基于物联网的测井放射源在线式智能监控系统研究

吕楠 吕幸端 李军

摘 要：本课题基于物联网技术，针对胜利测井公司施工作业中对放射源的管理需求，通过本课题的研究，解决测井放射源监控面临的主要难题及关键技术，解决放射源本体监控，以及远程观测监控中心多数据库、多任务、多用户、平台扩展和组织架构等一系列监测难题。

关键词：物联网；测井；放射源；智能管理

概述：放射性测井是石油工业与探矿工业的一项重要的测井工艺，是在油气勘探过程中进行的特殊的和带有一定风险的作业。放射源的使用不当或丢失会造成极大的环境危害和社会恐慌。因此，要对放射源进行严格有效的监管与控制，以保障环境与人身的安全。

1.问题的提出

《中华人民共和国放射性污染防治法》（2003 年）、《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》（国务院449 号令）等二十多部法律法规，严格规范了放射源的使用及管理全过程，对放射源的销售、购买、储运、使用、退役等均做了严格的规范要求，并明确了监管机构和责任部门。企业作为放射源的直接使用者，对放射源的监管负有最为重要而不可推卸的责任。

胜利测井公司是一个大型综合性专业技术服务公司，现有近百个装备精良的作业队伍，因测井作业的需要，常年使用大量放射源（总数量约260 枚），部分放射源活度极大，且需随施工车赴野外工地作业。目前其放射源日常管理主要以人工方式为主，程序繁琐，人员暴露时间长，而且工作责任巨大，护源人员心理负担较重，万一发生放射性源撒落等问题，将给国家造成不可估量的政治影响和经济损失，亟需研发基于物联网的放射性源在线智能管理系统。

2.原理与方法

物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

基于物联网技术，建设完成测井作业物联网控制平台和测井仪器车流动远程传输数据平台见图1。实现测井海量实时数据采集、处理、存储和业务分析一体化，能够支持移动3G技术的成熟和4G技术等多种网络通讯方式，通过该平台能够实现物联网在安全生产、环境保护、应急管理、安全防范等领域的快速应用推广，实现物联网和已有的建立在远程数据库上的各种测井应用系统实现无缝集成，充分发挥已有信息资源的价值，真正发挥物联网的“物物互联、感知世界”的核心价值。

通过GPS、GPRS、RFID、GIS、数据库技术的应用，对生产管理、安全、测井资料质量、放射源、车辆进行多方位监控，实施测井放射源双监控平台的管理，形成与源车、绞车、护源工的联动报警的全过程智能管理，提升QHSE管理水平 。

3.系统架构

3.1 国内外现状

在国外，美国核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission）和挪威放射性保护管理局（Radiation Protection Authority）相继推出了测井用放射源安全使用许可制度，对放射源的存放、监管、使用、运输以及回收等过程制定了详细的规范，同时为保护测井操作人员免于放射性伤害，制定了放射性保护和安全需求。在2005年IEEE工业技术会议上，推出了ALDS系统，主要应用于测井现场的密封放射源的自动泄露检测。国外还未见类似本课题研究内容的相关报道。

国内相关课题的研究主要集中在放射源源库监控，现场数据采集选用能监测各种放射性工作场所X、Y射线辐射剂量率的辐射剂量仪，将采集的数据通过GPRS发送到数据终端；或采用RFID射频系统或红外通讯系统在源库范围内实时监控放射源。国内，特别是对放射源在车辆运输过程中的实时监控研究较少，而在测井服务程序中，放射源从源库到井场的运输过程是一个非常重要的环节，极易造成放射源的丢失，因此放射源在运输过程中的监控研究势在必行，也是今后的发展趋势。

3.2 需求分析

一是建设测井放射源物联网平台，形成一套成熟的源库、源车监控、放射源本体监控软硬件系统、测井放射源物联网远程监控平台系统，以及相应的技术标准和操作规范。

二是实现源罐、源车、绞车与护源工、生产调度部门的实时、闭环、联动报警，提升测井作业的精细化管理水平。

图1 测井放射源物联网应用概念图

3.3 系统描述

该系统实现源罐、源车、绞车与护源工、生产调度部门的实时、闭环、联动管理。系统中RFID检测设别负责读取放射源电子标签中的信息，放射源辐射探测器确定源是否位于屏蔽罐（箱）中，二者信息融合为放射源的识别信息，再加上出入库、上下车以及放射源出库时录入的管理员、车牌号，车辆GPS定位信息、视频监控等其它信息，共同组成放射源的管理信息，这些构成了本系统数据管理的核心信息。

4.总体设计

4.1 设计目标

对监控目标（具体到哪个放射源）的监控总体要求是“源在哪里，监控就跟踪到哪里。”具体要求为：

（1）对每个源库，监控目标是否在源库里，其出入库情况。监控信息在源库本地显示，并上传到控制中心并形成数据记录。

（2）对每一辆源车，监控目标是否在源车上，源车的出入大门的情况，包括源车编号（牌照号）、车上所载放射源信息（源ID号）等。监控信息在值班室本地显示，并实时上传到控制中心，形成数据记录。

