CN108470079B - 航天发射场涉核操作辐射安全评估仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种航天发射中涉核操作评估辐射安全的仿真方法，包括以下步骤：针对发射场区及主要设备进行三维建模，针对满足任务需求的工艺过程进行工艺过程建模；计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率及其总辐射剂量率；选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率，采用插值计算获取区域内的辐射剂量率，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；根据绘制出的辐射强度空间分布图，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程。本发明经过实际发射任务检验，建立的辐射安全防护手册，能够科学指导任务实施关键环节操作，确保发射任务的安全、准确实施。

Description

航天发射场涉核操作辐射安全评估仿真方法

技术领域

本发明属于航天发射工程领域，尤其涉及航天发射流程中核辐射工作环境下评估操作安全的仿真方法。

背景技术

航天探测器是对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器和空间探测的主要工具，按探测的对象划分为月球探测器、行星和行星际探测器、小天体探测器等。航天探测器装载科学探测仪器，由运载火箭送入太空，飞近月球或行星进行近距离观测，做人造卫星进行长期观测，着陆进行实地考察或采集样品进行研究分析。空间探测器进行深空探测时，随着太阳距离的增加，所接收到的太阳辐射热流急剧下降，并且空间热环境异常恶劣(如月球上长达14个地球日无光照、－180℃低温的月夜)，导致采用常规的电源系统(太阳电池阵+蓄电池)和热控系统已无法满足探测器的生存需求。在这种情况下，核能源成为深空探测的首选。

目前我国使用放射性同位素热源(RHU)，为探测器提供热源实现其太空生存。根据任务要求，需要对主要放射源设备在发射场塔上的操作流程进行辐射安全评估，建立辐射安全防护手册，完成参试岗位人员辐射安全防护知识宣贯，科学指导任务实施关键环节操作，确保发射任务的安全、准确实施。由于发射场涉核操作没有现成参考解决方案，而且具有操作流程复杂、塔上空间范围广、安装操作多、辐射安全防护约束强等特点，在计算过程中还存在空气及整流罩材料对射线的屏蔽和衰减作用影响的不确定性，对发射场复杂操作空间环境下的辐射量化求解和辐射计算结果空间表达的科学计算可视化带来难点。

在本发明中首次利用虚拟现实仿真技术，建立涵盖塔架、探测器、工装模型、吊具及相关附属设施的发射场模型，模拟核源测试、贮运、上塔、安装等操作流程，建立辐射衰减模型并插值估算核源辐射剂量率，高度分层显示核源辐射强度分布情况，给出运载工作位置理论辐射剂量率及允许停留时间，在时间、空间、人员、辐射等约束条件下实施操作安全分析，实现涉核操作流程辐射安全评估仿真。

发明内容

本发明的航天发射中涉核操作评估辐射安全的仿真方法，主要包括以下步骤：

步骤1：针对发射场区及主要设备进行三维建模，制定满足任务需求的工艺过程，结合需要进行控制的对象，针对控制对象的移动、连接、解除进行工艺过程建模；

步骤2：根据选定特征点与探测器中各放射性同位素热源之间的距离，计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率，所述辐射剂量率之和为该特征点受到辐射的总辐射剂量率；

步骤3：根据实际发射任务特点及技术要求，选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率并确定最大值和最小值，采用插值计算获取辐射范围区域内各点的辐射剂量率。根据各个特征点的总辐射剂量率的最大值和最小值将插值获取的辐射剂量率取值划分若干区间并对每个区间用数字表示，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；

步骤4：根据已建立的模型及绘制出的辐射强度空间分布图在仿真环境下进行辐射安全分析，首先根据空间分布图显示，使操作人员避开辐射剂量率大的区域；随后，在安全区域中选取可能的人员操作点，获取操作点坐标位置，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，根据国家标准计算操作人员允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程，完成辐射安全评估。

