CN112067042A - 一种海洋辐射与核素扩散监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机与无人船的海洋辐射与核素扩散监测系统及监测方法，所述监测系统包括无人机探测子系统、无人船探测子系统和控制中心子系统，所述无人机探测子系统与无人船探测子系统分别与控制中心子系统通讯连接，所述无人机探测子系统用于探测大气中的放射性核素信息数据，所述无人船探测子系统用于收集气象数据和探测放射性核素信息数据。本发明通过收集附近海域气象信息和核素扩散信息，在事故工况下，通过人工智能系统得到实时扩散数据，经过处理后传输至远程终端。本发明的监测系统及方法在正常运行时能够对附近海域环境进行监测，在核电站发生事故时能够迅速得到核心数据，从而采取更快速的应对措施，保证核电站的安全。

Description

一种海洋辐射与核素扩散监测系统及方法
技术领域
本发明属于核探测和电子机械设备领域，具体涉及一种海 洋辐射与核素扩散监测系统及方法。
背景技术
核电作为一种清洁能源，具有极大的开发和利用潜力。而 核电安全作为核电厂安全运行，以及周边环境不受破坏的保障， 都是优先考虑的，而出于冷却用水的需要，核电站一般都建立 在沿海地区。海洋面积占地球的71％，是人类生产生活的重要 舞台，一旦海洋遭受污染，鱼类资源，能源资源的使用都会收 到严重影响。因此，伴随着核电事业的发展，对于放射性核素 的大气扩散的研究从未停止。
福岛核电站发生严重核事故，安全壳破损导致大量放射性 污染物泄漏到大气环境中，随着风向其他区域散播开来。更为 严重的是，福岛核电站地处沿海，放射性物质大量流入海洋， 势必会造成无法挽回的后果。事故引发的严重后果，如果处置 不当，对环境造成的严重破坏，对各行各业造成的经济损失， 是人类无法承受的。出于公共安全考虑，气载放射性污染物的 沉降一直受到人们的关注，核泄漏事故的应急及决策的需要， 使得各国的研究者对气载放射性核素的扩散和沉降进行了大量 的研究，极大的推动了这一方面的进步。
我国的核电外围辐射环境监督监测实行双轨制，核电站和 环保部门同时开展监测工作。核电站自行监测数据会与环保部 门的监测数据进行比对，确保数据的准确有效。核电站周围16 个方位都设有自动监测哨，每5秒监测一次数据，每5分钟向环 保部门传输一次，全天24小时实时监测γ剂量率，或有人工采取 实时采集数据，实时分析。核电厂正常运行时连续获得全天候 的数据既浪费财力与人力且收据的数据范围有限，而人工实时 采集数据在核电厂事故工况下受到了一定的限制。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一 种基于无人机与无人船的海洋辐射与核素扩散监测系统及监测 方法，该监测系统包括无人机探测子系统、无人船探测子系统 和控制中心子系统，无人机探测子系统与无人船探测子系统分 别与控制中心子系统通讯连接，无人机探测子系统用于探测大 气中的放射性核素信息数据，无人船探测子系统用于收集气象 数据和探测放射性核素信息数据。本发明通过收集附近海域气 象信息和核素扩散信息，在事故工况下，通过人工智能系统得 到实时扩散数据，经过处理后传输至远程终端。本发明的监测 系统及方法在正常运行时能够对附近海域环境进行监测，在核 电站发生事故时能够迅速得到核心数据，从而采取更快速的应 对措施，保证核电站的安全，从而完成本发明。
本发明的目的一方面在于提供一种基于无人机与无人船的 海洋辐射与核素扩散监测系统，所述监测系统包括无人机探测 子系统、无人船探测子系统和控制中心子系统，所述无人机探 测子系统与无人船探测子系统分别与控制中心子系统通讯连 接，
所述无人机探测子系统用于探测大气中的放射性核素信息 数据，所述无人船探测子系统用于收集气象数据和探测放射性 核素信息数据。
所述无人机探测子系统包括无人机、电子地图模块I、无人 机无线电收发装置和新型辐射探测装置I，所述电子地图模块I 和无人机无线电收发装置搭载在无人机上。
所述无人船探测子系统包括无人船、气象站模块、电子地 图模块II、无人船无线电收发装置和新型辐射探测装置II，所述 电子地图模块II和无人船无线电收发装置搭载在无人船上。
所述无人机与新型辐射探测装置I连接，所述无人船与新型 辐射探测装置II连接，
所述新型辐射探测装置I和新型辐射探测装置II包括闪光 体探测器，优选地，所述闪光体探测器为碘化钠NaI(Tl)闪烁体 探测器。
所述控制中心子系统包括控制中心无线收发模块、主控模 块、人工智能系统和收发舱，所述控制中心无线收发模块、收 发舱分别与主控模块连接。
