CN108038567B - 基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，主要包括辐射监测模块、辐射场重建模块、通信模块、人员定位模块、数据中心。本发明通过辐射监测模块获取监测点辐射剂量值，并根据监测点的辐射剂量值计算得到核电站区域辐射场的三维分布，通过人员定位模块获取核电站区域内人员位置，基于上述信息制定核事故情况下核电站区域应急疏散方案，协助核电站做好核应急工作。该系统可以用于核电站区域以及所在地核应急计划区以内的公众应急疏散，支持核事故场外应急管理与决策。与传统核应急疏散系统相比，本发明能够更加精准定位待疏散人员位置及其所在区域的辐射场分布，实现知剂量精准疏散，因此制定的应急疏散策略更加科学。

Description

基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统

技术领域

本发明涉及核电站辐射防护与事故应急领域，特别是涉及一种基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统。

背景技术

发生核事故时反应堆会释放放射性核素，放射性核素在核电站区域乃至环境中迁移扩散，对周围人员产生辐射危害。核应急是指为了控制或者缓解核事故、减轻核事故后果而采取的不同于正常秩序和正常工作程序的紧急行动。核应急疏散是为了减少核事故区域人员受到的辐射剂量危害，而将核事故区域人员迁移到相对安全区域的行为。核应急疏散与一般应急疏散不同，是有计划、有阈值、有预警、有组织的，它按照核事故应急计划，在剂量达到一定限值的情况下启动实施，并在应急疏散前做好各种应急准备并在放射性物质释放前提供预警，由多个部门有组织的协同开展。

传统的核应急疏散系统利用核电站自身的监测手段监测到剂量达到应急疏散水平之后，按照既定的应急计划开展，使得传统的核应急疏散系统在发挥作用过程中相对被动和盲目。传统核应急疏散方案的制定往往更多的考虑交通需求、路网、人工人容量与应急疏散时间等因素，而较少考虑事故区域的放射性物质扩散与剂量场分布情况。然而，随着事故进程的不断演化，源项及放射性核素分布情况也随之不断变化，此时无法做到根据实际情况优化既定的疏散方案，也不能在疏散过程中受到辐射危害的人员进行互动，更好的指导其避免接受不必要的剂量。因此，核应急疏散系统的设计既要考虑人员的顺利撤离，同时还要考虑疏散过程中所受到的辐射剂量大小。

通过精确模拟空间剂量场分布能够让应急指挥人员更加清晰明确的知晓辐射剂量的分布情况以及随着时间的变化该剂量场分布的变化情况，因此需要发展更加精确和快速的辐射场重建方法，传统的辐射场重建方法存在模型简单、考虑因素单一而导致模拟不准确的问题，比如没有充分考虑环境参数的变化，比如风向、风速等，使得模拟结果与实际情况相差很大，此时不仅不能科学的指导应急疏散，往往还会进行错误的指导。核事故的发生伴随着极大的不确定性和演化过程的复杂多变性，加之环境因素的变化，使得核事故情况下放射性核素迁移过程存在较大的不可预知性。因此准确分析核事故源项及放射性核素迁移过程是精确模拟空间剂量场的基础，有助于人们更科学的开展辐射防护工作。同时，通过辐射监测数据重建辐射场是一个耗时的过程，难以在事故进程变化和人员疏散过程中实时模拟剂量场分布。通过对基础辐射剂量场的时间和空间修正，并考虑不同监测数据源的融合，是一种快速、精确获取空间剂量场分布的有效手段。

此外，核应急疏散过程中，应急指挥人员对事故现场的掌控以及与待援人员的互动也是确保行动顺利的重要保障，传统的应急疏散过程严重依赖平时的演练确保应急疏散的秩序，现场难以开展实时互动与指导。通过移动互联通讯的方式，是一种方便快捷、行之有效的手段，因此需要设计移动通信设备、辐射监测设备与应急指挥中心三者之间的通讯方式，解决核应急疏散过程中组织者与待援人员的信息孤岛问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于移动定位与辐射监测数据的黑胆战区域应急疏散系统，在核电站发生事故时，能够精确模拟空间剂量场分布，针对性的指导应急疏散工作的开展，在应急疏散过程中实现与待援人员实时互动，从而不断优化待援人员的疏散路线。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，主要包括：

辐射监测模块，包括布置在核电站区域监测点的辐射剂量监测设备、放射性核素浓度监测设备，用于获取监测点处的放射性核素浓度和辐射剂量值，并将其发送至辐射场重建模块；

辐射场重建模块，通过对核电站区域进行重新划分，根据监测点的三维坐标、放射性核素浓度和辐射剂量值计算得到核电站区域静态空间剂量场分布；并实时获取事故演化过程中不同时刻的实时空间剂量场分布；

