CN114063135A - 一种核活动相关区域内的辐射调查装置及调查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核活动相关区域内的辐射调查装置及调查方法，包括负载运动平台、辐射测量装置、环境探测组件、信号通信模块和控制模块。方法包括获取核活动相关区域的环境情况，建立核活动相关区域的坐标系，获取在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置，将辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标，根据辐射调查测点规划辐射测量路径，获取辐射调查测点的辐射水平，将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存；本发明通过负载运动平台将辐射测量装置承载在相关活动区域内进行移动，能够在全面反应调查区域辐射情况的前提下有效降低工作人员的受照剂量。
Description
技术领域
本发明涉及辐射监测领域，具体涉及一种核活动相关区域内的辐射调查装置及调查方法。
背景技术
在核设施建设、运行、退役过程中以及放射性废物治理工作中，基于人员防护、环境保护、放射性废物处理以及确认涉核活动是否造成相关区域污染等目的，需开展相关工作场所的辐射调查。辐射调查数据同时也是人员防护、工艺流程制定、安全分析、存留量估算等工作的基础，在核设施的各个阶段均有重要意义。
工作场所辐射调查的主要内容包括γ辐射水平、表面污染水平。
目前的辐射调查手段主要采用根据工作场所的空间布置提前规划好调查测点，人员携带便携式测量设备对测点逐点测量记录的方式。这种方式需要人员长时间停留在放射性场所开展测量工作，不利于人员的辐射防护；
调查过程中人员测量的数据为离散点，要更全面详细地了解调查区域的辐射水平就需加密布点，但这会带来更大的测量工作量和数据处理量，测点数量偏少又无法全面反应调查区域的辐射情况；
此外，在某些辐射水平较高工艺房间监测或应急辐射水平监测情况下，开展辐射监测工作的人员不可避免地会受到较高的辐射剂量，人员通常也难以长期待在相关区域实现较全面的辐射调查，而难以全面的测量结果会对工艺分析和应急处置工作带来不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现阶段的核活动相关区域内的核辐射监测需要人工进入并进行人工测量，目的在于提供一种核活动相关区域内的辐射调查装置及调查方法，解决了在核设施建设、运行、退役过程中以及放射性废物治理工作中，相关工作场所的辐射调查的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种核活动相关区域内的辐射调查装置，包括：
负载运动平台，其设置在核活动相关区域内，且可在所述核活动相关区域内任意移动；
辐射测量装置，其固定设置在所述负载运动平台上，且用于实现γ辐射水平、表面污染水平的监测；
环境探测组件，其固定设置在所述负载运动平台上，且用于对所述核活动相关区域进行定位扫描；
信号通信模块，其设置在所述负载运动平台内，且所述负载运动平台的信号端、所述辐射测量装置的信号端和所述环境探测组件的信号端均与所述信号通信模块的信号端电连接；
控制模块，其设置在所述负载运动平台内，且所述控制模块的信号端与所述信号通信模块的信号端电连接。
具体地，所述负载运动平台为轮式机器人。
具体地，所述辐射测量装置包括：
多自由度机械臂，其包括固定端和移动端，所述多自由度机械臂的固定端与所述负载运动平台固定连接；
γ辐射水平探测器，其固定设置在所述多自由度机械臂的移动端；
上下移动组件，其包括固定端和移动端，所述上下移动组件竖直设置，且固定设置在所述负载运动平台的左右两侧；
表面污染水平探测器，其与所述上下移动组件的移动端固定连接；
所述多自由度机械臂的信号端、所述γ辐射水平探测器的信号端、所述上下移动组件的信号端和所述表面污染水平探测器的信号端均通过所述信号通信模块与所述控制模块电连接。
具体地，所述环境探测组件包括摄像头、激光雷达、红外相机、深度相机中的一种或多种，所述环境探测组件分别固定设置在所述负载运动平台的前侧、后侧、左侧和右侧。
一种核活动相关区域内的辐射调查方法，包括以下步骤：
获取核活动相关区域的环境情况，包括区域地表情况、障碍物情况；
建立核活动相关区域的坐标系，并将区域地表情况、障碍物情况在坐标系内标注；
获取在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置；
将辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标；
