中的探测点或实现对所述的超宽带定位模块定位信息厘米级误差的微调；
所述的机器人设备探测到的粒子剂量率信息和所述的超宽带定位模块确定的定位信息经由所述的无线传输模块传输到所述的数据预处理模块进行数据初步处理，然后储存到相连的所述的数据库模块中；
所述的数据预处理模块，用于实现定位信息和剂量率信息的对应关系，并清洗定位信息丢失的剂量率数据或剂量率数据丢失的定位信息；
所述的插值计算模块根据所述的数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个厂房所有地方的辐射剂量率信息，并储存到所述的数据库模块中；
所述的可视化模块用于将所述插值计算模块处理后的数据处理成热力图和等值线图，实现辐射场可视化。
2.根据权利要求1所述的一种辐射场可视化系统，其特征在于，所述的超宽带定位模块包括：定位基站、定位标签、定位引擎以及呈现装置，其中，所述的定位标签，用于发射超短时脉冲，实现机器人设备的定位，由机器人设备携带；
所述的定位基站，用于接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过无线传输设备传输到定位引擎；
所述的定位引擎通过TDOA算法进行定位计算；
所述的呈现装置，用于呈现定位信息。
3.根据权利要求1所述的一种辐射场可视化系统，其特征在于，所述的机器人设备包括：机器人常规组成模块、辐射剂量率探测仪器和视频采集模块，其中，
所述的机器人常规组成模块，用于执行控制者的常规指令；
所述的辐射剂量率探测仪器，用于探测辐射场中仪器所在处的剂量率；
所述的视频采集模块，用于采集机器人设备所处周围环境信息。
4.根据权利要求1所述的一种辐射场可视化系统，其特征在于，所述的无线传输模块，包括模数转换器、数模转换器和信号传输装置。
5.一种辐射场可视化方法，其特征在于，所述的可视化方法包括下列步骤：
S1、超宽带定位模块对机器人设备进行定位，并在呈现装置中呈现其位置信息；同时，机器人设备的视频采集模块进行视频数据采集并经由无线传输模块传输至视频成像模块显示视频信息；
S2、决策者结合超宽带定位模块的呈现装置的定位信息及视频成像模块的视频信息，通过人机交互模块为机器人设备设置巡航路径及剂量率信息测量点，指令信号经由无线传输模块传输至机器人设备；
S3、机器人设备接收由人机交互模块传回的指令信号，进行路径巡航和剂量率测量任务；同时，超宽带定位模块实时呈现定位信息，视频成像模块实时传回视频信息；
S4、数据预处理模块接收经由无线传输模块传回的定位信息和剂量率信息，并确保定位信息与剂量率信息实现对应，同时，数据预处理模块清洗定位信息丢失的剂量率数据或剂量率数据丢失的定位信息；
S5、数据库模块对数据预处理模块处理后的数据信息进行储存；
S6、插值计算模块根据数据预处理模块处理后的厂房空间各点剂量率信息和定位信息，通过插值方法反演出整个厂房所有地方的辐射剂量率信息，并储存到数据库模块中；
S7、可视化模块将插值计算模块处理后的数据处理成热力图和等值线图，实现辐射场可视化。
6.根据权利要求5所述的一种辐射场可视化方法，其特征在于，所述的步骤S1中超宽带定位模块对机器人设备进行定位，并在呈现装置中呈现其位置信息的过程具体如下：
S101、机器人设备携带可以发射超短时脉冲的定位标签；
S102、定位基站接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过无线传输设备传输到定位引擎；
S103、定位引擎通过TDOA算法进行定位计算；
S104、由呈现装置呈现定位信息。
7.根据权利要求5所述的一种辐射场可视化方法，其特征在于，所述的步骤S6中插值方法为三次样条插值方法。
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