进一步地，其中步骤1中所述三维建模是从地形数据、数字地图、航拍获取的图像数据、三维实拍等数据源获取发射场的原始基础信息，对所述原始基础信息根据对象类型、所属区域类型信息，分别进行场区地形建模、航区地形建模、场区地物建模及场区景观建模，将模型根据实际发射场景进行组合，生成三维模型库，对模型进行调试和优化处理；所述主要设备包括塔架及配套设备、探测器及其工装模型、放射性同位素热源、火箭、地面配套设备产品。

进一步地，其中步骤1中所述工艺过程建模包括初始位置控制：主要有探测器、整流罩、吊具、升降车、装配台、展开装置、转运车初始位置的调整；桥式起重机的控制：含吊车位置、吊钩高度、旋转角度、伸缩长度的控制；吊具的控制：涉及探测器吊具、包装箱吊具、整流罩吊具，控制的动作有吊具和被吊对象间的连接和解除，发射产品与地面设施设备的连接和解除；被吊物体的运动控制：控制探测器、整流罩、各类设备、摆杆、平台的移动和翻转。

进一步地，其中步骤2具体为：以探测器中2台放射性同位素热源中心连线所在的YOZ平面分别与探测器X轴向中心平面XOY和XOZ的相交线作为计算的基准坐标轴，x,y,z代表选定特征点坐标位置，di表示该特征点距离第i号放射性同位素热源的距离，fsi表示该特征点受第i号放射性同位素热源辐射的辐射剂量率,1<＝i<＝N，fs代表该特征点受N个放射性同位素热源辐射的总辐射剂量率，则计算d i＝sqrt((x-x i)^2+(y-y i)^2+(z-z i)^2)，其中，x i,y i,z i代表第i号放射性同位素热源的坐标位置；fs i＝f i/(d i^2)，其中i＝1,…,N；该特征点的总辐射剂量率为fs＝fs1+…+fs i+…+fsN。

进一步地，其中步骤3具体为：在Y轴选取L个特征点y＝-0.025(L-1):0.05:0.025(L-1)，表示每隔0.05取一个点；Z轴选取L个特征点z＝y；设置高度值为h；

初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自高度的矩阵x＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率的矩阵fs＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率区间等效值的矩阵fs0＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自相对第i号核源距离的矩阵d i＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自受第i号核源辐射的辐射剂量率的矩阵fs i＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；

针对若干给定特征点坐标，根据步骤2中的方法计算所述若干给定特征点的总辐射剂量率，采用插值计算获取辐射范围区域内其余各点的总辐射剂量率；其余各点总辐射剂量率小于所述若干给定特征点的总辐射剂量率统计结果中总辐射剂量率最小值时，区间等效值设置为-0.1；其余各点总辐射剂量率在统计结果的总辐射剂量率最大值与最小值之间时，区间等效值设置为原值；其余各点总辐射剂量率大于统计结果的总辐射剂量率最大值时，被认为是噪声点，区间等效值为该最大值，在mat l ab中根据坐标和剂量率区间等效值矩阵绘制辐射强度空间分布图surf(y,z,x,fs0,'FaceCoLor','i nterp','EdgeCoLor','none',

'FaceL i ght i ng','phong')，其中surf为mat l ab中的绘制函数；y,z,x分别为选取的特征点的坐标矩阵；Faceco l or表示小面的显示，包括隐藏、单色、定点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；i nterp表示使用插值计算；EdgeCoLor表示指定边的显示，包括隐藏、单色、顶点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；Face li ght i ng表示表面光照；phong为光照模式，是图象的一种显示方法。

进一步地，其中步骤4中以国家标准规定的安全剂量中任何一年内最大值数据除以操作区域内总辐射剂量率最大值即可得到操作人员允许时间的最小值。

本发明建立了发射场复杂操作空间环境下的辐射量化求解方法，解决了涉核辐射计算结果空间表达的科学计算可视化的难题。经过实际发射任务检验，建立的辐射安全防护手册，能够科学指导任务实施关键环节操作，确保发射任务的安全、准确实施。