所述人工智能系统内设有大气扩散模型，用于分析不同大 气条件对放射性核素的扩散影响程度，所述大气扩散模型包括 大气扩散计算软件，优选地，所述大气扩散计算软件为事故工 况下放射性核素在海洋大气中的自编扩算计算软件ADCSNA。
所述控制中心收发模块与无人机无线收发模块通过无线通 信方式连接，所述控制中心收发模块与无人船无线收发模块通 过无线通信方式连接。
所述监测系统还包括卫星子系统，所述卫星子系统用于实 现对无人机与无人船的精准定位与导航，所述卫星子系统与控 制中心子系统无线通讯连接，
所述卫星子系统包括北斗导航卫星模块和高分七号卫星模 块，所述高分七号卫星模块与电子地图模块I和电子地图模块II 无线通讯连接。
所述监测系统包括大数据处理子系统，所述大数据处理子 系统与控制中心子系统无线通讯连接，所述大数据处理子系统 用于对控制中心子系统所述大数据处理系统通过无线通讯模块 与远程终端通信，优选地，所述无线通讯模块为5G网络模块。
本发明还提供一种基于无人机与无人船的海洋辐射和核素 扩散监测方法，所述方法采用本发明第一方面所述的监测系统 实现，所述方法包括：
无人机探测子系统和无人船探测子系统收集附近海域信息 和放射性核素信息，并将信息数据传输至控制中心子系统；
控制中心子系统对所述信息数据进行分析；
任选地，所述方法还包括：在事故工况下，人工智能系统 调用大气扩散模型，对所述信息数据进行处理得到实时扩散数 据，所述大数据处理子系统将所述实时扩散数据进行处理，并 传输至远程终端。
本发明所具有的有益效果为：
(1)本发明的监测系统通过无人机和无人船同时检测大气 和海洋中的放射性核素，扩大了监测范围，提高了监测效率；
(2)本发明得监测系统在核电站正常工况下，通过无人机 和无人船收集附近海域气象信息和核素扩散信息，对附近海域 环境监测提供参考，在事故工况时，通过实时监控，能够更快 速的采用应对措施，保证核电站的安全；
(3)本发明的监测系统采用北斗导航卫星模块和高分七号 卫星模块协同对无人机和无人船进行精准定位和导航，并能够 实现实时监控，从而使获得的气象数据和核素信息数据更加准 确；
(4)本发明的监测系统在事故工况下，人工智能系统内的 自编扩散计算软件对不同大气条件对放射性核素扩散的影响程 度进行分析，并将结果可视化传输至远程终端，实现实时监控， 便于采取应对措施。
附图说明
图1示出本发明一种优选实施方式的基于无人机与无人船 的海洋辐射和核素扩散监测系统的结构示意图；
图2示出本发明一种优选实施方式的放射性核素在大气中 的扩散过程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和优选实施方式对本发明进一步详细说明。 通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
根据本发明，提供一种基于无人机与无人船的海洋辐射与 核素扩散监测系统，该监测系统包括无人机探测子系统，无人 船探测子系统和控制中心子系统。
根据本发明，无人机探测子系统与无人船探测子系统分别 与控制中心子系统通讯连接，无人机探测子系统用于探测大气 中的放射性核素信息数据，并将数据发送至控制中心子系统； 所述无人船探测子系统用于收集气象数据和探测放射性核素信 息数据，并将数据发送至控制中心子系统。
根据本发明，无人机探测子系统包括无人机、电子地图模 块I、无人机无线电收发装置和新型辐射探测装置I，其中，电 子地图模块I和无人机无线电收发模块搭载在无人机上，无人机 上搭载新型辐射探测装置I，优选地，新型辐射探测装置I安装 在无人机的飞行控制器下方，安装机构包括可收缩和伸展的脚 架。
根据本发明，无人机探测子系统包括设于无人机上的无人 机控制模块，所述电子无地图模块I、无人机无线电收发装置、 新型辐射探测装置I均与无人机控制模块连接。
根据本发明，电子地图模块I的作用/用途为利用GPS与卫 星导航系统相结合，同时接收多种信号，检测无人机位置。
根据本发明，电子地图模块I包括GPS组件，所述GPS 组件包括无人机GPS定位模组集成地磁和陀螺仪-EPP021。
本发明中，无人机无线电收发装置用于接收和发送数据信 息，使无人机可通过简单的智能手机、遥控器或直接通过云端 加以控制。
根据本发明，无人机无线电收发装置包括网络处理器、系 统芯片(SoC)等中的一种或几种。
根据本发明，新型辐射探测装置I用于探测设定范围内的放 射性核素辐射剂量率。
