CN110068663A - 一种海洋核污染程度的评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋核污染程度的评估方法，步骤一：移动监测平台布放，启动移动监测平台，控制中心向海上移动监测平台发送控制指令；步骤二：控制中心设置移动监测平台参数，移动监测平台搭载传感器组，传感器组包括海洋环境参数传感器和核探测器，海洋环境参数传感器包括位置传感器和水深传感器，核探测器包括剂量率探测器和核素识别仪；步骤三：检测核污染数据；步骤四：将探测的数据传送给控制中心；步骤五：进行数据处理，完成核污染数据融合，计算海洋核污染指数，评估目标海域核污染程度等级并输出结果。本发明实时性优势明显；综合考虑了核污染数据与目标海域坏境数据联合影响因素，能够准确的评估出目标海域的核污染程度。

Description

一种海洋核污染程度的评估方法
技术领域
本发明涉及核辐射探测技术领域，尤其是一种海洋核污染程度的评估方法。
背景技术
随着我国近几年海洋战略强国的实施与发展，海洋资源的开发利用，导致核技术在海洋领域的应用日趋成熟，例如我国滨海的在建核电站不断增加，海上浮动核电站、核动力破冰船的逐步建设和使用等。在核技术应用于发展的同时，海洋核安全将面临巨大挑战。日本福岛核事故的发生，导致大量高放射性废水未经处理直接排入海洋，对周围环境以及整个太平洋海洋环境造成了巨大影响，是人类历史上最大的海洋放射性污染事故，对海洋生态环境造成了极大的危害。
目前海上核应急监测主要以周期性现场采样，实验室分析的方式为主，该方法具有较高的灵敏度和精确度，但需要投入大量的人力物力，同时存在效率低、时效性差等缺点，并且这种以取样为主的检测方式，难以实时评价目标海域的核污染水平。
针对当下海洋环境以及核泄漏引起海洋的放射性危害等，如何快速，准确地对海洋核污染程度进行评估是当下海洋安全领域迫切需要解决的问题。目前，应用在海洋核污染程度评估领域的方法都无法实现海洋放射性物质的检测，加上海洋环境的特殊性，使得相关技术十分缺少。
发明内容
本发明针对海洋核污染存在的潜在威胁，提供一种在海洋环境条件下，评估海洋核污染程度的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种海洋核污染程度的评估方法，当完成一个海洋核污染评估工程时该方法按以下步骤进行：
步骤一：移动监测平台布放，启动移动监测平台，控制中心向海上移动监测平台发送控制指令；
步骤二：控制中心设置移动监测平台参数，移动监测平台搭载传感器组，传感器组包括海洋环境参数传感器和核探测器，海洋环境参数传感器包括位置传感器和水深传感器，位置传感器探测当前的移动平台的位置坐标信息，水深传感器探测当前的移动监测平台的水深；核探测器包括剂量率探测器和核素识别仪，剂量率探测器将探测海洋核放射性剂量率，核素识别仪将探测海水中的核素种类；
步骤三：检测海洋核污染数据，利用移动监测平台搭载的核探测器感知局部核污染剂量率和核素种类，并且利用移动监测平台搭载的位置传感器和水深传感器分别对水深数据和位置数据进行采集；
步骤四：将探测的核素类别、放射性剂量率、水深数据和位置坐标数据传送给控制中心；
步骤五：完成核污染数据和海洋坏境数据处理，并进行核污染数据的融合，计算海洋核污染指数，评估目标海域核污染程度等级并输出结果。
作为优选方式，评估目标区域核污染程度等级方法为：读取控制中心的气象数据和目标区域的海洋坏境参数数据，包括洋流、风向、风速、潮汐等数据，调用海洋数值模型，计算目标海域的动态流量；再读取探测到的核污染数据计算目标海域的实时核污染指数；
依据动态流量与核污染数据的权重，进行海洋核污染指数的计算；
根据核污染等级划分标准，确定目标海域的核污染等级，并将核污染程度评估结果输出并存储。
作为优选方式，所述步骤四中，将探测的核污染剂量率、核素类别和移动监测平台搭载的环境参数传感器探测的数据通过卫星通信传送给控制中心。
作为优选方式，所述步骤五中，在数据融合阶段采用基于特征级的数据融合方式，假设存在S个传感器在移动监测平台上，那么第s个(s∈1，2，...，S)传感器获取信号所提取得特征量为Ps，多源特征信息融合方式采用主成分分析方法完成融合特征P，并求取融合特征求取之后，将被用来计算目标海域的核污染程度的评估。
作为优选方式，
数据融合的具体算法如下所示：
Step1：通过不同的传感器从不同的方面获取不同时刻的数据信息；
