CN110503791A - 高浓缩核材料贮存安全监管系统及方法 - Google Patents

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CN110503791A CN201910768262.5A CN201910768262A CN110503791A CN 110503791 A CN110503791 A CN 110503791A CN 201910768262 A CN201910768262 A CN 201910768262A CN 110503791 A CN110503791 A CN 110503791A
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吴哲明
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    • G08B13/1436—Mechanical actuation by lifting or attempted removal of hand-portable articles with motion detection

Abstract

本发明实施例提供一种高浓缩核材料贮存安全监管系统及方法，所述系统包括：温湿度监测模块、语音报警模块、通信模块和电源管理模块，还包括：主控模块、移动监测模块、辐射监测模块和电子封条模块，其中，移动监测模块，连接主控模块，用于对核材料进行姿态检测；辐射监测模块，连接主控模块，用于对核材料贮存箱内的中子和γ射线进行探测；电子封条模块用于实现对开箱操作人员的身份识别、认证和权限管理，并预防核材料贮存箱被非授权动用和开箱；主控模块用于实现贮存箱内温湿度监控、核材料移动监控和辐射剂量监控，并在情况异常时进行报警。本发明实施例可有效提升高浓缩核材料的贮存安全性。

Description

高浓缩核材料贮存安全监管系统及方法
技术领域
本发明涉及控制技术领域，更具体地，涉及一种高浓缩核材料贮存安全监管系统及方法。
背景技术
高浓缩核材料的安全管理是敏感性强、影响力大的重大问题，一旦被非法移动或发生异常情况，而没有及时发现并有效处置，不但造成重大的经济损失，还将产生严重的政治和社会影响。
针对此，国内专家分别针对核材料库房储存、运输和研究应用过程的安全监控开展了深入研究，但缺乏对于位于密闭贮存箱内的核材料一体化嵌入式安全监控技术进行全面研究，现有的安全监控技术无法全面有效地防止高浓缩核材料在保管中被丢失、偷盗、转移、非授权接触和使用，无法准确实时地监测贮存箱内温湿度、辐射剂量情况，并在情况异常时进行报警。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高浓缩核材料贮存安全监管系统及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种高浓缩核材料贮存安全监管系统，包括温湿度监测模块、语音报警模块、通信模块和电源管理模块，还包括：主控模块、移动监测模块、辐射监测模块、电子封条模块，其中，
所述移动监测模块，连接所述主控模块，用于采用由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合对核材料进行姿态检测并采集所述核材料的运动数据，将所述核材料的运动数据发送至所述主控模块；
所述辐射监测模块，连接所述主控模块，用于对所述核材料贮存箱内的中子和γ射线进行探测，将探测获得的电信号转换成电脉冲信号，并将所述电脉冲信号发送至所述主控模块；
所述电子封条模块包括电子封条和唤醒器，所述电子封条安装在所述核材料贮存箱的箱体上，与主控模块连接，所述唤醒器由操作人员保管和使用，所述唤醒器用于对所述核材料贮存箱的操作人员进行身份识别、认证和权限管理，并接收完成了身份验证的操作人员的操作指令，所述电子封条用于接收操作人员通过唤醒器发送的操作指令，根据所述操作指令向所述主控模块发送相应的状态信息并执行与所述状态信息相对应的操作，并预防所述核材料贮存箱被非授权动用和开箱；
所述主控模块，用于根据所述电子封条发送的状态信息监测所述核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线是否存在异常，基于所述核材料的运动数据判断所述核材料是否存在被移动的异常，基于所述电脉冲信号对所述核材料进行辐射剂量是否异常的判断，基于所述温湿度监测模块采集的温湿度数据进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若判断获知任一异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警；
所述通信模块，连接所述主控模块，用于提供所述高浓缩核材料贮存安全监管系统与外部连接的通信接口；
所述电源管理模块，用于为所述高浓缩核材料贮存安全监管系统中的其他模块提供电源。
第二方面，本发明实施例提供一种高浓缩核材料贮存安全监管方法，基于第一方面所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，包括：
若电子封条已进入封印状态，调用电子封印控制函数监测核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线情况，若出现异常，则认定非法开箱，发出中断并报警；