根据本发明，新型辐射探测装置I包括闪光体探测器，优选 地，所述闪光体探测器为碘化钠NaI(Tl)闪烁体探测器，该闪烁 体探测器的工作原理：入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量， 引起闪烁体中原子(或离子、分子)的电离激发，之后受激粒 子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。闪烁光子通过光导 射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间 强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子， 由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产 生信号。，其闪烁体晶体的尺寸为145mm×145mm，长度为 258mm，电源采用12V的电池，电池可在无人机进入收发舱时 补充电能，输出阻抗为60Ω，脉冲上升时间大约为0.4μs，脉冲 下降时间大约为40μs，输出脉冲极性为正极，最大信号高度为 12V。
根据本发明，闪烁体探测器利用辐射在某些物质中产生的 电离、激发而发生的荧光来探测电离辐射，得到电离辐射信息， 并通过无人机无线收发装置将信息发送至控制中心子系统。
根据本发明，所述无人机探测子系统还包括电池模块，所 述电池模块设于无人机上，所述电池模块与无人机控制模块连 接，所述电池模块为无线充电电池，用于为无人机探测子系统 供电，当电池模块中的电量降低至一定程度后，控制模块控制 无人机返回收发舱为电池模块充电。
根据本发明，无人机探测子系统包括多架无人机，例如 2～10架无人机，以更准确更快速更全面地收集核素信息数据。
根据本发明一种优选的实施方式，无人机上搭载有北斗导 航芯片，该北斗导航芯片设置有两种切换模式，包括自动模式 和人工操纵模式，当为核电站事故工况下则切换为人工操纵模 式。当核电站正常运行情况下，无人机在北斗导航芯片的导航 下按特定规律巡航，在事故工况下，部分无人机芯片模式切换， 经由人工操作进行特定巡航任务。本发明中，通过信息技术的 应用，促进无人机与时俱进，提升智能化飞行能力。无人机体 积有限，其搭载容量和数据信息处理能力都是有限的，为进一 步提升无人机智能化水平，就必须释放无人机对数据处理及数 据存储的压力，通过云计算、云存储等先进技术的应用，进一 步拓展无人机智能化水平。
根据本发明，无人船探测子系统包括无人船、气象站模块、 无人船无线电收发模块、电子地图模块II和新型辐射探测装置 II。
本发明中，无人船探测子系统用于测量、记录发送现场风 向、风速、温度和湿度等气象数据以及辐射情况，用于计算、 评价核电厂气态放射性物质排放对该地区环境的影响；事故情 况下，提供实时核素扩散情况以便制定和执行应急措施。
根据本发明，无人船探测子系统包括设于无人船上的无人 船控制模块，气象站模块、无人船无线电收发模块、电子地图 模块II和新型探测装置II均与无人船控制模块连接，优选地，气 象站模块、无人船无线电收发模块、电子地图模块II和新型探 测装置II均设于无人船上。
根据本发明，气象站模块用于测量、记录并发送附近海域 现场的风向、风速、温度、湿度等气象数据，优选将气象数据 发送至无人船控制模块，无人船控制模块将数据通过无人船无 线电收发模块和控制中心收发模块发送至控制中心系统。气象 站模块遵循《海洋水文观测仪器通用技术条件》和《海洋仪器 基本环境试验方法》，主要材料选用防腐蚀材料，线路板采用 专用三防清漆处理，机箱密封性能好，机械设计采用不锈钢和 热镀锌工艺。
根据本发明一种实施方式，不同的环境所采用的气象站模 块不同，海岸边考虑采用海岛自动气象站JS19ZQZ-AH，海面 采用微型气象传感器TS MWTS05。
根据本发明，电子地图模块II的作用/用途：无人船利用装 载的电子地图模块II对无人船船体进行定位并将GPS数据发送 至无人船控制模块，无人船控制模块(如微处理器)将接收到 的GPS数据进行解析，提取出位置信息并通过无人机无线收发 模块(如GPRS模块)发送到控制中心子系统相关服务器，控制 中心子系统通过电子地图更直观地显示无人船位置，同时也可 以利用SQL数据库对数据进行存储，
本发明中，GPS数据遵从NMEA-0183协议，GPS数据有多 种语句格式，优选读取GPRMC格式，其内容格式为：$GPRMC， <UTC时间>，<定位状态>，<纬度>，<纬度半球>，<经度>，< 经度半球>，<地面速率>，<地面航向>，<UTC日期>，<磁偏角>， <磁偏角方向>，<模式指示>*hh。STM32芯片依据此协议格式 提取出经纬度信息。基本过程为：(1)STM32对读取的语句进 行判断，如果开头是GPRMC则进行第二步判断，否则继续监听； (2)判断语句的定位信息段是否为‘A’，若是‘A’则表明 GPS定位成功，信息有效；(3)提取出经纬度信息。