通信模块，用于将所述静态空间剂量场分布、实时空间剂量场分布信息发送至数据中心；

人员定位模块，用于获取核电站区域人员的三维坐标，并传送至数据中心；接收数据中心指定的应急疏散路线；

数据中心，基于静态空间剂量场分布制定核事故情况下核电站区域应急疏散路线，并发送至所述人员定位模块；实时判断人员接受的实时剂量和累积剂量是否超标，并发出警告。

在本发明一个较佳实施例中，对核电站进行重新划分的方法为按照至少1个/m³的密度布置n个监测点，设置空间分辨率为0.5m*0.5m*0.5m，则核电站区域划分为8n个网格。

在本发明一个较佳实施例中，所述静态空间剂量场分布为核电站区域三维空间内辐射剂量值与三维坐标之间的映射关系。

进一步的，所述静态空间剂量场分布的计算方法为：基于核电站区域监测点获取的放射性核素浓度，采用高斯扩散模型和湍流模型计算获取放射性核素浓度场分布，将核素浓度场分布乘以剂量系数后转换成第一空间剂量场分布，再基于监测点获取的辐射剂量值，通过反距离加权插值方法获取第二空间剂量场分布，将第一空间剂量场分布与第二空间剂量场分布进行逐一叠加，获得核电站区域静态空间剂量场分布。

在本发明一个较佳实施例中，所述实时空间剂量场分布的计算方法为：基于事故源项随时间的变化规律，模拟放射性核素在核电站区域的迁移过程，得到t时刻空间剂量场分布增量，在静态空间剂量场分布基础上，通过增加t时刻空间剂量场分布增量对放射性核素浓度分布进行修正，进而获取不同时间点的实时空间剂量场分布。

在本发明一个较佳实施例中，所述人员定位模块采用手机，通过手机定位系统实时获取人员的三维坐标，并将坐标值通过手机实时发送至数据中心。

在本发明一个较佳实施例中，所述数据中心根据人员的三维坐标，实时获取人员运动过程中所在位置的辐射剂量值，并根据预设置的剂量限值实时判断人员接受的实时剂量和累积剂量是否超标。

在本发明一个较佳实施例中，所述应急疏散方法包括以下步骤：

(1)事故发生前，实时监控静态空间剂量场分布以及人员位置分布；

(2)事故发生后，获取事故状态下的初始时刻的静态空间剂量场分布以及人员位置分布，并制定疏散路线，发送至核电站区域的人员定位模块；

(3)随着事故的发展和人群的移动，实时获取事故演化过程中的实时空间剂量场分布和人员动态位置分布；

(4)数据中心通过计算对比，将应急疏散过程中人员剂量超标情况实时发送给剂量超标人员，并给出建议的处理措施及推荐的撤离路线，必要时对上述人员的疏散行动进行干预；

(5)人员撤离核电站区域后，对疏散过程中不同人员的受照情况进行统计分析，给出本次应急疏散的总体评估报告，并给出建议处置措施。

本发明的有益效果是：

(1)本发明能够更加精准定位待疏散人员位置及其所在区域的辐射场分布，与传统核应急疏散系统相比，实现了知剂量精准疏散，有助于科学的应急疏散指挥；

(2)本发明考虑了事故源项及环境参数随时间的变化，对空间剂量场分布进行实时修正，计算得到的应急疏散区域空间剂量场分布更加接近事实，有利于制定最优化的应急疏散路线；

(3)本发明采用了超标报警的策略，是待疏散人员更加明确自身所在环境，加强了人员与辐射环境的互动，传统应急疏散系统相比，最大程度降低了人员疏散过程中受到的辐射危害；

(4)本发明系统通用性强，不仅能够用于核电站区域应急疏散，同样适用于厂区以外的公众应急疏散，为政府应急管理工作提供决策依据。

附图说明

图1是本发明基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统一较佳实施例的布局图；

图2是所述基于手机定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统中辐射场重建模块的实施流程图；

图3是所述基于手机定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，一种基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，主要包括：