采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理，并判断所述核材料是否被移动，若被移动，则认定为非授权移动，发出中断并报警；
对所述辐射监测模块产生的电脉冲信号进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，并判断所述辐射剂量信息是否异常，若有异常，则发出中断并报警；
基于所述温湿度监测模块采集的温湿度信息进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若所述温湿度信息不符合所述核材料的贮存要求，则发出中断并报警；
若接收到操作人员通过唤醒器完成身份验证后发出的解封指令，则所述高浓缩核材料贮存安全监管系统进入待命状态，等待所述核材料贮存箱被重新封印。
第三方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管系统及方法，具备实时监测核材料包装箱内温湿度和辐射剂量情况、防篡改封装、身份鉴别、信息存储、远程通信等功能，可有效提升高浓缩核材料的贮存安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高浓缩核材料贮存安全监管系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的采用MPU-6050芯片实现的姿态检测电路的原理图；
图3为本发明实施例提供的盖革-穆勒计数器信号处理电路原理图；
图4为本发明实施例提供的电子封条模块的原理框图；
图5为本发明实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的卡尔曼滤波器的递推过程示意图。
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作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。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种高浓缩核材料贮存安全监管系统的结构示意图，包括温湿度监测模块101、语音报警模块102、通信模块103和电源管理模块104，还包括：主控模块105、移动监测模块106、辐射监测模块107和电子封条模块108，其中，
所述移动监测模块106，连接所述主控模块105，用于采用由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合对核材料进行姿态检测并采集所述核材料的运动数据，将所述核材料的运动数据发送至所述主控模块105。
具体地，移动监测模块106的功能是对核材料是否被移动进行检测，利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)传感器敏感核材料的运动信息，由于震动等外界干扰都会导致传感器输出运动信息，因此移动监测模块106既要有足够的灵敏度又要滤除响应的干扰，防止误报警。尽管单一的惯性传感器就可以敏感运动信息，但其测试精度主要取决于该器件的精度，并且系统误差会逐渐累积，无法满足长时间监测的需要。常用的MEMS加速度计与陀螺仪的优缺点如表所示。
表1 MEMS加速度计及陀螺仪的优缺点
通过对比可以看出：加速度计与陀螺仪有很好的互补性，因此本发明实施例采用由MEMS加速度计与陀螺仪构成的传感器组合进行运动检测。目前，常用的MEMS惯性传感器主要有MMA7260加速度传感器、ADXL345三轴加速度计、CRS03-04S单轴陀螺仪、LSD4200三轴陀螺仪、MPU-6050九轴运动处理传感器等。
由于MPU-6050芯片集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，仅用一个芯片就可以满足系统对姿态检测的需要，因此，在一个实施例中，所述移动监测模块可以采用MPU-6050芯片作为由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合对核材料进行姿态检测并获取所述核材料的运动数据，通过I2C总线与所述主控模块进行通信，并通过上拉电阻提高I2C总线的抗干扰性。图2为本发明实施例提供的采用MPU-6050芯片实现的姿态检测电路的原理图。
所述辐射监测模块107，连接所述主控模块105，用于对所述核材料贮存箱内的中子和γ射线进行探测，将探测获得的电信号转换成电脉冲信号，并将所述电脉冲信号发送至所述主控模块。
具体地，目前对核材料的探测可分为两种方式，一是被动方式，探测裂变材料的放射性衰变所产生的出射粒子。裂变材料的衰变产生α粒子、γ射线及自发裂变中子，α粒子与材料中的杂质或周围轻元素核发生(α，n)反应也会产生中子，所以探测到核材料的γ射线和中子，即能够得知核材料的种类和质量。二是主动方式，用射线照射的方法(如X光照摄)探测材料的吸收性和密度，或用中子和高能粒子激发裂变材料并探测发射的粒子，据此来确定核材料的种类和质量。
通过上述高浓缩核材料辐射特性分析可以发现：探测器外壳和核材料包装物几乎可以屏蔽除中子和γ射线以外的所有辐射信息。因此，所述辐射监测模块107利用中子和γ探测技术可对高浓缩核材料的辐射信息进行有效的检测。