根据本发明，新型辐射探测装置II用于探测附近海域的核 素扩散信息，该新型辐射探测装置II包括闪烁体探测器，优选 与新型辐射探测装置I采用相同的闪烁体探测器，如碘化钠 NaI(Tl)闪烁体探测器。
根据本发明，对放射性核素的监测参数包括：大气γ辐射 剂量率和水体γ辐射剂量率。根据本发明，新型辐射探测装置I 和新型辐射探测装置II分别获得大气γ辐射剂量率和水体γ辐 射剂量率。
无人船无线电收发模块用于发送附近海域的气象数据以及 海面核素扩散信息数据至控制中心子系统，优选为主控模块， 并接收控制中心子系统通过卫星系统发送的控制指令。
无人船艇凭借卫星导航，定位精度高，跑线精确，可抵达 危险区域，人员无需涉险，吃水浅，潮位窗口宽等技术优势， 可有效满足海洋巡航的迫切需求，通过气象站模块用于测量、 记录并发送附近海域现场的风向、风速、温度、湿度等气象数 据，
根据本发明一种优选的实施方式，无人机以每4小时出动4 架的规律进行巡航，无人船以每8小时候出动2艘的规律进行巡 航，每8小时会有一次无人机和无人船的联合巡航。恶劣天气下， 若无人机无法巡航，无人船的巡航频率提高，为每4小时同时出 动2艘。
根据本发明，控制中心子系统包括控制中心无线收发模块、 主控模块、收发舱、无线电充电装置和人工智能系统，其中， 控制中心无线收发模块、收发舱、无线电充电装置分别与主控 模块连接。
根据本发明，主控模块为由大规模或超大规模集成电路芯 片组成的用来完成某种信号处理任务的处理器，实现数字信号 处理，主控模块包括主控制器，所述主控制器的处理器选自DSP 处理器、FPGA处理器和ARM处理器中的一种或几种。
根据本发明，控制中心无线收发模块与无人船无线电收发 模块、无人机无线点收发模块以及卫星子系统之间采用无线通 信的方式进行信息传输。
根据本发明，人工智能系统内设有里程信息处理软件，该 软件用于判断接收到的来自北斗卫星导航系统的数据是否有 效，并综合有效数据进行优化计算，向无人机与无人船的电子 地图模块输出数据。
本发明中，北斗卫星导航系统制定的路线可能会导致巡航 区域重叠或部分海域数据遗漏的情况，需根据风速、风向以及 其他天气因素规划巡航高度以及特定巡航路线，相关数据即为 有效数据。
根据本发明，收发舱用于无人机的停落并对无人机进行充 电，所述收发舱包括舱体和舱盖，优选地，所述收发舱包括圆 柱形舱体以及与圆柱形舱体直径相等的圆形舱盖。
根据本发明，无线充电装置设于收发舱底部，该无线充电 装置由无线充电线圈组成，无线充电线圈能够对无人机的电池 模块进行无线充电，从而保证无人机的续航，优选地，无线充 电装置上设有定位信标设于收发舱的四周，从而实现无人机的 精准降落。
本发明中，收发舱中的无线充电装置能够为无人机中的电 池模块充电，例如，无人机巡航结束后，无人机回到控制中心 子系统的收发舱，通过舱体底部的无线充电线圈为无人机中的 电池进行充电，以便无人机进行下次巡航，保证无人机飞行的 持续性。
根据本发明，人工智能系统能够为无人机和无人船的巡航 制定特定规律，即在正常工况和事故工况下对无人机和无人船 进行控制，并对数据进行分析处理，同时接收应急自启动控制 器的指令启动应急方案。
根据本发明，人工智能系统包括输出模块、接收模块、管 理模块、操作模块、计算模块和改进模块。
本发明中，管理模块与接收模块和操作模块连接，管理模 块与改进模块连接，改进模块与计算模块连接，该人工智能系 统通过接收模块接收信息的输入，通过管理模块对信息进行管 理，操作模块通过人工智能计算之后进行管理操作，通过人工 智能学习后进行改进，以适应新的运作方式。
根据本发明，管理模块分析接收模块接收到的信息并发送 至操作模块，输出模块与改进模块连接，改进模块在改进的过 程中需要的信息通过输出模块进行说明。
根据本发明，人工智能系统包括人工智能芯片。
人工智能无人机联合有人机的应用通过二者的联合应用， 既能实现相互之间的优点共享，也可以实现缺点互补，在作战 合作及对抗中具有非常显著的作用。比如:美国通过人工智能技 术，将第四代战机F-16，改造成了无人机，其飞行的可控性和 执行任务的准确性大幅度提升。通过人工智能数据库，辅助F35 战机驾驶人员进行更加高效化和精准化作战。无需地面可在， 仅仅凭借人工智能技术，就可以实现自动飞行，自动完成各项 作战任务。
本发明中，立足无人机智能化平台，借助信息技术，如: 大数据技术、云计算技术、物联网技术、云存储技术等和无人 机的相互融合渗透,使得无人机领域向着智能化的方向迈出了 一大步。比如:目前很多无人机被广泛应用在物流运输、地形图 测绘、交通监管等领域,会形成很多数据信息，这些数据信息， 庞杂繁多，仅凭人为筛选技术和挖掘技术根本无法满足实际需 求。但通过大数据挖掘技术，可从海量的数据库中，快速检索 出有价值、有效的数据。再通过对这些数据的分析研究，就可 以为无人机智能化应用提供更加真实有效的决策，从而获得更 大的社会效益技术及经济效益。