根据辐射调查测点规划辐射测量路径；
获取辐射调查测点的辐射水平；
将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存。
进一步，所述调查方法还包括复查方法，具体包括以下步骤：
接收复查指令；
加载已建立的坐标系；
再次获取核活动相关区域的环境情况；
在已建立的坐标系中更新区域地表情况、障碍物情况；
读取存储的辐射调查测点的位置在坐标系内的坐标；
规划辐射测量路径；
获取辐射调查测点的复核辐射水平；
将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的复核辐射水平对比，输出并储存。
具体地，所述辐射测量路径的规划方法包括：
S1、获取在坐标系内的初始位置；
S2、获得目标辐射调查测点的坐标，设定为第一目标辐射调查测点；
S3、以初始位置与第一目标辐射调查测点之间的连线为主路径，判断主路径上是否有障碍物，若无障碍物，则跳转步骤S4，若有障碍物，则跳转步骤S5；
S4、将主路径存储，并将初始位置更新为第一目标辐射调查测点的位置；
S5、若主路径上存在障碍物，则将主路径拆分为第一路径和第二路径，所述第一路径为障碍物与初始位置之间的路径，所述第二路径为障碍物与第一目标辐射调查测点之间的路径，然后将第一路径和第二路径通过绕过障碍物的路径进行连接；
S6、将修改后的主路径存储，并将初始位置更新为第一目标辐射调查测点的位置；
S7、循环S1-S6步骤，直至完成连接所有辐射调查测点的辐射测量路径。
进一步，若主路径上存在多个障碍物，则以初始位置指向第一目标辐射调查测点的方向依次执行步骤S5、S6，直至绕过所有障碍物。
具体地，步骤S2中，所述第一目标辐射调查测点为与初始位置距离最近的目标辐射调查测点。
一种核活动相关区域内的辐射调查方法，基于上述的一种核活动相关区域内的辐射调查装置，所述方法包括：
通过环境探测组件对核活动相关区域进行探测，并获取核活动相关区域的环境情况，包括区域地表情况、障碍物情况；
控制模块根据环境探测组件的探测数据，设定固定参考点，并建立核活动相关区域的坐标系，然后将区域地表情况、障碍物情况在坐标系内标注；
向控制模块输入在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置；
控制模块根据辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标；
控制模块根据辐射调查测点规划辐射测量路径；
控制模块通过信号通信模块控制负载运动平台沿辐射测量路径依次移动，并通过辐射测量装置获取辐射调查测点的辐射水平；
控制模块将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过负载运动平台将辐射测量装置承载在相关活动区域内进行移动，并通过环境探测组件实现对相关区域的扫描，从而实现负载运动平台的避障，最终可以实现非人工监测的目的，能够在全面反应调查区域辐射情况的前提下有效降低工作人员的受照剂量。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是根据本发明所述的一种核活动相关区域内的辐射调查装置的结构示意图。
图2是根据本发明所述的一种核活动相关区域内的辐射调查方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
国标《GB6249-2011核动力厂环境辐射防护规定》中明确提出了运行前本底辐射水平调查、运行期间辐射监测、事故环境应急监测的相关要求。《HAD103/04核电厂运行期间的辐射防护》4.5.4节明确提出了对控制区的区域监测和调查要求。行业标准《EJ/T 968-1995生产堆退役环境和流出物辐射监测准则》也明确提出退役前要开展相应的辐射调查，了解退役前有关环境状况和核设施内污染情况，退役过程中也要根据需要开展相应的辐射监测工作。由上可知，在核设施建设、运行、退役各个阶段按要求开展相关区域的辐射监测调查工作，是相关标准规范的要求，相应的监测调查设备在各个核设施均是由广泛需求的。
实施例一
本实施例提供一种核活动相关区域内的辐射调查装置，包括负载运动平台、辐射测量装置、环境探测组件、信号通信模块和控制模块。
负载运动平台设置在核活动相关区域内，且可在核活动相关区域内任意移动，选用成熟地轮式机器人模块，负载能力＞100Kg，采用电池供电，尺寸不宜过大，影响在相关区域内的自由活动。
辐射测量装置固定设置在负载运动平台上，且用于实现γ辐射水平、表面污染水平的监测；