附图说明

图1示出了发射场三维建模流程示意图；

图2示出了发射场场景层次结构示意图；

图3示出了探测器设备所携带主要核源空间位置关系及基准坐标轴示意图；

图4示出了在塔架某高度YOZ平面选取的典型位置示意图；

图5示出了辐射强度空间分布图；

图6示出了涉核操作仿真方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行具体说明。

步骤1：针对发射场区及主要设备进行三维建模，制定满足任务需求的工艺过程，结合需要进行控制的对象，针对控制对象的移动、连接、解除进行工艺过程建模。

涉核操作流程的仿真及对辐射安全情况进行评估的基础是构建仿真环境，在构建仿真环境时需要首先对发射场中关键场景和对象建立模型，主要包括三维建模及工艺建模两部分。

由于航天发射场场景大，对象复杂，需要建模的模型比较多。一个小的模型与整个系统的比例相差很大，不可能将所有的模型都在整个系统模型中进行建模。因为，一方面网格的比例不好确定；二是视角切换起来也不方便；三是在进行小的模型建模的过程中很容易破坏其他已经建好的模型。所以，可以采用对模型分别建造，然后合成的方法。

图1给出了本发明使用的三维场景建模方法。从地形数据、数字地图、航拍获取的图像数据、三维实拍等数据源获取发射场的原始基础信息，对这些原始基础信息根据对象类型、所属区域类型等信息，分别进行场区地形建模、航区地形建模、场区地物建模及场区景观建模，将模型根据实际发射场景进行组合，生成三维模型库，对模型进行调试和优化处理，生成视景库模型。

对场景进行层次结构划分后，可以方便场景建模的分工和实体模型的组织和管理，而实体模型内部的层次结构划分能将复杂模型自顶向下分解成若干基本单元，明确模型构建目标，大大减轻建模工作量。对发射场的场景层次划分如图2所示。塔架建模主要基于已建的塔架实物模型和设计施工图纸进行，完成塔架的结构和配套设施建模，尤其是针对勤务塔架桥式起重机、回转小吊车、回转平台，升降平台、摆杆等重点相关设备的建模。火箭部分建模：火箭系统部分三维建模工作的重点主要体现在星箭对接部位，要求在火箭建模时，尤其是在和探测器结合部分的建模应达到和探测器部分对接的建模要求，同时完成对探测器想挂的各类舱口的精确建模。

此外，需要对探测器及与其相关的工装模型进行建模：包括探测器的建模，以及探测器支架、对接框、探测器吊具、整流罩、包装箱等多类工装模型的建模，由于探测器部分是主要的仿真对象，而建立仿真系统的目的也正是为了演示与验证所给出的工艺流程是否能够适应目前的塔架的环境要求，因此探测器和对应工装模型的建模要求在外形、尺寸和三维效果等方面保证足够的逼真度，确保所建立的仿真系统能够给出科学、准确的判断依据。

地面配套设备产品建模，包括探测器在装配对接过程中所需要用到的转运车、对接车、运输车、工作梯、升降车等，由于探测器在装配和对接的过程中需要使用各种型号的地面配套设备，因此要按照实际需求建模。

根据满足任务需求的工艺过程，结合在吊装工艺过程中需要进行控制的对象，我们通过控制对象的移动、连接、解除等动作在3dmax中来实现工艺过程的建模。具体包括：初始位置控制：主要有探测器、整流罩、吊具、升降车、装配台、展开装置、转运车等初始位置的调整；桥式起重机的控制：含吊车位置、吊钩高度、旋转角度、伸缩长度的控制；吊具的控制：涉及探测器吊具、包装箱吊具、整流罩吊具等，控制的动作有吊具和被吊对象间的连接和解除、产品、工装设备和地面设施设备的连接、解除等；被吊物体的运动控制：控制探测器、整流罩、各类设备、摆杆、平台的移动、翻转。通过对以上几个方面的控制，可以最终实现探测器发射工艺各个阶段的过程控制，从而建立起完整的工艺流程，并能够灵活地对其进行修改。

三维建模及工艺流程建模均可在3DMAX环境进行，建模处理方法如下：

步骤101：模型格式转换。3D Max支持多种文件导入格式：.dxf，.obj和.3ds(Windows下)。模型导入后需要对造型加以整理，包括：依据3D Max格式对文件进行层次调整、重新构造那些在格式转换过程中发生变形的造型等。