本发明中，在核电站事故工况下，放射性核素在大气中的 扩散过程如下：扩散过程分为四个阶段，分别为释放、抬升、 扩散和沉积。事故工况下，放射性污染物从核电厂烟囱或破损 的安全壳泄漏到大气环境中，受动量或热量的影响，首先经历 了烟羽抬升，同时放射性污染物发生放射性衰变，然后随着风 向下风向运动，在运动过程中受大气湍流的影响，开始向周围 区域扩散。在这一过程中风速风向起着主导性的作用。放射性 核素在大气中扩散的过程中会因为重力的因素产生干沉积，干 沉积同样受垂直风向的影响，不同的核素和不同的受体下，具 有不同的沉积速度；除干沉积外，还有受雨水的作用产生的湿 沉积，不同的降水强度对应不同的冲洗系数。这两个作用使得 放射性污染物到达海面，从而被海洋吸收或反射，致使海洋环 境遭受放射性核素的污染，如图2所示。
根据本发明，人工智能系统内设有用于分析不同大气条件 对放射性核素的扩散影响程度，所述大气扩散模型包括大气扩 散计算软件，优选地，所述大气扩散计算软件为事故工况下放 射性核素在海洋大气中的自编扩算计算软件ADCSNA (AtmosphericDiffusion Calculation Software For Nuclear Accidents)，该扩散计算软件用于事故工况下放射性核素在大 气中扩散情况的分析，具体地，通过该扩算计算软件能够得到 短时间内在一定范围内放射性核素的浓度分布情况。
本发明中，该核电厂大气扩散计算软件，采用了多变天气 条件下的多烟团模式，结合事故发生地点随时间变化的气象条 件，模拟放射性核素从事故发生源向海洋的扩散和沉降，分析 了不同大气条件对放射性核素扩散的影响。
本发明中，该扩散计算软件以福岛核事故为背景，研究的 对象为放射性核素在海洋上的扩散和沉降，如图2所示，下垫面 为海洋，平坦空旷，地形地势几乎没有变化，采用高斯扩散模 式。模拟事故工况下，放射性核素从核电厂泄露后，短时间内 在一定范围内放射性污染物浓度分布，因风速、风向、大气稳 定度等因素在计算时间内随时间变化，所以在使用其需要对其 进行各方面的修正，要考虑的因素包括烟羽的抬升，放射性衰 变，干沉积和湿沉积等，在进行修正后，采用变天气条件多烟 团模式，将时间划分为若干段，每段研究时间内，风速风向和 稳定度等均视为不变，每个烟团是下一个烟团的源，最后计算 每个烟团对测量点的浓度贡献累加值。
根据本发明，所述扩散计算软件可实现第一时间在核电厂 附近的场外区域实施辐射与核素扩散监测，为营运单位制定应 急预案提供信息，并采取有效措施使核电厂恢复安全状态，还 能够以最快的速度撤离场内非重要人员以及按规定向场外报告 事故情况。
根据本发明，人工智能系统完成对扩散计算软件的调用及 相关数据的处理，扩散计算软件为MATLAB程序，相关数据通 过MATLAB程序自带的Toolbox工具箱进行处理，而扩散计算软 件通过人工智能系统的JAVA项目调用。
根据本发明，该监测系统包括卫星子系统，所述卫星子系 统用于实现对无人机与无人船的精准定位与导航以及对无人机 和无人船航行线路的实时监控，所述卫星子系统与控制中心子 系统无线通讯连接，优选地，卫星子系统与控制中心无线收发 模块无线通讯连接。
本发明中，在核电站正常运行时，人工智能系统通过卫星 子系统对无人机探测子系统和无人船探测子系统进行定位和导 航。
根据本发明，所述卫星子系统包括北斗导航卫星模块和高 分七号卫星模块，北斗导航卫星模块与电子地图模块I和电子地 图模块II连接，高分七号卫星模块与电子地图模块I和电子地图 模块II连接，北斗导航卫星模块和高分七号卫星模块协同实现 对无人机和无人船的导航和监控。
本发明中，北斗导航卫星提供多个频点的导航信号，多个 频点的导航信号的组合使用等方式能够提高导航精度。
根据本发明，北斗导航卫星模块包括北斗导航系统，北斗 导航系统定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2 米/秒。
根据本发明，北斗导航系统包括压缩数据发送端、导航器、 压缩数据接收端、控制器和显示器。
根据本发明，导航器和显示器分别与控制器连接，从而使 得导航器的导航数据在显示器上进行显示。压缩数据发送端与 导航器连接，以将导航数据发送至主控模块的显示器进行显示 观察，也可通过数据处理子系统如大数据一体机传输给远程终 端。
根据本发明，北斗导航系统的显示器包括LCD显示屏或 OLED显示屏。