(1)辐射监测模块，在核电站区域r×s×t空间内布置n个监测点，r、s、t分别代表核电站区域的长、宽、高，每个隔间至少按照1个/m³的密度进行布置，因此n＝r×s×t，如图1所示，相邻两个辐射监测点之间具有一辐射场，记录所有监测点的三维坐标集合{(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),…,(x_n,y_n,z_n)}，每个监测点安装一个辐射剂量监测设备和一个放射性核素浓度监测设备，通过这些辐射监测设备获取监测点A处的放射性核素浓度和辐射剂量值，优选的，所述辐射剂量监测设备采用γ剂量率监测仪，所述放射性核素浓度监测设备采用放射性气体活度监测仪，将监测点A的三维坐标(x_a,y_a,z_a)、监测点A处所监测到的放射性核素浓度l_a和辐射剂量值h_a通过辐射监测设备上的通信装置发送至辐射场重建模块，其他监测点按照同样方式处理；

(2)辐射场重建模块，设置空间分辨率为0.5m*0.5m*0.5m，因此将每m³空间划分成8个网格，核电站区域r×s×t空间被划分成8×r×s×t＝8n个网格，根据所有监测点的放射性核素浓度和辐射剂量值计算得到核电站区域静态空间剂量场分布，即核电站区域三维空间内辐射剂量值与三维坐标之间的映射关系，该静态空间剂量场分布可以表示为{(x₁,y₁,z₁,h₁),(x₂,y₂,z₂,h₂),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n)}，并将静态空间剂量场分布信息通过通信模块发送至数据中,5；

结合图2，所述辐射场重建模块的具体实施过程如下：

基于核电站区域n个辐射监测点获取的放射性核素浓度{l₁，l₂,…,l_n}，采用高斯扩散模型和湍流模型计算获取放射性核素浓度场分布{(x₁,y₁,z₁,l₁),(x₂,y₂,z₂,l₂),…,(x_8n,y_8n,z_8n,l_8n)}，将核素浓度场分布乘以剂量系数后转换成第一空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁₁),(x₂,y₂,z₂,h₂₁),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n1)}，再基于n个辐射监测点获取的辐射剂量值{h₁，h₂,…,h_n}，通过反距离加权插值方法获取第二空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁₂),(x₂,y₂,z₂,h₂₂),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n2)}，将上述空间剂量场分布进行叠加，获取核电站区域静态空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁),(x₂,y₂,z₂,h₂),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n)}；随着事故的发展，事故源项与气象环境参数不断发生变化，基于初始源强和释放速率信息可以获取不同时刻的源强大小以及释放到核电站区域中的反射性核素总量，从而模拟放射性核素在核电站区域的迁移过程，得到t时刻空间剂量场分布增量{Δh₁，Δh₂,…,Δh_8n}，在静态空间剂量场分布基础上，对放射性核素浓度分布进行修正，进而获取不同时间点的实时空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁+Δh₁,(x₂,y₂,z₂,h₂+Δh₂,…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n+Δh_8n)}，即{(x₁,y₁,z₁,h_1t),(x₂,y₂,z₂,h_2t),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8nt)}，t时刻发生变化时根据上述方法类推。

(3)人员定位模块，优选的，可采用人员随身携带的手机，在核电站区域有m个人，通过核电站区域1内人员手机定位系统获取人员三维坐标，若张三(第j个人)在8n个网格中的第i_j个，则其三维坐标为(x_ij,y_ij,z_ij)，并将所有人的坐标值{(x_i1,y_i1,z_i1),(x_i2,y_i2,z_i2),…,(x_im,y_im,z_im)}通过手机实时传送至数据中心；

(4)数据中心，基于静态空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁),(x₂,y₂,z₂,h₂),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n)}制定核事故情况下核电站区域应急疏散路线，该路线根据所疏散时间内所接受累计剂量最小的原则来确定，并将路线图发送到人员随身携带的手机上；同时根据核电站区域所有人的坐标值{(x_i1,y_i1,z_i1),(x_i2,y_i2,z_i2),…,(x_im,y_im,z_im)}，实时获取人员运动过程中所在位置的辐射剂量值{h_i1,h_i2,…,h_im}，并根据预先设置的剂量限值实时判断人员接受实时剂量和累积剂量是否超标，所述预先设置的剂量限值包括实时剂量限值为h_p，累积剂量限值为h_q。对于张三，其在时刻t的实时剂量为h_ijt，累积剂量为∑_th_ijt，如果上述两个值中的任何一个值超标，则通过手机向张三发出警告。

请参阅图3，基于所述移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统进行应急疏散的流程如下：

(1)事故发生前，实时监控静态的空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁),(x₂,y₂,z₂,h₂),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n)}以及人员位置分布{(x_i1,y_i1,z_i1),(x_i2,y_i2,z_i2),…,(x_im,y_im,z_im)}；

(2)事故发生后，获取事故状态下的初始时刻的静态空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h₁₀),(x₂,y₂,z₂,h₂₀),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8n0)}以及人员位置分布{(x_i1,y_i1,z_i1),(x_i2,y_i2,z_i2),…,(x_im,y_im,z_im)}，并迅速制定疏散路线，发送至核电站区域人员的手机；

