CN114217342A - 一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法及装置，其特征在于，利用了剂量仪系统，其中，剂量仪系统包括：云渲染服务器以及便携式剂量仪，其中，云渲染服务器用于渲染三维场景模型以及储存三维场景数据，便携式剂量仪用于响应用户请求，该请求包括：三维场景模型调用，可视化辐射场调用，以及路径规划。路径规划方法包括：利用便携式剂量仪调用储存在云渲染服务器中的三维场景模型并给予用户可操作的三维场景模型显示；利用便携式剂量仪调用并输出与三维场景模型相关联的可视化辐射场；利用便携式剂量仪进行路径规划请求并基于GPU加速技术实现人体器官级别的实时剂量和累计剂量计算。

Description

一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法及装置

技术领域

本发明涉及辐射防护技术领域，尤其涉及一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法及装置。

背景技术

当前世界能源需求日益增长、包括我国在内都在大力推行清洁能源，其中核能作为一种效率高、无污染的能源供给方式，正在被越来越多的国家所采用，我国的核电已经成为一张国家名片、国内核电站建设正是方兴未艾之时。

核电站及相关核设施包含有放射性，对人类和环境有着潜在的危险，在有辐射环境下进行作业、包括设备设施的维护、核设施退役工程中的拆解过程等，首先需要考虑的就是针对辐射环境下作业的安全性和可达性(可操作性)要求，实时关注人员受照剂量，由于辐射环境的复杂性、不同位置、不同种类的核素的衰变特性差异和核素空间分布的叠加使得场景内不同位置的辐照剂量相差较大，因此设备和人员在辐射场内所承受的即时剂量和累计剂量状况非常复杂

公开号为CN107869992B的中国专利公开了一种辐射场中路径规划方法，该方法包括：获取用户触发的路径规划请求，显示预先构建的三维场景模型；获取用户在三维场景模型中选择的途经点，生成多条待选路径；生成每个待选路径对应的空间区域，空间区域是设定面积的基单元沿待选路径方向扫掠形成的区域；将每个待选路径的空间区域分割成多个空间子区域，并根据预先构建的三维辐射场模型计算空间子区域的平均辐射剂量率；根据空间子区域对应的停留时间以及计算的空间子区域的平均辐射剂量率得到每个空间子区域的辐射剂量，进而得到每个待选路径的辐射剂量；在三维场景模型中显示对应辐射剂量最小的待选路径。该方法能够进行路线的精准规划。

然而现有技术无法处理复杂的辐射环境中实时剂量和累计剂量的估算，不方便作业人员在作业过程中实时查看自身所受的照射剂量，不便于作业人员直观地判断当前的辐射环境是否在其身体能够接收的范围内，容易给作业人员造成心理压抑、恐慌等不利于作业安全的心理状态。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法，该方法利用了剂量仪系统，其中，剂量仪系统包括：云渲染服务器以及便携式剂量仪，