为了实现γ辐射水平、表面污染水平的监测辐射测量装置包括多自由度机械臂、γ辐射水平探测器、上下移动组件和表面污染水平探测器。
综合考虑探测范围、响应速度、稳定性、通讯接口、功耗、重量、结构尺寸等多个参数，选择相应的γ辐射水平探测器和表面污染水平探测器。
多自由度机械臂包括固定端和移动端，多自由度机械臂的固定端与负载运动平台固定连接，γ辐射水平探测器固定设置在多自由度机械臂的移动端；
多自由度机械臂可伸缩、旋转等多自由度活度，从而可以实现γ辐射水平探测器的上下左右前后移动，以便实现相关位置的辐射水平测量，在负载运动平台达到测点后，可以通过控制多自由度机械臂的结构来实现γ辐射水平探测器的位置改变。
上下移动组件包括固定端和移动端，上下移动组件竖直设置，且固定设置在负载运动平台的左右两侧，表面污染水平探测器与上下移动组件的移动端固定连接；
上下移动组件可以为电机控制的上下滑轨，也可以为电动伸缩气缸，其驱动表面污染水平探测器上下移动，从而进行表面污染水平的检测。
环境探测组件固定设置在负载运动平台上，且用于对核活动相关区域进行定位扫描，环境探测组件包括摄像头、激光雷达、红外相机、深度相机等传感器中的一种或多种，环境探测组件分别固定设置在负载运动平台的前侧、后侧、左侧和右侧，用于行进过程中的测量定位。
信号通信模块设置在负载运动平台内，实现对辐射测量、视频、位置、压力等多种测量信号的高速数据采集，并实现各种驱动机构的快速控制输出。
控制模块设置在负载运动平台内，实现所有数据的采集、计算、分析，并实现快速地反馈控制。为适应智能辐射调查装置复杂数据采集、计算、分析、反馈控制的需求，以及智能装置使用环境要求，选用运算速度快、集成化程度高、接口丰富、功耗低、体积小的高性能计算机产品。
多自由度机械臂的信号端、γ辐射水平探测器的信号端、上下移动组件的信号端和表面污染水平探测器的信号端均通过信号通信模块与控制模块电连接。
实施例二
本实施例提供一种一种核活动相关区域内的辐射调查方法，包括以下步骤：
获取核活动相关区域的环境情况，包括区域地表情况、障碍物情况，即对需要进行辐射水平检测的环境进行扫描，且本实施例中的方法适用于相关区域的环境情况较为简单，例如堆厅、废物暂存库、障碍物较少的工艺房间等。
建立核活动相关区域的坐标系，并将区域地表情况、障碍物情况在坐标系内标注，确定一个固定位置作为坐标系的原点，从而可以建立相关的三维坐标系。
获取在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置，即根据核活动相关区域的大小、可能的辐射水平、障碍物的数量等设定适当数量以及适当位置的辐射调查测点。
将辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标，辐射调查测点位于建立的坐标系内，则可以获得辐射调查测点的三维坐标系。
根据辐射调查测点规划辐射测量路径，即通过路径规划将多个辐射调查测点串联，使得可以一次性完成对核活动相关区域的辐射检查。
获取辐射调查测点的辐射水平；
将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存，直接进行存储，不再需要现场记录，可以有效的增加检查速率。
另外，在退役施工前后同一测点的对比测量对退役环境影响评价具有重要意义，但由于存在人因定位误差，布点、定点得到的数据与实际不可避免地存在一定误差，因此本实施例还提供一种复查方法，具体包括以下步骤：
接收复查指令；
加载已建立的坐标系，即将调查方法中的三维坐标系进行二次加载，实现对辐射调查测点的位置的确定。
再次获取核活动相关区域的环境情况；
在已建立的坐标系中更新区域地表情况、障碍物情况，经过了退役施工，核活动相关区域内的环境会发生改变，地表情况、障碍物情况等均可能发生改变，因此需要重新进行环境扫描。
读取存储的辐射调查测点的位置在坐标系内的坐标；
规划辐射测量路径；根据重新扫描获得相关区域的环境情况和辐射调查测点的坐标建立新的测量路径。
获取辐射调查测点的复核辐射水平；
后续步骤与调查方法相似，最终将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的复核辐射水平对比，输出并储存。
实施例三
针对上述实施例，本实施例提供一种辐射测量路径的规划方法包括：
S1、获取在坐标系内的初始位置；
S2、获得目标辐射调查测点的坐标，设定为第一目标辐射调查测点，第一目标辐射调查测点为与初始位置距离最近的目标辐射调查测点。
S3、以初始位置与第一目标辐射调查测点之间的连线为主路径，其应该为初始位置和第一目标辐射调查测点在X-Y平面(即地面)上的投影之间的连线，判断主路径上是否有障碍物，若无障碍物，则跳转步骤S4，若有障碍物，则跳转步骤S5；