根据本发明，无人机与无人船采集导航线路中的实时的气 象数据及核素数据通过北斗导航卫星模块发送至控制中心子系 统，北斗导航卫星模块根据实时数据规划路线，并将规划路线 信息发送至控制中心无线收发模块，实现无线数据的传输。
根据本发明，高分七号导航模块包括双线阵立体相机、激 光测高仪等有效载荷，高分七号卫星模块通过双线阵立体相机、 激光测高仪等有效载荷与无人机与无人船的电子地图模块进行 联结，保障地理信息的同时，对高精度立体测绘数据进行处理， 将测绘数据实时发送给主控模块，与北斗卫星导航模块协同对 无人船与无人实现精准的定位与导航。
根据本发明，该系统包括大数据处理子系统，大数据处理 子系统与控制中心子系统无线通讯连接，大数据处理子系统通 过无线通讯模块与远程终端通信，优选地，所述无线通讯模块 为5G网络。
5G实际运行中能保证个人用户下行带宽为100Mbps，上行 带宽50Mbps。可以保证业务数据的实时运行，并且改变了整个 观测网的运行方式，减少设备的硬件结构。减少一体机的存储 和运算部分，把采集到的传感器数据直接上传到系统进行数据 统计和分析，减少数据在设备中的滞留时间，增加了实时性。
根据本发明，所述大数据处理子系统用于对控制中心子系 统发送的数据进行进一步处理和可视化处理，从而发送至远程 终端，实现可视化显示，使观测效果更加清晰。
根据本发明，大数据处理子系统包括数据处理模块和数据 可视化模块。
根据本发明，大数据处理子系统拥有庞大的数据库，在接 受控制中心子系统的数据后，可与往时的相关数据、国家规定 安全数据以及其他核电厂相关数据进行比对等，，数据处理模 块包括EasyData智能数据服务平台、google、神测数据中的一 种或几种，数据可视化模块，是利用计算机图形学和图像处理 技术，使数据处理模块处理后的数据换成图形或图像在屏幕上 显示出来，数据可视化模块包括DataFocus、Tableau、SiSense 中的一种或几种。
根据本发明，大数据处理子系统包括大数据一体机，所述 大数据一体机包括若干个数据节点，优选地，包括企业级路由 器模块，交换机模块(如千兆以太网交换机)、服务器集群模 块和多电脑切换器模块，还包括为大数据一体机供电的供电模 块，其中，交换机模块连接企业级路由器模块和服务器集群模 块，多电脑切换器模块KVM连接服务器集群模块，企业级路由 器模块连接5G网络，从而实现与远程终端的无线通讯。
根据本发明，服务器集群模块中所有服务器采用SSD磁盘 阵列进行数据存储。
根据本发明，所述系统还包括远程终端，远程终端通过无 线通讯模块与控制中心进行信息传输，无线通讯模块选自5G网 络。其中，远程终端为上位机、电脑端、手机端等终端设备。
根据本发明，所述系统还包括核电站安装的核泄漏应急自 启动控制器，当核电站发生泄漏时，应急自启动控制器控制启 动固定式现场辐射剂量采集器工作。
本发明中，固定式现场辐射剂量采集器用于采集核电站发 生核泄漏时海中的核辐射信息，所述核辐射信息包括辐射剂量 率、放射性物质强度、核素信息。
根据本发明，人工智能系统可在接收应急自启动控制器的 相关信息下启动核泄漏应急方案。应急自启动控制器由人为或 者核电厂相关仪器触发，使核电厂进入紧急状况，包括核电厂 内的辐射采集以及附近海域的应急检测。本发明的基于无人机 与无人船的海洋辐射与核素扩散系统，在正常运行工况下，控 制中心子系统的人工智能系统对北斗卫星模块与高分七号卫星 模块传输压缩信号，卫星子系统开始接收无人船与无人机的相关航线信息，通过控制中心子系统(优选人工智能系统)的处 理与分析制定实时路线，并通过控制中心子系统的显示器进行 显示；
无人机与无人船在接收巡航路线信息后开始监测，气象站 模块测量现场风向、风速、温度和湿度等气象数据，并将气象 数据记录后通过无人船无线收发装置将数据发送给主控模块， 无人机与无人船的新型辐射探测装置I和新型辐射装置II如闪 烁体探测器探测核素信息，并通过无人机和无人船的无线收发 装置将信息传递给主控模块。控制中心子系统人工智能系统将 相关信息处理后进行可视化，通过5G网络实时传送给远程终 端，实现对附近海域的实时监控；
在事故工况下，人工智能系统启动核泄漏应急方案，优选 地，应急自启动器使用移动WIMAX技术，接收核电厂仪器的信 息，可在接收核电厂测控仪器危险信息或高权限核电厂工作人 员的操作下通过人工智能系统启动应急方案，半数无人机对附 近海域进行交替巡航，保证附近海域信息的及时获取，剩余无 人机进行待命模式，由控制中心主控制台进行手动操纵，由人 工进行对特定区域的巡航，与此同时，人工智能系统启动事故 工况下海洋大气扩散过程的扩散计算软件，分析不同大气条件 对放射核素扩散的影响程度，将计算后的数据传输给大数据处 理系统进行进一步处理，并进行可视化处理，大数据一体机将可视化结果经由5G网络传输给远程设备端(如手机端、电脑端) 进行实时监控和显示，从而便于根据核素扩散情况采用应对措 施，保证核电站的安全。