其中，云渲染服务器用于渲染三维场景模型以及储存三维场景数据，

其中，便携式剂量仪用于响应用户请求，请求包括：三维场景模型调用，可视化辐射场调用，以及路径规划，

路径规划方法包括：

利用便携式剂量仪调用储存在云渲染服务器中的三维场景模型并给予用户可操作的三维场景模型显示，

利用便携式剂量仪调用并输出与三维场景模型相关联的可视化辐射场，

利用便携式剂量仪进行路径规划请求并基于GPU加速技术实现人体器官级别的实时剂量和累计剂量计算。

根据一种优选的实施方式，在进行三维场景模型调用前，以扫描当前设备的位置信息的方式获取当前设备的三维坐标数据，

对三维坐标数据进行计算处理以转换为能够被云渲染服务器直接识别的数据格式，

向云渲染服务器请求预先储存的三维场景模型，

利用三维坐标数据调用相应范围内的三维场景模型。

根据一种优选的实施方式，基于辐射分布数据构建可视化辐射场，其中，辐射分布数据是通过测量获取的，该测量方法包括以下步骤：

基于在辐射环境中规划出用于测量的空间点位对空间点位的辐射分布进行测量得到初始辐射分布数据，

基于初始辐射分布数据模拟并补全未被测量部分的数据以获得全局辐射分布数据。

根据一种优选的实施方式，辐射场的可视化处理过程包括以下步骤：

建立三维空间坐标系，引入辐射分布数据并关联于三维空间坐标，

引入人体组织对各类射线的吸收剂量率，建立吸收剂量率与三维空间坐标系的函数关系，

根据辐射源数据对当前时刻的可视化辐射场进行修正，

将可视化辐射场与三维场景模型相关联，并以可被编辑的方式输出给用户。

根据一种优选的实施方式，路径规划方法包括以下步骤：

在与可视化辐射场相关联的三维场景模型中选定作业起止点和途径点并输入作业时间，

基于起止点和途径点坐标以及作业时间运算并规划出至少一条作业人员所受累计剂量最小的作业路径。

根据一种优选的实施方式，路径规划方法还包括剂量计算方法，其中，剂量计算方法是基于GPU加速的人体剂量评估技术实现实时剂量以及累计剂量的计算，能够基于人体剂量模型实现人体器官级别的剂量计算。

根据一种优选的实施方式，路径规划方法包括以下步骤：

建立吸收剂量与时间和空间的函数关系：

引入不同类型射线的辐射权重因子并对具吸收剂量求和得到器官的当量剂量，

引入器官权重因子并对各个器官的剂量当量求和得到人体总的有效剂量，取微分时间dt得到人体总的实时剂量，

对实时剂量进行时域上的积分得到人体的累计剂量。

根据一种优选的实施方式，路径规划方法还包括以下步骤：

基于作业人员的初始移动速度计算出作业人员在dt的时间范围内各个器官在t时刻所处的位置，并将该位置坐标关联于可视化辐射场的三维坐标系，

计算出每个器官的实时剂量以便于监测单个器官的实时剂量并判断是否过量，防止过量照射。

根据一种优选的实施方式，基于可视化辐射场景的实时路径规划装置包括剂量仪系统，其中，剂量仪系统包括：

便携式剂量仪，用于响应用户请求，请求包括：三维场景模型调用，可视化辐射场调用，以及路径规划，

云渲染服务器，用于渲染三维场景模型以及储存三维场景数据。

根据一种优选的实施方式，便携式剂量仪包括：用于对当前作业环境中的设备以及人员进行定位的定位模块；用于处理三维场景模型数据和可视化辐射场数据，以及进行路径规划和剂量计算的计算模块；用于建立便携式剂量仪和云渲染服务器之间的连接的数据传输模块；以及用于显示三维场景模型以及可视化辐射场的显示模块。优选地，计算模块能够接收定位模块定位的坐标信息并通过数据传输模块从云渲染服务器中调取相应的三维场景模型，其还能够基于辐射分布数据构建与三维场景模型的坐标相关联的可视化辐射场并通过显示模块输出。

本发明的有益技术效果：

本发明解决了辐射环境下传统作业过程中的若干问题：无法可视化地展示作业环境的剂量分布；难以统计作业人员的实时剂量和累计剂量；难以给出可视化的作业路径。本发明基于用户手持的便携式剂量仪，在辐射环境作业过程中，用户能够查看当前所处在三维场景的位置，周围辐射剂量分布，人员当前实时剂量和累计剂量，用户能够基于剂量仪对辐射环境下操作过程所受剂量进行分析计算，给出最优操作路径和防护方案。用户能够设定多种辐射场可视化的方式，系统以不同的颜色显示辐射场的分布；相关记录数据能够通过显示模块直观地展示给用户，从而最大限度的保证人员在辐射环境下的安全性，为辐射环境下作业方案设计以及事故响应策略的制定提供支持。

