分布式放射源安全监控体系的设计与研究

李 岩，杨 斌，侯跃新，李 钢，周冬亮

(黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨150010)

随着核技术应用的不断深入，核技术已广泛应用于工农业、石油勘探开发、医疗卫生、科考等行业，然而由于以往的放射源管理手段主要采用人工监管的方式，在监控过程中难免产生疏漏，因此导致放射源丢失或核辐照事故时有发生。而且由于放射源释放的射线无色无味，而且无法通过肉眼判断或身体感知，一旦人畜误接触放射源并受到较长时间的照射，就会给脏器带来严重的伤害甚至致死［1-3］。因此，如何实现对放射源的有效监管安全是我们急需解决的问题，信息化监控手段的发展为放射源的安全监管提供了新途径［4］。本文提出建设一种具有分布式系统结构，并综合运用物联网技术(如:GPRS、GPS、GIS、数据库、无线射频识别等技术)放射源安全监控体系，通过该体系的运作来实现对涉核企事业单位放射源的全方位综合监控管理。

1 监控体系设计

分布式放射源安全监控体系由硬件部分和软件部分构成。硬件方面:由放射源辐射剂量探测探头、监控终端仪表、无线网络模块构成，其中针对单独的非移动放射源采用定点监控仪表进行监控;针对相对集中的监控区域，采用连接多探头的监控终端仪表进行监控;针对移动放射源则采用可分离式的移动监控终端进行监控跟踪。软件方面:采用分布式结构设计的方法，利用Web Service及分布式设计实现系统的低聚性并降低系统的耦合度。底层数据库的建设由企业级数据库和监控中心数据库构成，组成分布式数据服务集群。在权限管理方面建立多层次的分级权限管理策略，支持环保部门和企业等多级别的监控管理需求。

1.1 系统功能划分

根据分布式放射源安全监控体系所要实现的功能特点，可将系统划分为如图1所示三个主要功能部分:控制终端、数据枢纽、控制系统。

1.1.1 控制终端

控制终端是该体系的重要组成部分之一，其主要功能有:

第一，实现剂量的跟踪监控，能够根据放射源辐射剂量的变化情况进行跟踪判断，当有数据超过预警限时可及时发出警报。

图1 分布式放射源安全监控体系功能结构图Fig.1 The distributed radioactive source security monitoring system function

第二，有效防止误辐照、放射源丢失、被盗等事故的发生。

第三，实时的视频监控系统使得企业及环保部门对辐射源工作现场的状况掌控变为可能。

第四，安防系统可有效达到阻隔非工作人员误入辐射区域的目的，并通过扫描身份认证模块来识别工作人员。

1.1.2 数据枢纽

数据枢纽是监控体系的数据组织基础，是连接控制终端和控制系统的枢纽，由空间数据库、业务数据库、数据管理工具等部分组成。其中，空间数据库主要存储与地理信息相关的数据元素;业务数据库则存储与系统运行相关的数据，它是整个体系运转的数据基石;数据管理工具主要负责对数据库中数据元、数据字典、数据模型、数据定义的操作与管理，同时实现对数据库的备份、恢复、同步等多项操作管理。

1.1.3 控制系统

控制系统是整个监控体系的管理者，主要负责对控制终端仪表的控制和系统行为的控制，位于体系的上层，由各种应用服务组成，包括综合监控子系统、后台管理子系统。综合监控子系统可实时监控放射源装置的位置、辐射剂量以及周围环境的实时状况，以及对监控终端仪表的远程控制等功能;后台管理系统主要实现对硬件设备的登记、发现与信息维护和参数配置等。

1.2 系统结构划分

分布式放射源安全监控体系的体系结构划分如图2所示:

图2 分布式放射源安全监控体系结构图Fig.2 The distributed radioactive source security monitoring system architecture diagram

辐射监控终端集数据采集、GPS定位、无线数据传输、远程控制、超限声光报警、短信报警等功能于一体。

视频监控系统由视频编码器和视频流传输模块构成，支持远程视频图像的调取和录像功能。

安防系统可对进入辐射区域的人员进行身份认证识别，阻隔非法人员进入工作现场;并可在安全事故发生时通知并警告区域内的工作人员撤离，锁闭放射源工作装置，防止射线的进一步泄漏。