在一个实施例中，所述辐射监测模块利用盖革-穆勒计数器(G-M计数器)对所述核材料贮存箱内的中子和γ射线进行探测，并设计一个辅助电路对所述盖革-穆勒计数器的电信号进行处理得到电脉冲信号，将所述电脉冲信号发送至主控模块105，电脉冲信号经主控模块105处理后得到辐射剂量信息。如图3所示，为本发明实施例提供的盖革-穆勒计数器信号处理电路原理图。
所述电子封条模块108由电子封条和唤醒器组成，所述电子封条安装在所述核材料贮存箱的箱体上，与主控模块连接，所述唤醒器由操作人员保管和使用，所述唤醒器用于对所述核材料贮存箱的操作人员进行身份识别、认证和权限管理，并接收完成了身份验证的操作人员的操作指令，所述电子封条用于接收操作人员通过唤醒器发送的操作指令，根据所述操作指令向所述主控模块发送相应的状态信息并执行与所述状态信息相对应的操作，并预防所述核材料贮存箱被非授权动用和开箱。
具体地，所述电子封条模块108的主要功能是实现对开箱操作人员的身份识别、认证和权限管理，预防非授权动用、开箱。如图4所示，为本发明实施例提供的电子封条模块108的原理框图。电子封条模块108由电子封条41和唤醒器42两部分组成，电子封条41随主控制器安装在核材料包装箱体上，唤醒器42由管理人员保管和使用，可以管理多个箱体，同时可以通过计算机接口在需要的时候对系统进行维护，电子封条41与唤醒器42通过射频技术进行无线通信，具体应用时操作人员使用唤醒器42对电子封条41进行相关的“施封”、“解封”等操作。
唤醒器42对所述核材料贮存箱的操作人员进行身份识别、认证和权限管理，并在身份验证通过后，接收完成了身份验证的操作人员的操作指令，所述操作指令包括“施封”、“解封”等操作指令。电子封条41接收到操作人员通过唤醒器42发送的操作指令后，根据所述操作指令向所述主控模块发送相应的状态信息并执行与所述状态信息相对应的操作。例如，当电子封条41接收到操作人员通过唤醒器发送的“施封”指令时，电子封条41将进入施封状态，并执行与施封状态相对应的监测操作。电子封条41中设置有光线传感器，可检测箱体内的光线强度，当箱体有光线进入并且封条处于“施封”状态时发出告警信息，电子封条41中还设置有机械封监测单元，以此来预防所述核材料贮存箱被非授权动用和开箱。
进一步地，所述电子封条41包括：第一射频电路411、光线传感器412和机械封监测单元413，其中，所述光线传感器412用于检测所述核材料贮存箱箱体内部的光线强度，并将所述光线强度发送至所述主控模块105，所述机械封监测单元413用于待所述核材料贮存箱封闭完成后，向所述主控模块105发送驱使所述主控模块105处于等待状态的信号。
所述唤醒器42包括：第二射频电路421、液晶显示单元422、键盘423、串行通信接口424和微处理器425，其中，所述微处理器425中存储有对所述核材料贮存箱的操作人员进行身份识别、认证和权限管理的程序。
所述电子封条41通过收发2.45G射频信号与所述唤醒器42进行数据交互。具体地，第一射频电路和第二射频电路可以对MCU(如图4中的主控模块Arduino Mega 2560)的数字信号进行按GFSK的方式调制，并通过天线将电磁波辐射出去，实现了数据的无线发送；另外，射第一射频电路和第二射频电路切换到接收形式时，可以从天线接收外来2.45G信号，信号经过GFSK方式的解调，转换成数字信号，供MCU读取。
电子封条模块108的工作原理如下：
初始阶段，电子封条41处于休眠状态，待机械封闭完成后，机械封监测发出信号驱使MCU处于等待接收命令状态。当电子封条41接收到唤醒器42发射过的施封命令后，将进入施封状态，MCU便开始对贮存箱的情况进行实时监测；
在施封成功之后，若机械封被非法打开，则会致使MCU接收不到机械封监测单元发来的信号而发出中断，产生告警；如果非法分子在未破坏机械封的情况下打开箱体，那么光线传感器会检测到有光线进入箱体，从而使MCU发生中断产生告警。
所述主控模块105，用于根据所述电子封条发送的状态信息监测所述核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线是否存在异常，基于所述核材料的运动数据判断所述核材料是否存在被移动的异常，基于所述电脉冲信号对所述核材料进行辐射剂量是否异常的判断，基于所述温湿度监测模块采集的温湿度数据进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若判断获知任一异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警。
具体地，主控模块105用于实现高浓缩核材料各方面的贮存安全监管功能，包括贮存箱内温湿度监控、核材料移动监控、辐射剂量监控，并在情况异常时进行进行报警。
根据所述电子封条发送的状态信息监测所述核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线是否存在异常，若存在异常则发出中断并触发所述语音报警模块进行报警；
基于所述核材料的运动数据判断所述核材料是否存在被移动的异常，基于所述电脉冲信号对所述核材料进行辐射剂量是否异常的判断，基于所述温湿度监测模块采集的温湿度数据进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若判断获知存在上述任一异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警。
在本发明的一个实施例中，所述主控模块可以为Arduino Mega2560嵌入式控制器。
通信模块103，连接所述主控模块，用于提供所述高浓缩核材料贮存安全监管系统与外部连接的通信接口；