本发明利用了基于人体模型的剂量评估方法，能够实现人体器官级别的剂量计算，使得在作业过程中能够实时查看各个器官受到的实时剂量和累计剂量，以便于作业人员能够清晰直观地判断当前的辐射环境是否会对其器官造成伤害。同时本发明还可以通过设置实时剂量和累计剂量提醒功能，以使得作业人员始终在其身体允许的剂量范围内实施作业。通过以上设置，也减轻了作业人员的心理负担，便于在危险场景中保持良好的作业状态。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的剂量仪系统的简化模块连接关系示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的便携式剂量仪的简化模块连接关系示意图。

附图标记列表

1：便携式剂量仪；2：云渲染服务器；10：剂量仪系统；11：定位模块；12：计算模块；13：数据传输模块；14：显示模块。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

如图1所示，一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法及装置，其至少包括用于调取三维场景数据和辐射分布数据并以可视化的方式加载到便携式剂量仪1上的剂量仪系统10。

根据一种优选的实施方式，剂量仪系统10包括用于储存作业场景的三维场景模型的云渲染服务器2，以及与云渲染服务器2建立通信连接并能够展示三维场景和可视化辐射场且规划最优作业路径的便携式剂量仪1。优选地，云渲染服务器2内预先储存有放射性作业场景的三维场景模型，该三维场景模型包括三维虚拟环境以及相关设施设备的模型。优选地，便携式剂量仪1能够通过定位设备扫描现场的作业环境并根据扫描到的场景模型从云渲染服务器2中调取相应范围内的三维场景模型。优选地，便携式剂量仪1访问云渲染服务器2以加载相应的模型数据进行可视化，进一步优选地，用户能够在便携式剂量仪1中对加载的三维场景模型进行基本的旋转、剖切、测量等操作。该剂量仪系统10基于自身的三维引擎，能够兼容多种格式的三维场景模型，并对三维场景模型进行轻量化处理以方便用户在便携式剂量仪1中进行浏览查看以及操作。

根据一种优选的实施方式，剂量仪系统10内存储有辐射分布数据并且能够基于自身的算法对辐射分布数据进行处理并与三维场景模型的空间坐标相关联。优选地，辐射分布数据是通过预先测量并储存至剂量仪系统10中的，其至少需要涵盖辐射场数据和辐射源数据，从而剂量仪系统10能够根据上述两种类型的辐射分布数据较为完整地构建可视化辐射场。优选地，辐射分布数据中需包含坐标信息，从而构建可视化辐射场时将坐标信息与三维场景模型的空间坐标相关联，以使得可视化辐射场和三维场景模型各处是一一对应的。优选地，该辐射分布数据包括MCNP5辐射数据以及辐射热点数据等，进一步优选地，针对MCNP5辐射数据，本实施例下的剂量仪系统10支持多种坐标系下的数据处理。优选地，在便携式剂量仪1加载场景的三维场景模型时，剂量仪系统10能够自动调取相应的辐射分布数据，将辐射分布数据按照与相应的三维场景模型的空间坐标相关联的方式同步展示在便携式剂量仪1上。

根据一种优选的实施方式，剂量仪系统10将辐射分布数据关联于三维场景模型的同时将辐射分布数据进行可视化操作，以展现可视化的辐射场。优选地，该可视化辐射场的表现模式可以被设置为多种模式，例如，纹理渲染模式、热力图模式、点云模式、粒子云模式等。优选地，剂量仪系统10支持辐射场剂量分布的编辑，例如，针对空间不同位置的不同剂量分别赋予相应的颜色，使得可视化的辐射场能够更加显著地反应剂量的空间分布以及剂量分布的深度。优选地，剂量仪系统10还支持可视化辐射场的剖切，从而使用户更加明确地查看不同高度、不同角度位置的剂量分布情况。

根据一种优选的实施方式，如图2所示，便携式剂量仪1包括：用于对当前作业环境中的设备以及人员进行定位的定位模块11；用于处理三维场景模型数据和可视化辐射场数据，以及进行路径规划和剂量计算的计算模块12；用于建立便携式剂量仪1和云渲染服务器2之间的连接的数据传输模块13和用于显示三维场景模型以及可视化辐射场的显示模块14。