S4、将主路径存储，并将初始位置更新为第一目标辐射调查测点的位置；此段主路径即为已经规划的路径的一部分，然后将初始位置更新后，重复S1-S3的步骤，即可以完成下一段主路径的规划，重复多次，即可以得到完成的路径，但需要注意的是，此方法获得的路径为主路径上不存在障碍物的情况。
S5、若主路径上存在障碍物，则将主路径拆分为第一路径和第二路径，第一路径为障碍物与初始位置之间的路径，第二路径为障碍物与第一目标辐射调查测点之间的路径，然后将第一路径和第二路径通过绕过障碍物的路径进行连接；通过将主路径分为两段，并通过绕过障碍物的路径将其连接，可以达到规避障碍物的位置。
S6、将修改后的主路径存储，并将初始位置更新为第一目标辐射调查测点的位置；
S7、循环S1-S6步骤，直至完成连接所有辐射调查测点的辐射测量路径。
上述方法中，在步骤S5中，只提供了存在一个障碍物的情况，如果主路径上存在多个障碍物，则以初始位置指向第一目标辐射调查测点的方向依次执行步骤S5、S6，直至绕过所有障碍物。
实施例四
本实施例结合了实施例一和实施例二，即本实施例是一种核活动相关区域内的辐射调查装置的使用方法，其包括：
通过环境探测组件对核活动相关区域进行探测，并获取核活动相关区域的环境情况，包括区域地表情况、障碍物情况；通过激光雷达、红外相机、深度相机等各种传感器，实现装置位置信息的测量，为路径规划导航提供支撑信息；
控制模块根据环境探测组件的探测数据，设定固定参考点，并建立核活动相关区域的坐标系，然后将区域地表情况、障碍物情况在坐标系内标注；
向控制模块输入在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置；可以通过人工输入辐射调查测点的位置，也可以通过可视化操作，即在环境探测组件扫描的环境数据中，对辐照调查测点进行点选来实现选取。
控制模块根据辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标；
控制模块根据辐射调查测点规划辐射测量路径；此路径为负载运动平台在地面上的运动路径。
控制模块通过信号通信模块控制负载运动平台沿辐射测量路径依次移动，并通过辐射测量装置获取辐射调查测点的辐射水平，当达到辐射调查测点所在的地面位置后，通过控制多自由度机械臂来实现对辐射测量装置的位置调节，从而实现对辐射调查测点的辐射水平检测。
控制模块将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存。
实施例五
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现实施例一中的一种核活动相关区域内的辐射调查方法的步骤。
不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令数据结构,程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他固态存储其技术,CD-ROM、DVD或其他光学存储﹑磁带盒﹑磁带﹑磁盘存储或其他磁性存储设备。当然,本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器和大容量存储设备可以统称为存储器。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种核活动相关区域内的辐射调查装置，其特征在于，包括：
负载运动平台，其设置在核活动相关区域内，且可在所述核活动相关区域内任意移动；
辐射测量装置，其固定设置在所述负载运动平台上，且用于实现γ辐射水平、表面污染水平的监测；
环境探测组件，其固定设置在所述负载运动平台上，且用于对所述核活动相关区域进行定位扫描；
信号通信模块，其设置在所述负载运动平台内，且所述负载运动平台的信号端、所述辐射测量装置的信号端和所述环境探测组件的信号端均与所述信号通信模块的信号端电连接；
控制模块，其设置在所述负载运动平台内，且所述控制模块的信号端与所述信号通信模块的信号端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种核活动相关区域内的辐射调查装置，其特征在于，所述负载运动平台为轮式机器人。
3.根据权利要求2所述的一种核活动相关区域内的辐射调查装置，其特征在于，所述辐射测量装置包括：
多自由度机械臂，其包括固定端和移动端，所述多自由度机械臂的固定端与所述负载运动平台固定连接；
γ辐射水平探测器，其固定设置在所述多自由度机械臂的移动端；