电源管理模块104，用于为所述高浓缩核材料贮存安全监管系统中的其他模块提供电源。
值得说明的是，温湿度监测模块101、语音报警模块102、通信模块103和电源管理模块104技术较为成熟，将各模块采集的信号通过主控模块进行集中处理即可。
本发明实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管系统，可以满足以下几个方面的功能需求：
(1)能够实时监测贮运箱内温湿度、辐射剂量情况，并在情况异常时进行进行报警。
(2)具有防篡改封装功能，可方便地实现施封、查封、解封并能进行重复使用。
(3)具有身份鉴别功能，能对非授权移动、开箱操作发出告警。
(4)具有信息存储功能，可以记录温湿度、辐射剂量、施封，解封，入侵等被操作信息。
(5)具有小型化的特点，能够集成安装到其他设备中。
(6)具有通信接口，能够与核材料在线监控系统互联互通。
本发明实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管系统，具备实时监测核材料包装箱内温湿度和辐射剂量情况、防篡改封装、身份鉴别、信息存储、远程通信等功能，可有效提升高浓缩核材料的贮存安全性。
基于上述实施例的内容，本发明另一实施例，所述主控模块105，具体用于：
若接收所述电子封条发送的施封状态信息，调用电子封印控制函数监测所述核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线情况；
若所述机械封或箱体内的光线出现异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警，否则，采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理，并判断所述核材料是否存在被移动的异常，对所述电脉冲信息进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，并根据辐射剂量样本数据和统计规律动态设定辐射剂量报警阈值，根据所述辐射剂量报警阈值判断所述辐射剂量信息是否异常，基于所述温湿度监测模块采集的温湿度数据进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若判断获知任一异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警。
具体地，首先主控模块105确保所述核材料贮存箱是处于封闭状态，再进行后续核材料移动监测、辐射剂量监测和温湿度监测。
在进行核材料移动监测时，为提高移动检测的准确性，本发明实施例主控模块105采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理。为防止误报警，预先设定一定的阀值，当运动数据超过该阀值时则判定核材料包装箱被动用。
在进行辐射剂量监测时，主控模块105对所述移动监测模块106发送的电脉冲信息进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，为了减少误报警和漏报警率，根据辐射剂量样本数据和统计规律实时动态地设定辐射剂量报警阈值，根据所述辐射剂量报警阈值判断所述辐射剂量信息是否异常。
本发明另一实施例，在上述高浓缩核材料贮存安全监管系统实施例的基础上，提供一种高浓缩核材料贮存安全监管方法，如图5所示，为本发明实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管方法的流程示意图，包括：
步骤500、若电子封条已进入封印状态，调用电子封印控制函数监测核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线情况，若出现异常，则认定非法开箱，发出中断并报警；
步骤510、采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理，并判断所述核材料是否被移动，若被移动，则认定为非授权移动，发出中断并报警；
具体地，所述采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理的步骤，具体为：
建立系统特征模型，以陀螺仪计算得出的角度作为系统的预测值，以加速度计计算得出的角度Z作为系统的观测值，并利用加速度计估计陀螺仪的常值偏差b；
根据过程噪声协方差阵和测量误差协方差阵，递归计算获得所述核材料的运动角度X。
其中，离散系统的状态方程与观测方程为：
式(1)、(2)中，X表示运动角度，Z为核材料的运动角度观测值，ω表示陀螺仪输出的角速度，Ts表示采样周期，表示由加速度计得出的角度，vg表示陀螺仪测量噪声，va表示加速度计测量噪声，vg与va为相互独立的高斯白噪声。
要使卡尔曼滤波器能够根据k-1时刻的角度值估算k时刻的角度，须知道系统过程的噪声协方差阵Q及测量误差的协方差阵R。在此基础上卡尔曼滤波器就可以进行递归运算估计出最优的角度值。
Q与R矩阵的形式如式(3)所示：
其中，qa为加速度计的噪声协方差，qg为陀螺仪的噪声协方差，ra为加速度计的测量误差的协方差。
系统角度的先验估计为：
Xk＝Xk-1+(ω-baisk-1)·Ts (4)
其中，ω表示陀螺仪输出的角速度，baisk-1为k-1时刻陀螺仪的常值偏差，Ts表示采样周期。
先验协方差阵为：
其中，AT为A的转置，Q如式(3)，为k-1时刻的先验协方差矩阵。