优选地，计算模块12能够计算定位模块11所定位的作业场景的三维坐标数据，并对三维坐标数据进行处理后发送至数据传输模块13，同时计算数据传输模块13从云渲染服务器2请求回便携式剂量仪1的三维场景模型数据，以转变为能够在便携式剂量仪1上显示的数据格式；其还能够关联可视化辐射场数据和三维场景数据，接受用户的路径规划请求进行处理并计算出辐射场中的最优工作路径，同时将该路径信息关联至三维场景模型；优选地，计算模块12连接于显示模块14，并能够基于显示模块14将计算所得到的数据信息发送给显示模块14渲染，以使得显示模块14能将用户所需要的信息转换为视频信号展示在屏幕上。

实施例1

根据一种优选的实施方式，在进行路径规划之前，需要获取当前被作业设备以及作业人员的在真实场景中的坐标数据，以使得剂量仪系统10能够根据该坐标数据调用与当前场景对应的三维场景模型以及对应的可视化辐射场，因此，优选地，可视化辐射场中的路径规划方法包括一种定位方法，优选地，该定位方法包括以下步骤：

S11：定位模块11扫描当前设备的位置信息，优选地，该信息可以被储存在二维码中，获得当前环境中实物的位置信息并解析为三维坐标数据。优选地，定位模块11中用作扫描的元件可以是激光扫描设备，或者是光学图像捕捉设备(摄像机)。

S12：定位模块11将扫描当前设备得到的初始三维坐标数据传递给计算模块12，计算模块12对初始三维坐标数据进行数据转换计算以得到处理后的三维坐标数据。优选地，处理后的三维场景数据能够直接被云渲染服务器2识别。

S13：计算模块12将处理后的三维坐标数据发送给数据传输模块13，同时向数据传输模块13发送用于向云渲染服务器2请求预先储存的三维场景模型的指令。优选地，数据传输模块13接收指令将计算模块12处理后的三维坐标数据发送给云渲染服务器2，同时等待请求结果。

S14：云渲染服务器2接收数据传输模块13发来的当前作业环境的三维坐标数据，将接收到的三维坐标数据同预先储存在云渲染服务器2中的三维场景模型的坐标进行比对。优选地，云渲染服务器2判断并调用与当前作业环境的三维坐标匹配的三维场景模型，优选地，调用的三维场景模型是全部三维场景模型的一部分，以使得当前的三维场景模型足够轻量化，便于进行数据处理以及传输和渲染显示。优选地，云渲染服务器2将匹配的三维场景模型数据通过数据传输模块13传输给便携式剂量仪1。

S15：便携式剂量仪1加载其通过数据传输模块13从便携式剂量仪1请求回本地的三维场景模型并通过显示模块14渲染为能够通过屏幕查看和操作的三维场景模型。

优选地，在上述步骤之中，用户只需要进行第一步操作，即通过使用便携式剂量仪1中的定位模块11就能够在系统的自动运行流程下获得用户所在的作业环境的三维场景模型。优选地，用户可以通过显示模块14对三维场景模型进行旋转、剖切以及测量等操作。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

根据一种优选的实施方式，剂量仪系统10能够对不可视的辐射场进行可视化操作以便于用户直接在显示模块14上观察辐射场的分布状态并可以对可视化辐射场进行旋转、剖切等操作以便于从不同的角度以及不同的深度观察辐射场的剂量强度，在开始作业前，能够对作业环境的安全系数进行一个初步的人为评估，为规划合理的作业路径提供一个有效的判断依据。

