CN110954963B - 一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统及方法，属于安全检查技术领域，解决现有的技术施工周期长、施工成本高、存在危害人员健康的隐患等问题。本发明的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，包括：多个辐射探测器、视频监测器和采集分析控制设备；多个辐射探测器用于采集监测区域内多个位置处的辐射剂量；视频监测器用于采集监测区域内的视频图像；采集分析控制设备用于根据采集到的所述视频图像判断人员位置，根据采集的多个位置处的辐射剂量得到人员位置处的辐射剂量大小，判断人员位置处的所述剂量是否超出安全阈值，在超出安全阈值时关闭射线源。本发明的辐射防护系统用于X射线车辆安全检查时对人员的辐射防护。
Description
技术领域
本发明涉及安全检查技术领域，尤其涉及一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统及方法。
背景技术
安检系统应用于海关、物流、公路、交通关隘，尤其是针对车辆进行安全检查的设备，X射线型车辆安全检查系统是一种针对集装箱、货车、乘用车进行安全检查的安检设备，系统使用一台X射线源，射线源产生的X射线经扇形盒屏蔽和准直器约束成一束扇形窄射线束，正对扇形射线束布置的辐射探测器接受射线束并将其强度转化为数字信号，系统根据检测到的车辆位置自动控制射线源发射辐射束和探测器采集，探测器信号经处理可得到被检测物体的透射扫描图像。
常用的X射线型车辆安全检查系统包括顶照式(如图3所示)和侧照式(如图4所示)。其中，顶照式的射线源置于设备顶部，自上而下竖直出束，X射线穿过准直器被过滤为扇形束面。侧照式的射线源置于设备单侧，水平出束。
由于X射线源功率大、设备占地空间大、辐照范围大、被检测车辆移动过程中造成散射的不确定性等因素，会对设备周边人员产生辐照，存在一定安全隐患。目前广泛应用于X射线型车辆安全检查系统的辐射防护方式主要有距离防护和物理屏蔽防护两种。距离防护既在射线源的四周划定隔离区域，出束时禁止人员靠近，当人员不遵守规定进入隔离区域时，会危害人员健康，存在安全隐患；物理防护指在射线源四周设置铅屏蔽板或混凝土墙，这种隔离方式的施工周期长、施工成本高。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统及人员辐射防护方法，用以解决现有的技术施工周期长、施工成本高、存在危害人员健康的隐患等问题。
本发明主要是通过以下技术方案实现的：
本发明的目的主要通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统，包括：多个辐射探测器、视频监测器和采集分析控制设备；
多个辐射探测器用于采集监测区域内多个位置处的辐射剂量；
视频监测器用于采集监测区域内的视频图像；
采集分析控制设备用于根据采集到的所述视频图像判断人员位置，根据采集的多个位置处的辐射剂量得到人员位置处的辐射剂量大小，判断人员位置处的所述剂量是否超出安全阈值，在超出安全阈值时关闭射线源。
在一种可能的设计中，监测区域为以X射线型车辆安全检查系统的X射线源位置为中心，以R为半径的圆心区域，R为X射线主束和非主束方向的辐射剂量率大于设定值的最大距离；
辐射探测器在监测区域内以预设间隔均匀分布于监测区域的地面之上；
视频监测器倒吊安装于X射线型车辆安全检查系统，以采集覆盖完整监测区域内的实时图像；
采集分析控制设备与辐射探测器、视频监测器及X射线型车辆安全检查系统通讯。
在一种可能的设计中，采集分析控制设备，还用于产生同步触发信号，同步触发辐射探测器、视频监测器，以同步获得辐射剂量和视频图像。
在一种可能的设计中，在触发信号的控制下，视频监测器采集到的图像调制到使用基于TCP/IP协议的网络信号，并经过互联网进行传输，并将调制信号输出到采集分析控制设备存储。
在一种可能的设计中，采集分析控制设备采集处理辐射探测器输出的调制信号；
采集分析控制设备读取辐射探测器输出的信号通过程序指令存储或更新至寄存器中。
在一种可能的设计中，确定辐射探测器位置与名称的对应关系，匹配所述辐射探测器监测到的数值实时覆盖平面坐标区域内各个点位的辐射剂量率，监测到的数值即为对应点位的实际辐射剂量率；根据辐射探测器实时监测到的数值以一定频率刷新平面坐标系内各个区域的辐射剂量率数值。
在一种可能的设计中，采集分析控制设备还用于判断计算得到的各个区域的辐射剂量率是否超过预设安全阈值，并根据判断结果划定安全与危险区域。