应用服务中心由企业级服务中心和监控中心两级构成，企业级服务中心主要设置在监控布局较多并且分散的企业，一方面可以为企业自身提供应用服务支持，另一方面可为上级的监控中心提供基础统计数据。监控中心一般设立在环境监管部门，主要实现对辖区内企业的放射源的综合监管，实现对监控数据的汇总及统计分析。这样的布局方式一来可实现分布式管理，二来可有效降低主服务器的载荷并有效利用企业的现有资源。

综合监控子系统采用B/S结构开发，并利用Flash插件技术实现应用访问支持，中间层以Weborb为数据访问媒介，底层数据库采用MSSQL Server 2008进行设计，并采用层次化结构设计方案满足工作现场、企业、环保部门多级别的监控需求，并赋予不同的监管权限。

后台管理子系统由各种应用工具构成，负责平台的运行维护。

短信报警系统可在现场发生异常状况时向相关责任人发送报警短信息。

2 监控体系实现

分布式放射源安全监控体系采用“环保部门—企业—现场”三级模式进行设计，在不同的层次上授予不同的管理权限。

辐射监控终端由嵌入式控制模块、GPS模块、GPRS集成模块、计数管、LCD液晶显示屏、无线天线、控制电路、高压电源模块、串口、电源、开关按钮、声光报警装置等构成。其内部工作程序由中断计数、数据采集、数字滤波、数据平滑及校正、数据显示输出和GPS定位、无线数据收发等构成。其主要工作流程如图3所示:

图3 工作流程图Fig.3 Work flow chart

数据传输方式采用有线网络和无线网络相结合的方式，通过接入环保网的VPN专线实现点对点的数据传输。

数据的存储方式采用分布式设计，由现场、企业、监控三级存储构成。在现场采用存储卡作为存储媒介缓存一定时期的数据;部署在企业的数据服务器主要对企业内部的所有监测数据进行存储与管理;监控中心服务器采用服务器集群存储汇总数据。

综合监控子系统利用采集的数据，对放射源进行定位跟踪及剂量的实时监测，并提供即时查询功能，可查询当前放射源的位置、隶属单位、数据传输时间、上下限等。此外，平台还具有多用途的报警功能，例如:可根据放射源的不同设置、不同的报警上下限且相应的报警方式也不同，除在界面上显示报警信息外，还可以通过短信、发出警报声音等方式告知监管人员监控现场发生了异常状况。系统还提供了对历史查询的功能，以列表或图形等多种方式展示查询结果，并支持TXT、EXCEL等格式导出。在基础信息管理方面提供了对在用放射源的出厂信息(生产厂家、放射源编码、出厂活度，以及采用的何种核素、标定时间等)、放射源使用单位信息管理(购置时间、单位地理位置、上级主管部门、内部管理机构及联系人、应急响应机构及应急预案)等信息的检索，并且具有录入、修改、删除和查询等功能。对于现场的监控视频则支持远程实时查看、定点存储和回放录像等功能，从而对涉源企业放射源的监管工作起到了监控、督促的作用。

3 结论

分布式放射源安全监控体系研究与开发工作得到了省、市环保部门的关注和支持。目前已在哈尔滨市范围内投入应用，现阶段哈尔滨半数以上放射源都处于该体系的监管中。分布式放射源安全监控体系的设计与研究工作为辐射安全监管部门提供了新的管理手段，并从根本上减少了辐射安全事故发生的可能，对于安全合理利用放射源、促进核工业发展、构建和谐社会具有重要的意义。

［1］ 潘自强.放射源安全管理中一些问题的讨论［J］.辐射防护，2002，22(5):257—262.

［2］ 从慧玲，张金涛，刘新河，等.我国核工业废放射源安全管理［J］.辐射防护，2002，22(5):263—268.

［3］ 王笑军，，邢亚娟.哈尔滨市放射源安全管理现状与对策［J］.环境科学与管理，2006，31(4):18—20.

［4］ 方东.保障辐射环境安全的放射源在线监控管理系统［J］.环境监控与预警，2011，3(4):26—29.