根据一种优选的实施方式，辐射环境中的辐射分布数据是预先储存在剂量仪系统10中的，以便于在需要使用时，剂量仪系统10能够直接调用已有的辐射分布数据。优选地，该辐射分布数据可以是预先通过测量获得并录入剂量仪系统10的。可选地，辐射场的测量能够通过以下方式进行：预先在辐射环境中规划出用于测量的空间点位，优选地，用于测量的空间点位可以按照等距的方式划分，在有限次测量获取的初始辐射分布数据基础上，通过模拟补全相应空间中未被测量部分的数据以获得全局辐射分布数据。技术人员手持探测器测量作业环境中每个空间点位的能量强度以及对应的射线种类，并将对应的信息记录至便携式储存设备中；或者可以通过智能机器人代替人工作业，在未进行辐射测量的环境中能够避免人工作业而受到过量辐射照射的风险。

优选地，辐射场的测量还包括获取辐射源的分布信息、辐射源项的主要核素以及核素活度。优选地，辐射源的分布信息还可通过人工现场测量的形式得到，由人工录入至便携式储存设备中。辐射源项可以由¹¹⁰Ag、⁵⁸Co、⁶⁰Co等多种核素构成，随着时间沉积，核素的活度也会发生变化，例如，短寿命的核素由于衰变使得核素的活度变小(长寿命核素活度的衰变变化在短时间内则可以忽略)；或者由于核设施的持续运行生成放射性物质并对既有的环境辐射量产生增益。

优选地，将便携式储存设备内储存的辐射场数据以及辐射源数据导入至剂量仪系统10中，剂量仪系统10对辐射场数据以及辐射源数据进行可视化处理。优选地，该可视化处理过程包括：

S21：计算模块12调用辐射场数据以及辐射源数据并将其转化为剂量仪系统10可直接识别的数据类型。

S22：建立三维空间坐标系，引入辐射场数据以及辐射源数据构建为三维的可视化辐射场，优选地，剂量仪系统10支持多种坐标系下的数据处理，例如，三维笛卡尔坐标系、球坐标系。进一步优选地，由于辐射场的发散性质，采用球坐标系构建可视化辐射场，以使得数据处理过程更加简便、快速。

S23：优选地，引入人体组织对各类射线总的吸收剂量率，即各类射线在人体中单位质量组织及单位时间内由于电离辐射而沉积的能量总和。优选地，该可视化辐射场是三维坐标下吸收剂量率的函数，具体而言，选定一个具体的三维坐标点(r，θ，φ)，即能够得到该三维坐标点对应的吸收剂量率。优选地，将该可视化辐射场通过如下函数关系式表达吸收剂量率与球坐标系的关系：D＝ψ(r，θ，φ)，其中D表示空间中某一点人体组织的吸收剂量率。因此，在该可视化辐射场中，确定一个坐标点即能够得出吸收剂量率。

S24：优选地，剂量仪系统10还能够根据辐射源数据对当前时刻的辐射场进行修正，例如，在考虑辐射源的衰变情况下，根据不同的辐射源的衰减性质计算从初始测量到现在时刻的时间差并根据该时间差计算出当前的辐射源活度，并导入预先构建的可视化辐射场对其进行修正。

S25：优选地，剂量仪系统10可以在加载三维场景模型时同时加载可视化辐射场。优选地，剂量仪系统10中的计算模块12能够将可视化辐射场的坐标进行建议计算并与三维场景模型的空间坐标相关联，进一步优选地，计算模块12能够将可视化辐射场的球坐标系转换为三维直角坐标系并与三维场景模型的三维直角坐标系相关联。

S26：优选地，显示模块14获取关联后的可视化辐射场和三维场景模型并通过屏幕输出给用户。优选地，该可视化辐射场的表现模式可以被设置为多种模式，例如，纹理渲染模式、热力图模式、点云模式、粒子云模式等。

S27：优选地，用户可通过显示模块14对可视化辐射场进行编辑，例如，针对空间不同位置的不同剂量分别赋予相应的颜色，使得可视化辐射场能够更加显著地反应剂量的空间分布以及剂量分布的深度。优选地，用户还可以通过显示模块14对可视化辐射场进行剖切，以便于更加明确地查看不同高度、不同角度位置的剂量分布情况。