在一种可能的设计中，分析所述视频监测器通过互联网信号回传的图像信息，通过模糊形状上下文特征的形状识别算法识别区域内人员位置。
在一种可能的设计中，人员位置处的辐射剂量率通过下述方式得到：
辐射探测器监测到的数值等效于以该点为中心以预设间隔为边长的正方形区域的辐射剂量值；判断人员位置所在的正方形区域，得到人员位置处的辐射剂量。
本发明还提供了一种针对射线源在开放空间的人员辐射防护方法，采用上述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，具体包括如下步骤：
S1.采用辐射探测器实时监测射线源工作的开放空间内各区域的辐射剂量率；
采集设置点位辐射剂量率，等于以该点为中心以预设间隔为边长的正方形区域的辐射剂量率；
S2.通过将辐射探测器监测到的剂量率的数值与安全阈值对比，标记大于等于安全阈值的区域为风险区域；
S3.通过模糊形状上下文特征的形状识别算法对视频监测器监测到的辐射风险区域内的人员进行识别，并确定人员位置；
S4.通过将人员位置所受辐射剂量值与安全阈值进行对比判断人员所在位置是否构成剂量危害；
S5.当人员存在受到辐射伤害风险时，采集分析控制设备通过基于TCP/IP协议的网络信号经过网络向X射线型车辆检测系统发送停止出束命令，终止射线源出束。
本发明有益效果如下：
1.本发明通过设置辐射剂量率监测装置，实时监测风险区域内剂量率，并实时反馈风险区域内数据，实现自动化手段隔离危险区域，防止辐射对人员产生伤害。
2.本发明通过自动化辐射监测系统替代混凝土墙的空间隔离作用，从而降低因修建防护墙体的土建工程的时间成本与经济成本。
3.本发明通过自动化辐射监测系统替代混凝土墙等物理隔离体，有效规避因X射线照射在屏蔽墙产生的散射，降低有害辐射剂量，减少剂量。
4.本发明通过采集分析控制系统判断区域内人员所在位置辐射剂量率，如达到设定的安全阈值(安全阈值默认为2.5μSv/h，可通过软件界面为其赋值)，采集分析控制设备发送控制信号，X射线型车辆安全检查系统停止出束，并发出声光报警，有效避免了人员不遵守规定进入隔离区域产生的人员健康危害，消除安全隐患。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为一种针对射线源在开放空间内工作时的人员辐射防护措施示意图；
图2为一种针对射线源在开放空间内工作时的人员辐射防护措施应用流程图；
图3为顶照式X射线型车辆安全检查系统示意图；
图4为侧照式X射线型车辆安全检查系统示意图。
附图中，1-X射线源；2-辐射探测器；3-视频监测器；4-人员。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统，如图1所示。
一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统(下称：辐射防护系统)，包括：多个辐射探测器2、视频监测器3和采集分析控制设备。
辐射探测器2以预设间隔均匀分布于探测风险区域的地面之上，多个辐射探测器2用于采集风险区域内多个位置处的辐射剂量。
辐射探测器2探测辐射剂量率的量程覆盖范围为1μSv/h至2.5μSv/h，优选型号为BG98系列固定式辐射探测器，预设间隔大于等于1米，本实施例中，将辐射探测器2以不小于每平方米1台的密度均匀分布于风险区域内地面之上。
视频监测器3倒吊安装于X射线型车辆安全检查系统，以采集覆盖完整风险区域内的实时图像。视频监测器3用于采集风险区域内的视频图像。本实施例中，视频监测器3优选360度全景摄像机，优选安装位置为倒吊安装于X射线型车辆安全检查系统龙门支架门头下部。
采集分析控制设备用于根据采集到的所述视频图像判断人员位置，根据采集的多个位置处的辐射剂量得到人员位置处的辐射剂量大小，判断人员位置处的剂量是否超出安全阈值，在超出安全阈值时关闭射线源。
采集分析控制设备包括工控机、嵌入式系统以及通讯信号线。工控机优选型号为控端IPC-610，嵌入式系统为软件和硬件设备集成一体的系统，优选型号为stm32f103ze单片机，通讯信号线包括网线、RS232串口线等。
所述工控机与嵌入式系统、视频监测器3通信；所述嵌入式系统包含软件部分与硬件部分，通过RS232接口与工控机链接通信，通过网线与视频监测器3链接通信，通过电缆与辐射探测器2的传感器通信；所述工控机通过执行软件指令，计算分析采集到的结果，并向嵌入式系统发送信号，控制X射线源出束或停止出束。
辐射防护系统与X射线型车辆安全检查系统配合使用。