本发明提供一种基于无人机和无人船的海洋辐射和核素扩 散监测方法，采用上述监测系统实现，所述方法包括：
无人机探测子系统和无人船探测子系统收集附近海域信息 和放射性核素信息，并将信息数据传输至控制中心子系统；
控制中心子系统对所述信息数据进行分析；
任选地还包括：在事故工况下，人工智能系统调用大气扩 散模型，对所述信息数据进行处理得到实时扩散数据，所述大 数据处理子系统将所述实时扩散数据进行处理，并传输至远程 终端。
根据本发明，无人机探测子系统收集附近海域放射性核素 扩散信息数据，如大气γ辐射剂量率，并将核素信息数据发送 至控制中心子系统；
无人船探测子系统收集附近海域气象信息数据和放射性核 素扩散信息数据如海面γ辐射剂量率，并将信息数据发送至控 制中心子系统。
根据本发明，控制中心子系统对信息数据分析后发送至大 数据处理子系统，大数据处理子系统进行处理后通过无线通信 模块发送至远程终端。
在正常运行工况下，控制中心子系统的人工智能系统对北 斗卫星模块与高分七号卫星模块传输压缩信号，卫星子系统开 始接收无人船与无人机的相关航线信息，通过控制中心子系统 (优选人工智能系统)的处理与分析制定实时路线，并通过控 制中心子系统的显示器进行显示；
无人机与无人船在接收巡航路线信息后开始监测，气象站 模块测量现场风向、风速、温度和湿度等气象数据，并将气象 数据记录后通过无人船无线收发装置将数据发送给主控模块， 无人机与无人船的新型辐射探测装置I和新型辐射装置II如闪 烁体探测器探测放射性核素信息，并通过无人机和无人船的无 线收发装置将信息传递给主控模块。主控模块将信息数据发送 至控制中心子系统，人工智能系统分析处理后将相关信息数据 发送至大数据处理子系统，处理后进行可视化，通过无线通信 模块如5G网络实时传送给远程终端，实现对附近海域的实时监 控；
在事故工况下，控制中心子系统的人工智能系统启动应急 方案，应急方案包括无人机应急巡航方案，其中，半数无人机 对海域进行交替巡航，保证附近海域信息的及时获取，剩余无 人机进行待命模式，由控制中心主控制台进行手动操纵，由人 工进行对特定区域的巡航，与此同时，人工智能系统启动事故 工况下海洋大气扩散过程的扩散计算软件，分析不同大气条件 对放射核素扩散的影响程度，将计算后的数据传输给大数据处 理子系统进行进一步处理，并进行可视化处理，将可视化结果 经由无线通讯模块如5G网络传输给远程终端(如手机端、电脑 端)进行实时监控和显示，从而便于根据核素扩散情况采用应对措施，保证核电站的安全。
根据本发明一种优选的实施方式，在事故工况下，采用人 工智能系统的无人船联合有人船进行巡航，有人船可采用快速 舰艇，该类舰艇最高航速四十五节，可迅速到达特定区域进行 巡航，正常工况下巡航用无人船采用无人舰艇，航速二十二节， 用于日常观测。
本发明所提供的基于无人机和无人机船的海洋辐射与核素 扩散监测系统，在正常运行工况下和事故工况下，能够第一时 间在核电厂附近的场外区域实施辐射与核素扩散监测，实现对 附近海域的实时监控，为营运单位制定应急预案提供数据信息 作参考，以采取措施使核电厂恢复安全状态，保证核电站的安 全。
实施例
控制中心子系统的人工智能系统对北斗卫星模块与高分七 号卫星模块传输压缩信号，卫星子系统开始接收无人船与无人 机的相关航线信息，通过控制中心子系统(优选人工智能系统) 的处理与分析制定实时路线，并通过控制中心子系统的显示器 进行显示；
采用载有闪烁体探测器的中大型水陆两栖无人机U650，在 收集相关海域数据的前提下从收发中心起飞，以平均135km/h 的速度对以核电厂半径80km的海域进行核素检测，并记录巡航 高度，载有闪烁体探测器的无人船在附近海域进行放射性核素 检测，无人机和无人船每隔一定时间将收集的放射性核素扩散 数据(包括大气γ辐射剂量率和海面辐射剂量率)发送至控制 中心子系统，所得核素扩散数据可用于研究纵向沉积，通过大 数据处理子系统对核素扩散数据进行分析处理并发送至远程终 端，实现对附近海域的环境保护监测，
在事故工况下，应急自启动控制器控制启动固定式现场辐 射剂量采集器工作，
控制中心子系统的人工智能系统根据应急自启动控制器的 相关信息启动应急方案，应急方案包括无人机应急巡航方案， 其中，半数无人机对海域进行交替巡航，保证附近海域信息的 及时获取，剩余无人机进行待命模式，由控制中心主控制台进 行手动操纵，由人工进行对特定区域的巡航，与此同时，人工 智能系统调用大气扩散模型中的自编扩散计算软件ADCSNA， 分析不同大气条件对放射核素扩散的影响程度，将计算后的数 据传输给大数据处理子系统进行进一步处理，并进行可视化处 理，将可视化结果经由无线通讯模块如5G网络传输给远程终端 (如手机端、电脑端)进行实时监控和显示，