Step2：进行数据预处理，包括去燥、滤波处理；
Step3：分别对各个传感器获取的信号进行信号特征提取，提取核污染信号的能谱特征；
Step4：采用主成分分析方法构造数据的融合函数，融合提取的信号特征，获取特征融合量。作为优选方式，输出结果类型在用户界面进行选择，输出结果类型包括：目标区域地图、数据表格和文本。
本发明的有益效果是：
(1)实时性优势明显。可根据海域坏境的实时数据和核探测器探测的污染数据给出海洋目标区域的核污染程度的快速评估。
(2)本发明综合考虑了污染与海域坏境数据(洋流、风向、风速等)联合影响因素，实时采集了核污染数据，能够准确的评估出目标海域的核污染程度。
附图说明
图1为本发明中海洋核污染程度评估流程示意图；
图2为本发明中多制式通信与动态组网系统示意图；
图3为本发明的决策融合评估系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1-图3所示，一种海洋核污染程度的评估方法，当完成一个海洋核污染评估工程时该方法按以下步骤进行：
步骤一：移动监测平台布放，启动移动监测平台，控制中心向海上移动监测平台发送控制指令；
步骤二：控制中心设置移动监测平台参数，移动监测平台搭载传感器组，传感器组包括海洋环境参数传感器和核探测器，海洋环境参数传感器包括位置传感器和水深传感器，位置传感器探测当前的移动平台的位置坐标信息，水深传感器探测当前的移动监测平台的水深；核探测器包括剂量率探测器和核素识别仪，剂量率探测器将探测海洋核放射性剂量率，核素识别仪将探测海水中的核素种类；启动多移动监测平台，开始进行海洋目标区域核污染程度评估；控制中心人员进行多移动监测平台基本参数设置；当选择目标海域并设置相关参数完成后进入下一步；
步骤三：检测海洋核污染数据，利用移动监测平台搭载的核探测器感知局部核污染剂量率和核素种类，并且利用移动监测平台搭载的位置传感器和水深传感器分别对水深数据和位置数据进行采集；
步骤四：将探测的核素类别、放射性剂量率、水深数据和位置坐标数据传送给控制中心；
步骤五：完成核污染数据和海洋坏境数据处理，并进行核污染数据的融合，计算海洋核污染指数，评估目标海域核污染程度等级并输出结果。
在一个优选实施例中，评估目标区域核污染程度等级方法为：读取控制中心的气象数据和目标区域的海洋坏境参数数据，包括洋流、风向、风速、潮汐等数据，调用海洋数值模型，计算目标海域的动态流量；再读取探测到的核污染数据计算目标海域的实时核污染指数；洋流、风速、风向和潮汐等海洋环境参数是直接从数据中心实时调取的，不是探测的，探测的有移动监测平台的水深数据和位置信息数据。依据动态流量与核污染数据的权重，进行海洋核污染指数的计算；根据核污染等级划分标准，确定目标海域的核污染等级，并将核污染程度评估结果输出并存储。如图3所示，评估决策融合系统的工作过程：首先利用海洋数值模型结合目标海域的气象数据和海洋坏境参数计算目标海域的动态流量，再读取控制中心的核污染数据计算实时核污染指数，根据核污染等级划分标准，评估目标海域的核污染等级，例如：假设核污染等级分为I级、II级和III级，根据其核污染指数判断目标区域的污染程度并划分等级。其中，调用海洋数值模型计算目标区域的动态流量需要进行的步骤包括：1、选择污染评估的目标海域，调取对应海域的海洋坏境数据，包括水深，岸线，潮汐等，制作海洋数值模型的输入文件，输入文件包括水深文件、开边界文件、科氏力文件等；2、基于水深数据、岸线数据以及目标海域的地理信息采用SMS软件制作三角形网格，利用插值方法和数据校准方法对目标海域地形进行精确的制作，构造海洋模型；3、提取目标海域的调和常数，进行开边界设置；4、利用海洋数值模型模拟计算目标海域的动态流量。海洋数值模型是对物理海洋的模拟实现，主要通过如海洋动量方程、盐度及温度扩散方程、连续方程、状态方程等模拟计算海洋流场，模拟过程中使用Smagorinsky湍流闭合子模型计算水平混合，使用Mellor-Yamada2.5阶湍流闭合子模型计算垂向混合，调用海洋数值模型计算目标海域的动态流量，假设有输入文件K个,则第k个(k∈1,2,3,…K)输入文件所代表的数据为FK个，目标海域的动态流量为V，则定义函数V＝F(F1,F2,…,FK)计算目标海域的动态流量，其中F1,F2,…,FK分别代表的数据为目标海域的水深数据、岸线数据、潮汐数据、洋流数据以及地理环境数据等。