X射线型车辆安全检查系统的核心部件之一为X射线源1，型号取决于X射线型车辆安全检查系统的型号，并与安装位置、照射方向有关。本实施例的优选型号为航天海鹰DTX速通式货物/车辆检测系统，射线源为MIB电子感应加速器。该设备针对大型货车、集装箱车辆进行安全检查。
调整X射线源1的照射方向及参数，估算辐射探测器2的监测区域范围，确定最远辐射探测器2的位置。
具体的，定义最远辐射探测器2与X射线源1的距离为R，定义监测的最小辐射剂量率为D，用户可自行在软件界面定义D为1.0至2.5中的任一值，本实施例中优选为2.5，即监测区域为辐射剂量率D≤2.5μSv/h的区域。
具体的，设置X射线源1的照射方向及参数，根据如下X射线透射计算公式，能够得到X射线源1主束投射方向的辐射剂量率。当最小辐射剂量率为D时，计算辐射探测器2与X射线源1的距离R，即确定最远辐射探测器2与X射线源1的距离R，进而确定最远辐射探测器2。具体的，设置距射线口固定距离r米处的剂量率
为D，根据X射线透射计算公式，得到的距离r值即为辐射探测器2与X射线源1的距离R。
在X射线源1的照射方向及参数的极限范围内调整照射方向及参数，分别得到不同照射方向及参数时，X射线主束方向上，最远辐射探测器2与X射线源1的距离R，得到的最大距离R值即为辐射探测器2的最远位置。
X射线透射计算公式：
式中：
—距射线口固定距离r米处的剂量率，μSv/h；
r—距离，m。
K—透射因子，VL数据取自美国标准ANSI N43.3-2008。
具体的，根据如下X射线散射计算公式，能够得到X射线源1非主束投射方向的辐射剂量率，即散射方向的辐射剂量率。根据如下X射线散射计算公式，当最小辐射剂量率为D时，计算辐射探测器2与X射线源1的距离R，即确定最远辐射探测器2与X射线源1的距离R，进而确定最远辐射探测器2。具体的，设置距射线口固定距离r米处的剂量率为D，根据X射线透射计算公式，得到的距离r值即为辐射探测器2与X射线源1的距离R。
X射线散射计算公式：
其中，
—距射线口固定距离r米处的剂量率，μSv/h；
α—散射系数，散射角度约为90度取0.002；散射角度约为180度取0.004；
r1—为靶点到散射源探测器距离；
r2—为靶点到散射源探测器距离；
K—透射因子，TVL数据取自美国标准ANSI N43.3-2008。
为了保证当X射线源1的照射不同方向及设置不同参数时，辐射探测器2均能够监测到所有辐射剂量率≤D的区域，在X射线源1发射的X射线主束方向的辐射剂量率≤D的区域，以及非主束方向的辐射剂量率≤D的区域均设置辐射探测器2，即通过X射线透射计算公式和X射线散射计算公式，计算得到的辐射探测器2与X射线源1的距离R最大值处设置辐射探测器2，确定最远的辐射探测器2位置，其余辐射探测器2以预设间隔均匀分布，进而确定所有辐射探测器2的数量及位置。
在X射线源1的照射方向及参数的极限范围内调整照射方向及参数，分别得到不同照射方向及参数时，X射线非主束(散射)方向上，最远辐射探测器2与X射线源1的距离R，得到的最大距离R值即为辐射探测器2的最远位置。
辐射防护系统监测X射线主束方向及非主束方向的辐射剂量率≤D的区域，辐射探测器2覆盖所有辐射剂量率≤D的区域，故设置X射线主束方向及非主束方向得到的最大距离R值为监测最远距离，监测区域为：以X射线源1为中心，最远距离R值为半径的区域。辐射探测器2以预设间隔均匀分布在监测区域内，以覆盖监测区域内的所有位置。
具体的，根据实际需求，如果X射线源1的照射方向及参数为确定值时，根据X射线透射计算公式和X射线散射计算公式，计算得到的辐射探测器2与X射线源1的距离R最大值，则以X射线源1为中心，距离R最大值为半径的圆周区域为辐射探测器2的监测区域范围。辐射探测器2在监测区域范围内以预设间隔均匀分布。
采集分析控制设备分别与辐射探测器2、视频监测器3、X射线型车辆安全检查系统通讯连接，辐射探测器2和视频监测器3的工作模式均为外部触发模式，采集分析控制设备向辐射探测器2和视频监测器3发送触发信号，能够同步触发辐射探测器2、视频监测器3。
在触发信号的控制下，辐射探测器2监测并接收X射线型车辆安全检查系统的X射线源1发射的X射线产生的辐射信号。采集分析控制设备采集处理辐射探测器2输出的调制信号，计算各个区域内的辐射剂量率。
在触发信号的控制下，视频监测器3采集到的图像调制到使用基于TCP/IP协议的网络信号，并经过互联网进行传输，并将调制信号输出到采集分析控制设备存储。
进一步地，通过软件赋值、定义辐射探测器2位置与名称，匹配辐射探测器2监测到的数值实时覆盖监测区域内各个位置的辐射剂量率，根据辐射探测器2实时监测到的数值以一定频率刷新平面坐标系内各个区域的辐射剂量率数值。