实施例3

本实施例是对起实施例2的补充说明，重复的内容不再赘述。

根据一种优选的实施方式，用户可通过便携式剂量仪1对作业场景进行路径规划，以在作业过程中获取最优的工作路径，减少人体所受照射的有效剂量。最优工作路径的规划可由剂量仪系统10实现，优选地，在加载完三维场景模型以及对应的可视化辐射场之后，剂量仪系统10能够根据用户指定的作业起点、作业终点、作业途经点、以及用户的预定作业时间计算出用户在作业过程中所受的有效剂量，模拟出至少一条供用户选择的作业路径，其中，用户总共所受照射有效剂量累计值最小的路径称之为最优作业路径。优选地，在执行路径规划时，剂量计算的部分可由计算模块12完成。

根据一种优选的实施方式，剂量仪系统10的路径规划步骤可以如下：

S31：用户使用便携式剂量仪1获取作业场景的三维场景模型以及相应的可视化辐射场，从而得到即将进行作业的场景辐射情况。优选地，用户根据辐射情况能够对作业环境进行一个初步判断以得到用于规划作业路径的起止点和途经点。优选地，用户在便携式剂量仪1上标识出作业起止点以及途经点，进一步优选地，作业起止点以及途经点的标识方式可以是在触摸屏中直接选定，也可以是输入相应的坐标。优选地，在本实施例中，三维场景模型中的每个可选的途经点均对应至少一个承装有辐射源的待检修、维护或者屏蔽的设备，工作人员将在途经点位置处作业。

S32：用户向剂量仪系统10输入预定作业时间，优选地，该作业时间包括在每个途径点的停留时间。

S33：剂量仪系统10获取用户在三维场景模型中标识的起止点和途经点坐标，计算模块12接收用户的路径规划请求并响应路径规划请求，开始结合可视化辐射场以及三维场景模型对起止点、途经点，以及相应的作业时间进行运算并规划出至少一条待选路径。需要说明的是：生成的待选择路径至少能够从可视化辐射场的边缘开始并经过可视化辐射场内部，再以可视化辐射场的边缘结束，以使得作业人员身处于放射性的场景中时都能够按照规划的最优路径进行作业以接受最小的有效剂量。

S34：剂量仪系统10将规划的最优路径结果通过显示模块14输出展示，以便于用户直观地查看作业路径。

实施例4

根据一种优选的实施方式，在进行路径规划时以及作业人员开始作业时，剂量仪系统10能够基于其已经加载完毕的三维场景模型和可视化辐射场，评估作业人员所受剂量，以便于规划出剂量最小的作业路径，同时方便作业人员在作业过程中实时查看自身所受的剂量，实现辐射防护最优化。优选地，计算模块12能够根据用户选择的路径调用该路径上的可视化辐射场数据，该可视化辐射场数据至少包括辐射场的分布数据以及辐射源的分布数据。优选地，计算模块12能够在三维场景模型中模拟出人体的各个器官在上述路径中跟随人体移动而扫掠过的空间范围，同时获得各个器官在单位空间的路径上停留的时间并依据该单位空间中的辐射剂量率计算出人体器官所受到的实时剂量，实时剂量对时间积分则得到累计剂量。优选地，计算模块12能够同时计算实时剂量以及累计剂量，并将计算结果以曲线的形式输出于显示模块14上。

根据一种优选的实施方式，基于GPU加速的人体剂量评估技术计算人体的实时剂量以及累计剂量。优选地，采用CUDA等GPU加速技术，基于人体剂量模型，对相关器官体素进行识别存储。优选地，其调用三维场景模型，计算器官包围盒中的体素剂量，即，每个器官接受的剂量，从而实现人体器官级别的剂量评估计算。

优选地，人体某一器官在某种射线作用下的吸收剂量可以表示为时间和空间的函数，吸收剂量乘上对应射线的辐射权重因子可以得到器官的当量剂量，对人体的所有器官的当量剂量乘上器官权重因子并进行求和获得人体总的实时剂量(剂量评价时间取微分时间dt)：