在核电厂发生事故的情况下，为获得异常区域的多组数据， 可通过人工智能无人机联合有人机，实现特定区域的实时监控。
以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细 说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的 阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超 出本发明精神和保护范围的情况下，可以对本发明技术内容及 其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发 明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于无人机与无人船的海洋辐射与核素扩散监测系统，其特征在于，所述监测系统包括无人机探测子系统、无人船探测子系统和控制中心子系统，所述无人机探测子系统与无人船探测子系统分别与控制中心子系统通讯连接，
所述无人机探测子系统用于探测大气中的放射性核素信息数据，所述无人船探测子系统用于收集气象数据和探测放射性核素信息数据。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述无人机探测子系统包括无人机、电子地图模块I、无人机无线电收发装置和新型辐射探测装置I，所述电子地图模块I和无人机无线电收发装置均搭载在无人机上。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述无人船探测子系统包括无人船、气象站模块、电子地图模块II、无人船无线电收发装置和新型辐射探测装置II，所述电子地图模块II和无人船无线电收发装置搭载在无人船上。
4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，
所述无人机与新型辐射探测装置I连接，所述无人船与新型辐射探测装置II连接，
所述新型辐射探测装置I和新型辐射探测装置II包括闪烁体探测器，优选地，所述闪光体探测器为碘化钠NaI(Tl)闪烁体探测器。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述控制中心子系统包括控制中心无线收发模块、主控模块、人工智能系统和收发舱，所述控制中心无线收发模块、收发舱分别与主控模块连接。
6.根据权利要求4所述的监测系统，其特征在于，所述人工智能系统内设有大气扩散模型，用于分析不同大气条件对放射性核素的扩散影响程度，所述大气扩散模型包括大气扩散计算软件，优选地，所述大气扩散计算软件为事故工况下放射性核素在海洋大气中的自编扩算计算软件ADCSNA。
7.根据权利要求4所述的监测系统，其特征在于，所述控制中心收发模块与无人机无线收发模块通过无线通信方式连接，所述控制中心收发模块与无人船无线收发模块通过无线通信方式连接。
8.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括卫星子系统，所述卫星子系统用于实现对无人机与无人船的精准定位与导航，所述卫星子系统与控制中心子系统无线通讯连接，优选地，卫星子系统与控制中心无线收发模块无线通讯连接，
所述卫星子系统包括北斗导航卫星模块和高分七号卫星模块，所述高分七号卫星模块与电子地图模块I和电子地图模块II无线通讯连接。
9.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括大数据处理子系统，所述大数据处理子系统与控制中心子系统无线通讯连接，所述大数据处理系统通过无线通讯模块与远程终端通信，优选地，所述无线通讯模块为5G网络。
10.一种基于无人机与无人船的海洋辐射和核素扩散监测方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至9之一所述的监测系统实现，所述方法包括：
无人机探测子系统和无人船探测子系统收集附近海域信息和放射性核素信息，并将信息数据传输至控制中心子系统；
控制中心子系统对所述信息数据进行分析；
任选地，所述方法还包括：在事故工况下，人工智能系统调用大气扩散模型，对所述信息数据进行处理得到实时扩散数据，所述大数据处理子系统将所述实时扩散数据进行处理，并传输至远程终端。
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