采集分析控制设备计算各个区域内辐射计量值，根据设定的安全阈值，划定安全与危险区域。其中，安全阈值默认为2.5μSv/h，用户可根据需求通过软件界面重新设置。
采集分析控制设备分析视频监测器3通过互联网信号回传的图像信息，通过模糊形状上下文特征的形状识别算法识别区域内人员位置。具体为：首先，将视频监测器3内的由像素集合组成的区域与嵌入式系统寄存器一一对应。继而，通过视觉跟踪，对图像序列中的运动目标进行检测、提取、识别和跟踪，获得运动目标的位置。采用基于模块的目标建模方法直接采用目标图像的像素集合对目标进行描述，即在图像中找到一块区域，使这块区域与模板之间对应像素灰度差的绝对值之和为最小。
人员位置处的辐射剂量通过下述方式得到：
辐射探测器2监测到的数值等效于以该点为中心以预设间隔为边长的正方形区域的辐射剂量值；判断人员位置所在的正方形区域，得到人员位置处的辐射剂量。
采集分析控制系统判断人员所在区域辐射剂量率是否达到安全阈值。
若采集分析控制系统判断到区域内人员所在位置辐射剂量率达到设定的安全阈值后，采集分析控制设备通过基于TCP/IP协议的网络信号经互联网信号向X射线型车辆安全检查系统发送控制信号，X射线型车辆安全检查系统停止出束，并发出声光报警。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
实施例2
一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统，包括：多个辐射探测器2、视频监测器3和采集分析控制设备。
本实施例中，预设间隔为2米，即相邻两台辐射探测器2的距离为2米。
本实施例中监测的最小辐射剂量率为D为1.0，即监测区域为辐射剂量率D≤1.0μSv/h的区域。
采集分析控制设备计算各个区域内辐射计量值，根据设定的安全阈值2μSv/h，划定安全与危险区域。
人员位置处的辐射剂量通过下述方式得到：
定义距离人员位置最近的4个辐射探测器2位置为A1，A2，A3，A4，监测到的辐射剂量率分别为Z1，Z2，Z3，Z4，人员距离4个辐射探测器2的直线距离分别为X1，X2，X3，X4，4个点位的权重为a，b，c，d，距离人员的位置越近，则该点对人员位置处的辐射剂量影响越大，权重越大，故定义a：b：c：d＝1/X1：1/X2：1/X3：1/X4，且a+b+c+d＝1。
人员所在位置处的辐射剂量率y＝aZ1+bZ2+cZ3+dZ4
实施例3
一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统，包括：多个辐射探测器2、视频监测器3和采集分析控制设备。
本实施例中，预设间隔为3米，即相邻两台辐射探测器2的距离为3米。
本实施例中监测的最小辐射剂量率为D为1.5，即监测区域为辐射剂量率D≤1.5μSv/h的区域。
采集分析控制设备计算各个区域内辐射计量值，根据设定的安全阈值2μSv/h，划定安全与危险区域。
人员位置处的辐射剂量通过下述方式得到：
以人员所在位置为中心，设定距离L为半径的区域为对人员辐射剂量产生影响的区域，可以根据需求调整距离L的大小。该区域内的辐射探测器2监测的辐射剂量率分别为B1，B2，B3，B4，……，Bn，人员与该区域内的辐射探测器2监测的直线距离分别为E1，E2，E3，E4，……，En，各个点位的权重为F1，F2，F3，F4，……，Fn，距离人员的位置越近，则该点对人员位置处的辐射剂量影响越大，权重越大，故定义F1：F2：F3：F4：……：Fn＝1/E1：1/E2：1/E3：1/E4：……：1/En，且F1+F2+F3+F4+……+Fn＝1。
人员所在位置处的辐射剂量率y＝F1B1+F2B2+F3B3+F4B4+……+FnBn
实施例4
本发明的一个具体实施例，公开了一种针对射线源在开放空间的人员辐射防护方法，如图2，具体包括如下步骤：
S1.采用辐射探测器2实时监测射线源工作的开放空间内各区域的辐射剂量；
S2.通过将辐射探测器2监测到的剂量率的数值与安全阈值作对比，标记大于等于安全阈值的区域；
S3.通过模糊形状上下文特征的形状识别算法对视频监测器3监测到的辐射风险区域内的人员进行识别，并确定人员位置；
S4.通过将人员位置所受辐射剂量值与安全阈值进行对比判断人员所在位置是否构成剂量危害；
其中，采用前述实施例1-3中的任一方式确定人员位置处所述辐射剂量值。
S5.当人员存在受到辐射伤害风险时，采集分析控制设备通过基于TCP/IP协议的网络信号经过网络向X射线型车辆检测系统发送停止出束命令，终止射线源出束。