卡尔曼增益为：
其中，H＝[1 0]， 为Pk-1的逆，R如式(3)。
后验估计为：
后验估计协方差阵为：
式(4)、(5)又称为卡尔曼滤波器的时间更新方程，式(6)、(7)、(8)称为卡尔曼滤波器的状态更新方程，图6给出了卡尔曼滤波器的递推过程示意图。
步骤520、对所述辐射监测模块产生的电脉冲信号进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，并判断所述辐射剂量信息是否异常，若有异常，则发出中断并报警；
步骤530、基于所述温湿度监测模块采集的温湿度信息进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若所述温湿度信息不符合所述核材料的贮存要求，则发出中断并报警；
步骤540、若接收到操作人员通过唤醒器完成身份验证后发出的解封指令，则所述高浓缩核材料贮存安全监管系统进入待命状态，等待所述核材料贮存箱被重新封印。
基于上述实施例的内容，判断所述辐射剂量信息是否异常之前，还包括:
根据辐射剂量样本数据和统计规律动态设定辐射剂量报警阈值；
相应地，判断所述辐射剂量信息是否异常具体为：
根据所述辐射剂量报警阈值判断所述辐射剂量信息是否异常。
具体地，为减少误报警和漏报警率，本发明实施例根据测量数据和统计规律，实时动态调整报警阈值。放射源衰变是随机的，衰变产生的计数分布服从泊松分布，
其中，M是计数N的期望值。
当衰变数较多时核衰变服从高斯分布，
其中，σ是标准差。根据3σ准则可得：
(1)辐射值分布在[M-2σ，M+2σ]中的概率为0.977250，即误报警率为2.2750％。
由样本标准差：
得阈值区间为
(2)辐射值分布在[M-3σ，M+3σ]中的概率为0.998650，即误报警率是0.1350％，得阈值区间为
(3)辐射值分布在[M-4σ，M+4σ]中的概率为0.999968，即误报警率是0.0032％，得阈值区间为
其中，n为样本数量。
在正常状态下，系统定时测得核材料包装箱体内的部分辐射值作为样本，动态智能设定上下阈值。
本发明实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管方法，具备实时监测核材料包装箱内温湿度和辐射剂量情况、防篡改封装、身份鉴别、信息存储、远程通信等功能，可有效提升高浓缩核材料的贮存安全性。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例提供的高浓缩核材料贮存安全监管方法，例如包括：若电子封条已进入封印状态，调用电子封印控制函数监测核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线情况，若出现异常，则认定非法开箱，发出中断并报警；采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理，并判断所述核材料是否被移动，若被移动，则认定为非授权移动，发出中断并报警；对所述辐射监测模块产生的电脉冲信号进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，并判断所述辐射剂量信息是否异常，若有异常，则发出中断并报警；基于所述温湿度监测模块采集的温湿度信息进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若所述温湿度信息不符合所述核材料的贮存要求，则发出中断并报警；若接收到操作人员通过唤醒器完成身份验证后发出的解封指令，则所述高浓缩核材料贮存安全监管系统进入待命状态，等待所述核材料贮存箱被重新封印。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高浓缩核材料贮存安全监管系统，包括温湿度监测模块、语音报警模块、通信模块和电源管理模块，其特征在于，还包括：主控模块、移动监测模块、辐射监测模块和电子封条模块，其中，
所述移动监测模块，连接所述主控模块，用于采用由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合对核材料进行姿态检测并采集所述核材料的运动数据，将所述核材料的运动数据发送至所述主控模块；
所述辐射监测模块，连接所述主控模块，用于对核材料贮存箱内的中子和γ射线进行探测，将探测获得的电信号转换成电脉冲信号，并将所述电脉冲信号发送至所述主控模块；
所述电子封条模块包括电子封条和唤醒器，所述电子封条安装在所述核材料贮存箱的箱体上，与主控模块连接，所述唤醒器由操作人员保管和使用，所述唤醒器用于对所述核材料贮存箱的操作人员进行身份识别、认证和权限管理，并接收完成了身份验证的操作人员的操作指令，所述电子封条用于接收操作人员通过唤醒器发送的操作指令，根据所述操作指令向所述主控模块发送相应的状态信息并执行与所述状态信息相对应的操作，并预防所述核材料贮存箱被非授权动用和开箱；
所述主控模块，用于根据所述电子封条发送的状态信息监测所述核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线是否存在异常，基于所述核材料的运动数据判断所述核材料是否存在被移动的异常，基于所述电脉冲信号对所述核材料进行辐射剂量是否异常的判断，基于所述温湿度监测模块采集的温湿度数据进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若判断获知任一异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警；