步骤102：纹理贴图。不满足要求的纹理不能正常显示，因此为了场景驱动的要求，需对用到的纹理图像作以下处理：

步骤102-1：转换纹理格式。将纹理文件转换成3D Max中支持的文件格式：TGA、PNG、BMP、JPG；

步骤102-2：标准化纹理大小。将纹理文件长、宽全部限制为2的幂次单位的象素大小；

步骤102-3：透明纹理。如果在RGB文件中包含了a值，那么文件的后缀名必须是RGBA才能正常显示。

步骤103：模型简化。模型的复杂度是影响实时渲染的关键因素，因此在不影响视觉效果的前提下，应尽量减少模型复杂度：

步骤103-1：去除冗余面。这里的冗余多边形主要是指在实体外部观察模型时不可见的部分。由于场景浏览时它们处于不可见的位置，去除它们并不影响实体的视觉效果，但消除它们可以很大程度上降低场景的复杂度。

步骤103-2：“合并”面片。在影响不大的情况下，造型中相近的面片应予以合并。

步骤104：相同模型实例化(Instance)。当三维复杂模型中具有多个几何形状相同属性相同但是位置不同的物体时，可采用实例化技术。实例化是计算机图形学里为节省计算机的运行开销而采用的一种算法。利用实例技术，相同的几何体可以共享同一个模型数据，通过矩阵变化安置在不同的地方，这时只需要一个几何体数据的存储空间。譬如：在场景中不同地方放置相同的树。实例技术牺牲了时间，换得了内存空间。

步骤2：根据选定特征点与探测器中各放射性同位素热源之间的距离，计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率，所述辐射剂量率之和为该特征点受到辐射的总辐射剂量率。

如前面内容提到的，探测器由放射性同位素热源RHU提供核热源，在发射场环境下的各项操作受到的辐射主要来自于各个RHU。RHU辐射方向是以RHU中心为中心向周围呈360°球面辐射，在计算过程中不考虑空气及整流罩材料对射线的屏蔽和衰减作用，部分核源的辐射剂量率与本底水平相当时在计算中忽略，这部分设备包括辐射剂量率小于10μSv/h设备。发射场某特征点总辐射剂量率以下列方法计算：

F＝Σ(fi/di^2)。其中F为某特征点总辐射剂量率；fi为距离各RHU外1m处位置的辐射剂量率设计指标；di为各RHU到达特征点的距离，由各RHU分布位置决定；i为探测器中各个RHU的序号。

在计算过程中，根据探测器中RHU的排布特点，以2台RHU中心连线所在的YOZ平面分别与探测器X轴向中心平面XOY和XOZ的相交线作为计算的基准坐标轴(如图3所示)。在matlab中定义计算函数及其输入与输出列表，function[d1,d2，di,…,dN,fs1,fs2,fsi,…,fsN,fs]＝cesh3cmp(x,y,z)，其中cesh3cmp为自定义的函数名，便于后续计算调用；输入x,y,z代表选定特征点坐标位置，di表示该特征点距离第i号核源RHU的距离，fsi表示该特征点受第i号核源辐射的辐射剂量率,1<＝i<＝N，fs代表该特征点受N个核源辐射的总辐射剂量率。

其中计算该特征点距第i号核源的距离(i＝1,…,N)，di＝sqrt((x-xi)^2+(y-yi)^2+(z-zi)^2)，其中，xi,yi,zi代表第i号核源的坐标位置；计算该特征点受第i号核源辐射的辐射剂量率(i＝1,…,N)，fsi＝fi/(di^2)；该特征点的总辐射剂量率为fs＝fs1+…+fsi+…+fsN。

步骤3：根据实际发射任务特点及技术要求，选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率并确定最大值和最小值，采用插值计算获取辐射范围区域内各点的辐射剂量率。根据各个特征点的总辐射剂量率的最大值和最小值将插值获取的辐射剂量率取值划分若干区间并对每个区间用数字表示，在matlab中绘制辐射强度空间分布图。