(3)随着事故的发展和人群的移动，实时获取事故演化过程中的时刻t的实时空间剂量场分布{(x₁,y₁,z₁,h_1t),(x₂,y₂,z₂,h_2t),…,(x_8n,y_8n,z_8n,h_8nt)}和人员动态位置分布{(x_i1t,y_i1t,z_i1),(x_i2t,y_i2t,z_i2t),…,(x_imt,y_imt,z_imt)}；

(4)数据中心通过计算对比，发现某时刻t，张三接受的实时剂量h_ijt>h_p，此时向张三手机发出警报，并建议其立即中止原计划疏散路线，并从另外一条剂量值分布相对较小的通道离开事故现场。

(5)人员撤离核电站区域后，对疏散过程中不同人员的受照情况进行统计分析，给出本次应急疏散的总体评估报告，其中张三在整个应急疏散过程中，发现1次实时剂量超标，但累积剂量并未超标，建议其注意观察身体变化情况，如有不适立即就医。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，其特征在于，主要包括：

辐射监测模块，包括布置在核电站区域监测点的辐射剂量监测设备、放射性核素浓度监测设备，用于获取监测点处的放射性核素浓度和辐射剂量值，并将其发送至辐射场重建模块；

辐射场重建模块，通过对核电站区域进行重新划分，根据监测点的三维坐标、放射性核素浓度和辐射剂量值计算得到核电站区域静态空间剂量场分布；并实时获取事故演化过程中不同时刻的实时空间剂量场分布；所述静态空间剂量场分布为核电站区域三维空间内辐射剂量值与三维坐标之间的映射关系，其计算方法为：

基于核电站区域监测点获取的放射性核素浓度，采用高斯扩散模型和湍流模型计算获取放射性核素浓度场分布，将核素浓度场分布乘以剂量系数后转换成第一空间剂量场分布，再基于监测点获取的辐射剂量值，通过反距离加权插值方法获取第二空间剂量场分布，将第一空间剂量场分布与第二空间剂量场分布进行逐一叠加，获得核电站区域静态空间剂量场分布；

通信模块，用于将所述静态空间剂量场分布、实时空间剂量场分布信息发送至数据中心；

人员定位模块，用于获取核电站区域人员的三维坐标，并传送至数据中心；接收数据中心指定的应急疏散路线；

数据中心，基于静态空间剂量场分布制定核事故情况下核电站区域应急疏散路线，并发送至所述人员定位模块；实时判断人员接受的实时剂量和累积剂量是否超标，并发出警告。

2.根据权利要求1所述的基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，其特征在于，对核电站进行重新划分的方法为按照至少1个/m³的密度布置n个监测点，设置空间分辨率为0.5m*0.5m*0.5m，则核电站区域划分为8n个网格。

3.根据权利要求1所述的基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，其特征在于，所述实时空间剂量场分布的计算方法为：基于事故源项随时间的变化规律，包括初始源强和释放速率信息，模拟放射性核素在核电站区域的迁移过程，得到t时刻空间剂量场分布增量，在静态空间剂量场分布基础上，通过增加t时刻空间剂量场分布增量对放射性核素浓度分布进行修正，进而获取不同时间点的实时空间剂量场分布。

4.根据权利要求1所述的基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，其特征在于，所述人员定位模块采用手机。

5.根据权利要求1所述的基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，其特征在于，所述数据中心根据人员的三维坐标，实时获取人员运动过程中所在位置的辐射剂量值，并根据预设置的剂量限值实时判断人员接受的实时剂量和累积剂量是否超标。

6.根据权利要求1所述的基于移动定位与辐射监测数据的核电站区域应急疏散系统，其特征在于，所述应急疏散方法包括以下步骤：

(1)事故发生前，实时监控静态空间剂量场分布以及人员位置分布；

(2)事故发生后，获取事故状态下的初始时刻的静态空间剂量场分布以及人员位置分布，并制定疏散路线，发送至核电站区域的人员定位模块；

(3)随着事故的发展和人群的移动，实时获取事故演化过程中的实时空间剂量场分布和人员动态位置分布；

(4)数据中心通过计算对比，将应急疏散过程中人员剂量超标情况实时发送给剂量超标人员，并给出建议的处理措施及推荐的撤离路线，必要时对上述人员的疏散行动进行干预；

(5)人员撤离核电站区域后，对疏散过程中不同人员的受照情况进行统计分析，给出本次应急疏散的总体评估报告，并给出建议处置措施。

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