所述通信模块，连接所述主控模块，用于提供所述高浓缩核材料贮存安全监管系统与外部连接的通信接口；
所述电源管理模块，用于为所述高浓缩核材料贮存安全监管系统中的其他模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，其特征在于，所述电子封条包括：第一射频电路、光线传感器和机械封监测单元，其中，所述光线传感器用于检测所述核材料贮存箱箱体内部的光线强度，并将所述光线强度发送至所述主控模块，所述机械封监测单元用于待所述核材料贮存箱封闭完成后，向所述主控模块发送驱使所述主控模块处于等待状态的信号；
所述唤醒器包括：第二射频电路、液晶显示单元、键盘、串行通信接口和微处理器，其中，所述微处理器中存储有对所述核材料贮存箱的操作人员进行身份识别、认证和权限管理的程序；
所述电子封条通过收发2.45G射频信号与所述唤醒器进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，其特征在于，所述主控模块，具体用于：
若接收所述电子封条发送的施封状态信息，调用电子封印控制函数监测所述核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线情况；
若所述机械封或箱体内的光线出现异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警，否则，采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理，并判断所述核材料是否存在被移动的异常，对所述电脉冲信息进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，并根据辐射剂量样本数据和统计规律动态设定辐射剂量报警阈值，根据所述辐射剂量报警阈值判断所述辐射剂量信息是否异常，基于所述温湿度监测模块采集的温湿度数据进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若判断获知任一异常，则进行中断并触发所述语音报警模块进行报警。
4.根据权利要求1所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，其特征在于，所述主控模块为Arduino Mega 2560嵌入式控制器。
5.根据权利要求1所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，其特征在于，所述移动监测模块包括：MPU-6050芯片，所述MPU-6050芯片作为由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合进行核材料的运动数据采集，所述MPU-6050芯片通过I2C总线与所述主控模块进行通信。
6.根据权利要求1所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，其特征在于，所述辐射监测模块包括：盖革-穆勒计数器和辅助电路，所述盖革-穆勒计数器用于对所述核材料贮存箱内的中子和γ射线进行探测，所述辅助电路用于将所述盖革-穆勒计数器的电信号转换为电脉冲信号。
7.一种高浓缩核材料贮存安全监管方法，基于如权利要求1至6任一所述的高浓缩核材料贮存安全监管系统，其特征在于，包括：
若电子封条已进入封印状态，调用电子封印控制函数监测核材料贮存箱的机械封以及箱体内部的光线情况，若出现异常，则认定非法开箱，发出中断并报警；
采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理，并判断所述核材料是否被移动，若被移动，则认定为非授权移动，发出中断并报警；
对所述辐射监测模块产生的电脉冲信号进行处理获得所述核材料贮存箱内的辐射剂量信息，并判断所述辐射剂量信息是否异常，若有异常，则发出中断并报警；
基于所述温湿度监测模块采集的温湿度信息进行所述核材料的贮存环境是否异常的判断，若所述温湿度信息不符合所述核材料的贮存要求，则发出中断并报警；
若接收到操作人员通过唤醒器完成身份验证后发出的解封指令，则所述高浓缩核材料贮存安全监管系统进入待命状态，等待所述核材料贮存箱被重新封印。
8.根据权利要求7所述的高浓缩核材料贮存安全监管方法，其特征在于，判断所述辐射剂量信息是否异常之前，还包括:
根据辐射剂量样本数据和统计规律动态设定辐射剂量报警阈值；
相应地，判断所述辐射剂量信息是否异常具体为：
根据所述辐射剂量报警阈值判断所述辐射剂量信息是否异常。
9.根据权利要求7所述的高浓缩核材料贮存安全监管方法，其特征在于，所述采用卡尔曼滤波算法对所述由加速度计与陀螺仪构成的传感器组合中各传感器采集到的运动数据进行融合处理的步骤，具体为：
建立系统特征模型，以陀螺仪计算得出的角度作为系统的预测值，以加速度计计算得出的角度作为系统的观测值，并利用加速度计估计陀螺仪的常值偏差；
根据过程噪声协方差阵和测量误差协方差阵，递归计算获得所述核材料的运动角度。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至9任一项所述高浓缩核材料贮存安全监管方法的步骤。
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