特征点的选取需结合实际发射任务特点考虑，在本发明中，结合整流罩直径为4m的技术要求，考虑塔架操作人员的有效操作位置，在YOZ平面上，选取8个典型位置作为辐射剂量计算的目标点。如图4的A点、B点、C点、D点、AD点、BD点、AC点、BC点)，其中，AD、BD、AC、BC4个点为以+YRHU和－YRHU连线中点为始点，同一平面上，与+YRHU和－YRHU连线夹角为45°的直线与整流罩的交点。假设人员活动区直径为5m，将YOZ平面的4个典型位置(A点、B点、C点、D点)外扩，与直径5m的圆(与整流罩同心)相交的4个交点设置为辐射剂量计算的扩展位置(如E点、F点、G点、H点)。在同一柱面上，计算选取的目标位置处于YOZ平面上的典型位置(A点～H点)与X轴平行的直线上，在探测器高度范围内，计算设置平面面间距为0.5m，在脱离探测器位置，朝向-X的方向，计算设置平面面间距取1m。

在实际发射过程中，需要对塔架操作人员进行分区域管理，分为操作区和监督区。将某平台高度范围内区域的操作及贴近核源操作的位置设置为操作区，以探测器为中心，4m柱面与5m柱面之间的区域为监督区。监督区内，操作人员佩戴个人剂量计，进行必要的监测管理。

在本发明中，根据插值计算结果统计，总辐射剂量率最大值为0.3mSv/h，最小值为0.0025mSv/h，因此将总辐射剂量率取值划分为若干区间：对于(0.0025，0.3)范围的，其区间等效值取为原值；对于[0.3，+∞)范围的，被认为是噪声点，取为0.3；对于[0，0.0025]范围的，被认为是噪声点，取值为-0.1。

核源辐射强度空间分布图的具体绘制过程如下：根据辐射剂量率计算公式采用matLab进行插值计算出监督区\操作区划分，以及整流罩外高度范围内各点总辐射剂量率；为避免噪声干扰，将总辐射剂量率转化为区间等效值；最后在监督区\操作区划分以及整流罩外高度范围内，按0.5米为间隔分层绘制出各高度位置对应的辐射强度空间分布图(如图5所示)。

以单个轴向上的特征点个数为L个为例，在Y轴选取L个特征点y＝-0.025(L-1):0.05:0.025(L-1)，表示每隔0.05取一个点；Z轴选取L个特征点z＝y；设置高度值为h；

初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自高度的矩阵x＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率的矩阵fs＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率区间等效值的矩阵fs0＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自的y、z、h、总辐射剂量率的矩阵resuLt＝zeros(L*L,4)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自相对第i号核源距离的矩阵d i＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自受第i号核源辐射的辐射剂量率的矩阵fs i＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；

根据给定特征点坐标，计算该点的总辐射剂量率，[d1(k,j)，d2(k,j)，…,dN(k,j),fs1(k,j),…,fsN(k,j),fs(k,j)]＝cesh3cmp(h,y(k),z(j))(k＝1:L，j＝1:L)，其中k，j分别表示特征点在y轴及z轴上的坐标值。根据特征点的总辐射剂量率计算结果，连同其坐标一起进行存储resuLt((k-1)*L+j,:)＝[y(k)z(j)h fs(k,j)]。总辐射剂量率小于0.0025时，区间等效值设置为-0.1，即如果fs(k,j)<＝0.0025，fs0(k,j)＝-0.1(k＝1:L，j＝1:L)；总辐射剂量率大于0.0025小于0.3时，区间等效值设置为原值，即如果fs(k,j)>0.0025&fs(k,j)<0.3，fs0(k,j)＝fs(k,j)(k＝1:L，j＝1:L)；总辐射剂量率大于0.3时，区间等效值为0.3，即如果fs(k,j)>＝0.3，fs0(k,j)＝0.3(k＝1:L，j＝1:L)。在mat l ab中根据坐标和剂量率区间等效值绘制辐射强度空间分布图surf(y,z,x,fs0,'FaceCoLor','i nterp','EdgeCoLor','none','FaceL i ght i ng','phong')，其中surf为mat l ab中的绘制函数；y,z,x分别为选取的特征点的坐标矩阵；Faceco l or表示小面的显示，包括隐藏、单色、定点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；i nterp表示使用插值计算；EdgeCoLor表示指定边的显示，包括隐藏、单色、顶点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；Face l i ght i ng表示表面光照；phong为光照模式，是图象的一种显示方法。