在一个优选实施例中，所述步骤四中，将探测的核污染剂量率、核素类别和移动监测平台搭载的环境参数传感器探测的数据通过卫星通信传送给控制中心。
如图2所示，多移动监测平台采用的通信方式是多制式通信与动态组网的方式，建立的是一个多跳、移动组网的通信平台，将移动监测平台以相对稳定的网络拓扑结构组成移动结群点，对海洋核污染监测数据进行监测，并向后方控制中心传送监测数据。
在一个优选实施例中，所述步骤五中，在数据融合阶段采用基于特征级的数据融合方式，假设存在S个传感器在移动监测平台上，那么第s个(s∈1，2，...，S)传感器获取信号所提取得特征量为Ps，多源特征信息融合方式采用主成分分析方法完成融合特征P，并求取融合特征求取之后，将被用来计算目标海域的核污染程度的评估。
在一个优选实施例中，
数据融合的具体算法如下所示：
Step1：通过不同的传感器从不同的方面获取不同时刻的数据信息；
Step2：进行数据预处理，包括去燥、滤波处理；
Step3：分别对各个传感器获取的信号进行信号特征提取，提取核污染信号的能谱特征(核探测器主要是探测核污染信号，核污染信号主要是以脉冲形式出现的)；
Step4：采用主成分分析方法构造数据的融合函数，融合提取的信号特征，获取特征融合量。在一个优选实施例中，输出结果类型在用户界面进行选择，输出结果类型包括：目标区域地图、数据表格和文本。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种海洋核污染程度的评估方法，其特征在于,当完成一个海洋核污染评估工程时该方法按以下步骤进行：
步骤一：移动监测平台布放，启动移动监测平台，控制中心向海上移动监测平台发送控制指令；
步骤二：控制中心设置移动监测平台参数，移动监测平台搭载传感器组，传感器组包括海洋环境参数传感器和核探测器，海洋环境参数传感器包括位置传感器和水深传感器，位置传感器探测当前的移动平台的位置坐标信息，水深传感器探测当前的移动监测平台的水深；核探测器包括剂量率探测器和核素识别仪，剂量率探测器将探测海洋核放射性剂量率，核素识别仪将探测海水中的核素种类；
步骤三：检测海洋核污染数据，利用移动监测平台搭载的核探测器感知局部核污染剂量率和核素种类，并且利用移动监测平台搭载的位置传感器和水深传感器分别对水深数据和位置数据进行采集；
步骤四：将探测的核素类别、放射性剂量率、水深数据和位置坐标数据传送给控制中心；
步骤五：完成核污染数据和海洋坏境数据处理，并进行核污染数据的融合，计算海洋核污染指数，评估目标海域核污染程度等级并输出结果。
2.如权利要求1所述的一种海洋核污染程度的评估方法，其特征在于：评估目标区域核污染程度等级方法为：读取控制中心的气象数据和目标区域的海洋坏境参数数据，包括洋流、风向、风速、潮汐等数据，调用海洋数值模型，计算目标海域的动态流量；再读取探测到的核污染数据计算目标海域的实时核污染指数；依据动态流量与核污染数据的权重，进行海洋核污染指数的计算；根据核污染等级划分标准，确定目标海域的核污染等级，并将核污染程度评估结果输出并存储。
3.如权利要求1所述的一种海洋核污染程度的评估方法，其特征在于：所述步骤四中，将探测的核污染剂量率、核素类别和移动监测平台搭载的环境参数传感器探测的数据通过卫星通信传送给控制中心。
4.如权利要求1-3之一所述的一种海洋核污染程度的评估方法，其特征在于：所述步骤五中，在数据融合阶段采用基于特征级的数据融合方式，假设存在S个传感器在移动监测平台上，那么第s个(s∈1，2，...，S)传感器获取信号所提取得特征量为Ps，多源特征信息融合方式采用主成分分析方法完成融合特征P，并求取融合特征求取之后，将被用来计算目标海域的核污染程度的评估。
5.如权利要求4所述的一种海洋核污染程度的评估方法，其特征在于：
数据融合的具体算法如下所示：
Step1：通过不同的传感器从不同的方面获取不同时刻的数据信息；
Step2：进行数据预处理；
Step3：分别对各个传感器获取的信号进行信号特征提取，提取核污染信号的能谱特征；
Step4：采用主成分分析方法构造数据的融合函数，融合提取的信号特征，获取特征融合量。
6.如权利要求1所述的一种海洋核污染程度的评估方法，其特征在于：输出结果类型在用户界面进行选择，输出结果类型包括：目标区域地图、数据表格和文本。
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