上下移动组件，其包括固定端和移动端，所述上下移动组件竖直设置，且固定设置在所述负载运动平台的左右两侧；
表面污染水平探测器，其与所述上下移动组件的移动端固定连接；
所述多自由度机械臂的信号端、所述γ辐射水平探测器的信号端、所述上下移动组件的信号端和所述表面污染水平探测器的信号端均通过所述信号通信模块与所述控制模块电连接。
4.根据权利要求3所述的一种核活动相关区域内的辐射调查装置，其特征在于，所述环境探测组件包括摄像头、激光雷达、红外相机、深度相机中的一种或多种，所述环境探测组件分别固定设置在所述负载运动平台的前侧、后侧、左侧和右侧。
5.一种核活动相关区域内的辐射调查方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取核活动相关区域的环境情况，包括区域地表情况、障碍物情况；
建立核活动相关区域的坐标系，并将区域地表情况、障碍物情况在坐标系内标注；
获取在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置；
将辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标；
根据辐射调查测点规划辐射测量路径；
获取辐射调查测点的辐射水平；
将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存。
6.根据权利要求5所述的一种核活动相关区域内的辐射调查方法，其特征在于，还包括复查方法，具体包括以下步骤：
接收复查指令；
加载已建立的坐标系；
再次获取核活动相关区域的环境情况；
在已建立的坐标系中更新区域地表情况、障碍物情况；
读取存储的辐射调查测点的位置在坐标系内的坐标；
规划辐射测量路径；
获取辐射调查测点的复核辐射水平；
将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的复核辐射水平对比，输出并储存。
7.根据权利要求5或6所述的一种核活动相关区域内的辐射调查方法，其特征在于，所述辐射测量路径的规划方法包括：
S1、获取在坐标系内的初始位置；
S2、获得目标辐射调查测点的坐标，设定为第一目标辐射调查测点；
S3、以初始位置与第一目标辐射调查测点之间的连线为主路径，判断主路径上是否有障碍物，若无障碍物，则跳转步骤S4，若有障碍物，则跳转步骤S5；
S4、将主路径存储，并将初始位置更新为第一目标辐射调查测点的位置；
S5、若主路径上存在障碍物，则将主路径拆分为第一路径和第二路径，所述第一路径为障碍物与初始位置之间的路径，所述第二路径为障碍物与第一目标辐射调查测点之间的路径，然后将第一路径和第二路径通过绕过障碍物的路径进行连接；
S6、将修改后的主路径存储，并将初始位置更新为第一目标辐射调查测点的位置；
S7、循环S1-S6步骤，直至完成连接所有辐射调查测点的辐射测量路径。
8.根据权利要求7所述的一种核活动相关区域内的辐射调查方法，其特征在于，若主路径上存在多个障碍物，则以初始位置指向第一目标辐射调查测点的方向依次执行步骤S5、S6，直至绕过所有障碍物。
9.根据权利要求8所述的一种核活动相关区域内的辐射调查方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一目标辐射调查测点为与初始位置距离最近的目标辐射调查测点。
10.一种核活动相关区域内的辐射调查方法，其特征在于，基于如权利要求4中所述的一种核活动相关区域内的辐射调查装置，所述方法包括：
通过环境探测组件对核活动相关区域进行探测，并获取核活动相关区域的环境情况，包括区域地表情况、障碍物情况；
控制模块根据环境探测组件的探测数据，设定固定参考点，并建立核活动相关区域的坐标系，然后将区域地表情况、障碍物情况在坐标系内标注；
向控制模块输入在核活动相关区域内的辐射调查测点的位置；
控制模块根据辐射调查测点的位置转换为坐标系内的坐标；
控制模块根据辐射调查测点规划辐射测量路径；
控制模块通过信号通信模块控制负载运动平台沿辐射测量路径依次移动，并通过辐射测量装置获取辐射调查测点的辐射水平；
控制模块将辐射调查测点的辐射水平与辐射调查测点的位置对应，输出并储存。
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| CN202111369397.8A CN114063135A (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种核活动相关区域内的辐射调查装置及调查方法 |
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