步骤4：根据已建立的模型及绘制出的辐射强度空间分布图在仿真环境下进行辐射安全分析，首先根据空间分布图显示，使操作人员避开辐射剂量率大的区域；随后，在安全区域中选取可能的人员操作点，获取操作点坐标位置，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，根据国家标准计算操作人员允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程，完成辐射安全评估。仿真环境的运行是基于OSG软件平台，3dmax模型和mat l ab计算结果都要导入并集成在OSG仿真软件平台中。

结合时间、空间、人员、辐射等约束条件实施操作安全分析。根据辐射强度空间分布图找出辐射剂量率较大的区域，指导操作人员在操作时尽量避开此区域。根据总辐射剂量率计算结果，统计操作区域内总辐射剂量率最大值，按照国家标准，表1中第2行数据除以总辐射剂量率最大值即可得到公众允许时间最小值和职业人员允许时间最小值，并与运载实际的操作时间比对，得出是否安全的结论；限于运载给出的操作位置只给出了层高、没有圆周分布，运载在每个平台的工作时间暂按各阶段同高度操作时间之和计算。为提高安全性，操作人员可较为保守的按公众计算。在操作推演过程中，实时计算并提示运载工作位置总辐射剂量率计算值、允许停留时间以及已停留时间，形成安全操作规程。

表1国家标准规定安全剂量

	职业人员	公众
			连续5年内平均值	20mSv/yr	1mSv/yr
任何1年内最大值	50mSv/yr	5mSv/yr

最后，如图6所示，示出了完整的涉核操作辐射安全评估仿真方法的流程。在3DMAX等建模系统中构建核源辐射影响下的发射场操作流程仿真所需要的模型作为仿真基础环境，建立发射场复杂操作空间环境下的辐射量化计算方法，在mat l ab中生成探测器核源RHU辐射强度空间分布图实现可视化，结合由建模生成的仿真基础环境，将已建模型及matl ab计算方法及生成的辐射强度空间分布图导入并集成在OSG仿真平台中，生成涉核操作流程三维辅助设计与仿真推演环境，在仿真推演环境中进行涉核操作流程的模拟推演和验证优化，如果优化未结束，如出现模型的遮挡、场景位置不准确等，则返回构建仿真模型步骤进行调整，直至推演结果满足任务要求，操作人员涉核操作满足国家安全标准，可形成安全操作规范，则优化结束，指导操作人员安全操作。

本方法具有如下的特点：国内首次实现了航天发射场涉核操作辐射安全评估仿真，建立了发射场复杂操作空间环境下的辐射量化求解方法，解决了涉核辐射计算结果空间表达的科学计算可视化难题。经过实际发射任务检验，建立的辐射安全防护手册，能够科学指导任务实施关键环节操作，确保发射任务的安全、准确实施。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种对航天发射中的涉核操作评估辐射安全的仿真方法，包括以下步骤:

步骤1：针对发射场区及主要设备进行三维建模，制定满足任务需求的工艺过程，结合需要进行控制的对象，针对控制对象的移动、连接、解除进行工艺过程建模；

步骤2：根据选定特征点与探测器中各放射性同位素热源之间的距离，计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率，所述辐射剂量率之和为该特征点受到辐射的总辐射剂量率；

步骤3：根据实际发射任务特点及技术要求，选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率并确定最大值和最小值，采用插值计算获取辐射范围区域内各点的总辐射剂量率，根据各个特征点的总辐射剂量率的最大值和最小值将插值获取的总辐射剂量率取值划分若干区间并对每个区间用数字表示，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；