本发明通过判定辐射危害区域绘制辐射等高线计算辐射危害区域内的辐射剂量率及监测现场人员位置，保障射线源开放空间内工作时现场人员的人身安全。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，包括：多个辐射探测器、视频监测器和采集分析控制设备；
多个所述辐射探测器用于采集监测区域内多个位置处的辐射剂量；
所述视频监测器用于采集监测区域内的视频图像；
所述采集分析控制设备用于根据采集到的所述视频图像判断人员位置，根据采集的多个位置处的辐射剂量得到人员位置处的辐射剂量大小，判断人员位置处的所述剂量是否超出安全阈值，在超出安全阈值时关闭射线源；
所述监测区域为以X射线型车辆安全检查系统的X射线源位置为中心，以R为半径的圆心区域，所述R为X射线主束和非主束方向的辐射剂量率大于设定值的最大距离；
所述辐射探测器在监测区域内以预设间隔均匀分布于所述监测区域的地面之上；
所述视频监测器倒吊安装于X射线型车辆安全检查系统，以采集覆盖完整监测区域内的实时图像；
所述采集分析控制设备与辐射探测器、视频监测器及X射线型车辆安全检查系统通讯。
2.根据权利要求1所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，所述采集分析控制设备，还用于产生同步触发信号，同步触发辐射探测器、视频监测器，以同步获得所述辐射剂量和所述视频图像。
3.根据权利要求2所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，在触发信号的控制下，所述视频监测器采集到的图像调制到使用基于TCP/IP协议的网络信号，并经过互联网进行传输，并将调制信号输出到采集分析控制设备存储。
4.根据权利要求3所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，所述采集分析控制设备采集处理辐射探测器输出的调制信号；
所述采集分析控制设备读取辐射探测器输出的信号通过程序指令存储或更新至寄存器中。
5.根据权利要求4所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，确定辐射探测器的位置与名称的对应关系，匹配所述辐射探测器监测到的数值实时覆盖平面坐标区域内各个点位的辐射剂量率，所述监测到的数值即为对应点位的实际辐射剂量率；根据辐射探测器实时监测到的数值以一定频率刷新平面坐标系内各个区域的辐射剂量率数值。
6.根据权利要求5所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，所述采集分析控制设备还用于判断计算得到的各个区域的辐射剂量率是否超过预设安全阈值，并根据判断结果划定安全与危险区域。
7.根据权利要求6所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，分析所述视频监测器通过互联网信号回传的图像信息，通过模糊形状上下文特征的形状识别算法识别区域内人员位置。
8.根据权利要求7所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，其特征在于，所述人员位置处的辐射剂量率通过下述方式得到：
所述辐射探测器监测到的数值等效于以所述辐射探测器的位置为中心以预设间隔为边长的正方形区域的辐射剂量值；判断人员位置所在的正方形区域，得到人员位置处的辐射剂量。
9.一种针对射线源在开放空间的人员辐射防护方法，采用权利要求1-8所述的针对射线源在开放空间的辐射防护系统，具体包括如下步骤：
S1.采用辐射探测器实时监测射线源工作的开放空间内各区域的辐射剂量率；
采集设置点位辐射剂量率，等效于以所述辐射探测器的位置为中心以预设间隔为边长的正方形区域的辐射剂量率；
S2.通过将辐射探测器监测到的剂量率的数值与安全阈值对比，标记大于等于安全阈值的区域为风险区域；
S3.通过模糊形状上下文特征的形状识别算法对视频监测器监测到的辐射风险区域内的人员进行识别，并确定人员位置；
S4.通过将人员位置所受辐射剂量值与安全阈值进行对比判断人员所在位置是否构成剂量危害；
S5.当人员存在受到辐射伤害风险时，采集分析控制设备通过基于TCP/IP协议的网络信号经过网络向X射线型车辆检测系统发送停止出束命令，终止射线源出束。
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