其中，D_T,R表示射线类型为R的器官T的平均吸收剂量，

表示函数关系。ω_R为辐射权重因子(衡量不同射线在人体中造成的辐射效应强弱)，H_T表示器官T的当量剂量。D_eff为人体总共的有效剂量(度量时间取微分时间dt，则表示实时剂量)，ω_T表示器官权重因子。在实时剂量的基础上对时间积分获得人体的累计剂量，优选地，选定的积分上限时刻为当前时刻，则该累计剂量可以表示为时间的函数：

其中，P表示累计剂量。

根据一种优选的实施方式，剂量计算包括进行路径规划时的静态计算以及开始作业时的动态计算，其中，静态计算是剂量仪系统10执行最优路径规划时的剂量估算；动态计算是实时定位作业人员并根据其移动的距离和时间实时计算作业人员受到的剂量。

优选地，动态计算的步骤可以如下：

S41：先进行进入辐射场之前的调零处理，即以作业路径的起点为计算的初始点

S42：剂量仪系统10监测作业人员的作业移动轨迹，该监测可以通过定位模块11扫描现场设备上的二维码得到当前设备的位置信息，进一步获取到当前作业人员身处的位置。

S43：获取作业人员的初始移动速度，根据移动速度计算出作业人员移动时在dt的时间范围内各个器官在t时刻的位置，将作业人员位置坐标关联至可视化辐射场的三维坐标，从而得到当前作业人员所处环境的辐射剂量率。优选地，结合人体的器官权重因子计算出人体各个器官的实时剂量，以便于实时监测每个器官的实时剂量，防止某些易受辐射损伤的器官接受过量的辐射照射引起急性放射病等危害极大的状况发生。

S44：在作业人员进入第一个途经点进行施工作业时，可先使用便携式剂量仪1中的定位模块11扫描设备上的二维码，剂量仪系统10记录本次扫描的时刻，袋作业人员离开第一个途径点之前，可进行第二次扫描操作以使得剂量仪系统10记录离开时刻。优选地，在本步骤完成后重复步骤S43。

优选地，每一个途径点的计算都是S43和S44的重复实现。优选地，在计算实时剂量时也同时计算累计剂量，并能够通过显示模块14直观地展示给作业人员。

实施例5

根据一种优选的实施方式，由于瞬时的大剂量照射和叠加的累计剂量在超过一定范围内时都会对人体的健康产生危害，因此，可以在剂量仪系统10中设置提醒功能，以保证作业人员始终处于可以接受的剂量范围内。优选地，提醒功能的实现步骤如下：

S51：在剂量仪系统10中输入阈值，该阈值包括瞬时剂量阈值以及累计剂量阈值。

S52：在作业过程中，当实时剂量超过瞬时剂量阈值时，则提醒功能迅速给予作业人员提醒；当累计剂量超过累计剂量阈值的某一比例时，则同样给予作业人员提醒，优选地，该比例被配置为50％以保证作业人员能够有充足的时间原路返回。优选地，该提醒功能可以通过声光的方式刺激人体感官实现。进一步优选地，对于实时剂量超出的提醒和对于累计剂量超出的提醒可以分别设置为不同类型的声音和光线，以便于作业人员区分。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种基于可视化辐射场景的实时路径规划装置，其特征在于，利用了剂量仪系统(10)，其中，剂量仪系统(10)包括：云渲染服务器(2)以及便携式剂量仪(1)，

其中，云渲染服务器(2)用于渲染和储存三维场景模型，

其中，便携式剂量仪(1)用于响应用户请求而执行模型调用和路径规划操作，所述用户请求包括：三维场景模型调用、可视化辐射场显示和/或路径规划，

其中，便携式剂量仪(1)基于用户请求调用储存在云渲染服务器(2)中的部分三维场景模型并将可视化辐射场关联于所述三维场景模型，从而加载并显示为可供用户进行查看、旋转、剖切操作的形式。