步骤4：根据已建立的模型及绘制出的辐射强度空间分布图在仿真环境下进行辐射安全分析，首先根据空间分布图显示，使操作人员避开辐射剂量率大的区域；随后，在安全区域中选取可能的人员操作点，获取操作点坐标位置，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，计算操作人员允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程，完成辐射安全评估。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤1中所述三维建模是从地形数据、数字地图、航拍获取的图像数据、三维实拍等数据源获取发射场的原始基础信息，对所述原始基础信息根据对象类型、所属区域类型信息，分别进行场区地形建模、航区地形建模、场区地物建模及场区景观建模，将模型根据实际发射场景进行组合，生成三维模型库，对模型进行调试和优化处理；所述主要设备包括塔架及配套设备、探测器及其工装模型、放射性同位素热源、火箭、地面配套设备产品。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述工艺过程建模包括初始位置控制：主要有探测器、整流罩、吊具、升降车、装配台、展开装置、转运车初始位置的调整；桥式起重机的控制：含吊车位置、吊钩高度、旋转角度、伸缩长度的控制；吊具的控制：涉及探测器吊具、包装箱吊具、整流罩吊具，控制的动作有吊具和被吊对象间的连接和解除，发射产品与地面设施设备的连接和解除；被吊物体的运动控制：控制探测器、整流罩、各类设备、摆杆、平台的移动和翻转。

4.如权利要求1所述的方法，其中步骤2具体为：以探测器中2台放射性同位素热源中心连线所在的YOZ平面分别与探测器X轴向中心平面XOY和XOZ的相交线作为计算的基准坐标轴，x,y,z代表选定特征点坐标位置，di表示该特征点距离第i号放射性同位素热源的距离，fsi表示该特征点受第i号放射性同位素热源辐射的辐射剂量率,1<＝i<＝N，fs代表该特征点受N个放射性同位素热源辐射的总辐射剂量率，则计算di＝sqrt((x-xi)^2+(y-yi)^2+(z-zi)^2)，其中，xi,yi,zi代表第i号放射性同位素热源的坐标位置；fsi＝fi/(di^2)，其中i＝1,…,N；该特征点的总辐射剂量率为fs＝fs1+…+fsi+…+fsN。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其中步骤3具体为：在Y轴选取L个特征点y＝-0.025(L-1):0.05:0.025(L-1)，表示每隔0.05取一个点；Z轴选取L个特征点z＝y；设置高度值为h；

初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自高度的矩阵x＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率的矩阵fs＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率区间等效值的矩阵fs0＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自相对第i号核源距离的矩阵di＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自受第i号核源辐射的辐射剂量率的矩阵fsi＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；

针对若干给定特征点坐标，根据步骤2中的方法计算所述若干给定特征点的总辐射剂量率，采用插值计算获取辐射范围区域内其余各点的总辐射剂量率；其余各点总辐射剂量率小于所述若干给定特征点的总辐射剂量率统计结果中总辐射剂量率最小值时，区间等效值设置为-0.1；其余各点总辐射剂量率在统计结果的总辐射剂量率最大值与最小值之间时，区间等效值设置为原值；其余各点总辐射剂量率大于统计结果的总辐射剂量率最大值时，被认为是噪声点，区间等效值为该最大值，在matlab中根据坐标和剂量率区间等效值矩阵绘制辐射强度空间分布图surf(y,z,x,fs0,'FaceCoLor','interp','EdgeCoLor','none',

'FaceLighting','phong')，其中surf为matlab中的绘制函数；y,z,x分别为选取的特征点的坐标矩阵；Facecolor表示小面的显示，包括隐藏、单色、定点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；interp表示使用插值计算；EdgeCoLor表示指定边的显示，包括隐藏、单色、顶点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；Facelighting表示表面光照；phong为光照模式，是图像的一种显示方法。

6.如权利要求1所述的方法，其中步骤4中以安全剂量中任何一年内最大值数据除以操作区域内总辐射剂量率最大值即可得到操作人员允许时间的最小值。

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