（3）源车外出期间，监控目标的异常。监控信息在车上本地显示，异常报警信息及时传给押运员，并上传到控制中心，形成报警记录。

（4）在控制中心，可通过计算机实时查询任意放射源的存储和使用情况；查询源车位置、车载放射源状况；自动显示异常报警信息并启动報警处置程序；生成放射源使用情况统计报表等。

4.2 设计原则

（1）实时性原则

放射源监测系统必须做到对放射源的储存、运输、异常情况等状态进行不间断的监测，并将监测信息实时传输至控制中心或值班室。

（2）可靠性原则

监测系统同时使用在线式辐射探测和放射源RFID（电子标签）管理两套监控装置，可实现放射源有无及放射源身份的双重识别。同时设计了重要数据的交叉验证机制，保证了系统的高可靠性。

（3）严密性原则

针对测井公司放射源储存、运输、施工等工作的每个操作环节，设计了相匹配的监测手段和智能化装置，以实现整个监测过程的无缝连接，杜绝监控漏洞，提高监控过程的严密性。

（4）高效性原则

在各个监测位置设计了自动辐射监测装置和总线式（或红外）数据传输网络，并安装智能化控制终端，以实现出入库、进出院门和车载运输的自动化操作，将大大提高放射源管理工作效率。

（5）安全性原则

放射源的管理工作存在一定的危险性。以信息化、自动化的技术手段实现操作人员的远距离自动作业，尽可能缩短操作人员接触放射源的时间，是本系统设计时遵循的安全性原则。

4.4 系统架构

以监测系统所处的位置来划分，放射源监测系统包括：源库监测子系统、出入库管理子系统、源车监测子系统和测井放射源物联网远程监控平台系统等四部分。源库监测子系统安装于每个源库入口处，可对出入源库的放射源进行自动检测和登记；出入库管理子系统安装在车辆出入口处，用于对车辆的出入进行控制。源车监控子系统安装于每个源车上，可对放置于源车上固定位置的每一个放射源进行实时监测；测井放射源物联网远程监控平台系统安装于控制中心计算机，可对整个系统中源车及放射源的位置、状态等信息进行记录、储存、查询和异常报警等操作。

放射源的监测管理以源库为界限，记录外出源车所载有的放射源类型和数量以及返回源车的放射源类型和数量。在源库处记录的外出放射源的总数量应等于所有源车上放射源的数量之和； 在源库门口记录放射源出入源库和上下源车的情况，由源库监测子系统和源车监测子系统协同完成（出入库管理系統）。源车上的放射源上下车情况由源车监测子系统实时监控，在开启异常报警功能时，还能将放射源的异常移动向控制中心和押运员报警。

四个子系统的监测信息，包括放射源ID编号、放射源基本信息、出入库情况、上下车情况、源车位置、押运员、库房管理员、车牌号和作业时间信息等，均通过网络接口或3G无线通道发送到控制中心，并存入控制中心信息管理数据库中，共后续查询和管理使用。其中，源库位置固定，可采用内部局域网上传监测信息到控制中心发送数据；而源车运输放射源进行野外作业，移动范围大，因此，需通过3G等无线通信业务上传信息到控制中心见图3。

4.5 技术路线

在查阅国内外相关的技术文献，消化、吸收、借鉴国内外业已取得的研究成果的基础上，利用成熟软硬件技术和方法开展源库监控子系统、院门监控子系统和源车监控子系统的研究；重点对放射源本体监控技术和远程观测监控中心系统进行研究，主要思路是在目前成熟的软硬件基础上，进行硬件电路的集成设计和软件系统多数据库、多任务、多用户和平台可扩展功能的设计与实现，按照“设计-实现-实验-修改”的开发模式，逐步完善系统，探索建立一套适应胜利测井公司特点的测井放射源监控系统；由该系统的设计与开发，形成测井放射源监控的技术标准和操作规范。通过在测井公司源库、多个测井小队和远程观测监控中心部署该系统，验证研究成果并达到放射源丢失零事故的效果。

4.6 技术实现

该系统实现的技术关键，包括放射源本体GPS/GPRS跟踪定位技术（包括电路设计、机械加工、信号引入）；远程观测双监控数据库设计与开发技术； 放射源射线检测模块的设计与开发；远程观测监控系统应用软件开发与报警技术；远程观测监控系统组织机构架设与多任务平台扩展技术。

5.达到效果

（1）通过建设测井放射源物联网平台，形成一套成熟的源库、源车监控、放射源本体监控软硬件系统、测井放射源物联网远程监控平台系统。

（2）实现源罐、源车、绞车与护源工、生产调度部门的实时、闭环、联动报警，提升测井作业的精细化管理水平，其实际监控过程。

6.结论

通过本课题的研究，形成具有领先水平的测井放射源监控技术产品、技术标准和操作规范，最大限度的降低测井放射源丢失事故发生率，避免由于放射源丢失造成的人员健康受损带来的经济补偿，节约测井公司的生产运营成本，并最大限度的避免放射源丢失造成的社会不安定因素影响，对进一步提高测井公司和油田的安全生产水平，保障油田生产所需的稳定外部社会环境具有重要意义。

参考文献：

[1]《中华人民共和国环境保护法》

[2]《中华人民共和国放射性污染防治法》

[3]《国家应急平台体系信息资源分类与编码规范》（试行）

[4] 《国家应急平台标准体系框架》