2.根据权利要求1所述的实时路径规划装置，其特征在于，所述便携式剂量仪(1)包括：

定位模块(11)，用于对当前作业环境中的设备以及人员进行定位，

计算模块(12)，用于处理三维场景模型数据和可视化辐射场数据，以及进行路径规划和剂量计算，

数据传输模块(13)，用于建立便携式剂量仪(1)和云渲染服务器(2)之间的连接，

显示模块(14)，用于显示三维场景模型以及可视化辐射场，

其中，所述计算模块(12)能够接收定位模块(11)定位的坐标信息并通过数据传输模块(13)从云渲染服务器(2)中调取相应的三维场景模型，其还能够基于辐射分布数据构建与所述三维场景模型的坐标相关联的可视化辐射场并通过显示模块(14)输出。

3.一种基于可视化辐射场景的实时路径规划方法，其特征在于，

所述路径规划方法包括：

利用便携式剂量仪(1)调用储存在云渲染服务器(2)中的三维场景模型并给予用户可操作的三维场景模型显示，

利用便携式剂量仪(1)调用并输出与所述三维场景模型相关联的可视化辐射场，

利用便携式剂量仪(1)进行路径规划请求并基于GPU加速技术实现人体器官级别的实时剂量和累计剂量计算。

4.根据权利要求3所述的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在进行三维场景模型调用前，以扫描当前设备的位置信息的方式获取当前设备的三维坐标数据，

对所述三维坐标数据进行计算处理以转换为能够被所述云渲染服务器(2)直接识别的数据格式，

向云渲染服务器(2)请求预先储存的三维场景模型，

利用三维坐标数据调用相应范围内的三维场景模型。

5.根据权利要求4所述的路径规划方法，其特征在于，基于辐射分布数据构建可视化辐射场，其中，辐射分布数据是通过测量获取的，该测量方法包括以下步骤：

基于在辐射环境中规划出用于测量的空间点位对所述空间点位的辐射分布进行测量得到初始辐射分布数据，

基于初始辐射分布数据模拟并补全未被测量部分的数据以获得全局辐射分布数据。

6.根据权利要求5所述的路径规划方法，其特征在于，辐射场的可视化处理过程包括以下步骤：

建立三维空间坐标系，引入辐射分布数据并关联于三维空间坐标，

引入人体组织对各类射线的吸收剂量率，建立吸收剂量率与三维空间坐标系的函数关系，

根据辐射源数据对当前时刻的可视化辐射场进行修正，

将可视化辐射场与三维场景模型相关联，并以可被编辑的方式输出给用户。

7.根据权利要求6所述的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在与可视化辐射场相关联的三维场景模型中选定作业起止点和途径点并输入作业时间，

基于起止点和途径点坐标以及作业时间运算并规划出至少一条作业人员所受累计剂量最小的作业路径。

8.根据权利要求7所述的路径规划方法，其特征在于，所述路径规划方法还包括剂量计算方法，其中，剂量计算方法是基于GPU加速的人体剂量评估技术实现实时剂量以及累计剂量的计算，能够基于人体剂量模型实现人体器官级别的剂量计算。

9.根据权利要求8所述的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

建立吸收剂量与时间和空间的函数关系：

引入不同类型射线的辐射权重因子并对具吸收剂量求和得到器官的当量剂量，

引入器官权重因子并对各个器官的剂量当量求和得到人体总的有效剂量，取微分时间dt得到人体总的实时剂量，

对实时剂量进行时域上的积分得到人体的累计剂量。

10.根据权利要求9所述的路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

基于作业人员的初始移动速度计算出作业人员在dt的时间范围内各个器官在t时刻所处的位置，并将该位置坐标关联于可视化辐射场的三维坐标系，

计算出每个器官的实时剂量以便于监测单个器官的实时剂量并判断是否过量，防止过量照射。

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