物联网技术在放射源在线监管中的利用

引 言

近年来辐射和核安全事故时有发生，进行工业探伤、地质勘探、石油测井作业的辐射装置在日常使用中更容易产生问题。放射源监管是环保领域的一个重要环节，尤其是移动放射源的监管，目前在国内仍是一个疑难问题，如工业探伤机， 作业地点非常杂散，对放射源运输、作业、泄露、丢失等情况不能形成有效实时的在线监管，往往造成事态反应不及时， 原因追溯不清晰等现象。因此，开发一套对放射源储存、移动及使用状况进行实时监管的信息管理系统是非常重要的。

1 放射源在线监管系统研发背景

随着辐射技术在医疗卫生、地质勘探、工业探伤、油井作业等领域的大面积推广和使用，基于社会安全，对放射源特别是移动放射源的安全监管日益迫切。目前主要是以使用企业日常管理为主，政府监管部门定期现场检查为辅，监管部门不能实时掌握移动放射源的辐射剂量和位置状态。

在放射源的管理中，放射源的位置监控、放射源的辐射剂量率监控、放射源信息管理、放射源异地使用管理都是监管部门亟待解决的问题。

针对以上问题，从国家核安全管理的需求考虑，为实现对放射源的统一监管，有效提高环保部门的放射源监管水平和效率，为放射源的科学管理提供可靠技术手段，降低放射源丢失、被盗等事故发生机率，保障用源企业工作场所辐射安全，减免对人身安全的隐患，我公司研制了一套利用物联网技术实现放射源在线监管的管理信息系统，目前已在宁夏、青海、河南等省区的多个行业进行推广使用，取得了良好的效果。

2 放射源在线监管系统的总体技术框架

2.1 需求分析

(1) 以物联网技术为支撑，研制功能齐全的放射源在线监管系统。

(2) 督促使用单位加强对放射源进行全面、系统的管理工作，提高放射源监管水平，降低放射源安全事故发生率， 最大程度保障广大人民群众的生命财产安全。

(3) 为环保部门提供高效管理手段，利用 RFID 技术、GIS技术、3G/4G通信技术对移动放射源的存储、作业、运输状况进行实时监管，全方位保证放射源使用安全。

2.2 技术框架

移动放射源在线监管系统解决方案是在结合了国内、国外放射源管理的先进经验的基础上，以环保部核安全局已经实行的“一源一卡”放射源统一身份管理为依托，在全国联网的“放射源动态跟踪管理信息平台”基础上扩展用于移动放射源在线监控和实时监控方案。

系统采用物联网、GIS（地理信息）、RFID（电子标签）、辐射剂量采集、GPS 全球定位、3G 无线通讯、多传感融合等先进的技术手段，以实现移动放射源在存储、运输、作业环节中的管理为目标，推出包括放射源在静置、移动、室内、室外、运输等各种情况的在线监控管理统一平台化软件与配套设备。

2.3 系统组成

2.3.1 系统架构

放射源在线监管系统是通过放射源在线监控管理平台软件与终端配套设备，对放射源在运输、使用等环节进行全天候、高密度的监管，放射源在静置、移动、室内、室外、运输等全过程应用当中，都分别采用不同的监管设备组合与软件平台一起，进行全方位的数据采集、平台展示、信息推送，以达到放射源实时监管的目的。

放射源在线监管系统由硬件终端设备、通信系统、中间服务器、放射源在线监管软件平台组成，如图 1 所示。

2.3.2 多功能监管电子标签

(1) 内置有源 2.4 GHz 电子标签，存储放射源的基本信息。

(2) 内置 3G移动数据通信模块，可在放射源出现异常情况下向监管系统发送实时的地理位置和放射剂量数据。

(3) 内置 GPS模块，可为放射源提供地理位置数据。

(4) 内置放射剂量采集模块，可实时采集电子标签周围的放射剂量数据。

(5) 电子标签具备常规电池和应急电池，常规电池可保证电子标签在监管状态时能够工作至少半年以上，在实时放射剂量测量状态下可至少工作半年以上，在报警定位状态下可至少工作 24小时以上。

(6) 电子标签具备重力传感、振动传感功能，在受到锤击、跌落、振动时报警。

(7) 电子标签具备防水、防尘、防暴功能，可在野外恶劣环境下工作。

(8) 电子标签具有无线充电功能，在内置电池电压过低时，可采用配套的无线充电器对其内部电池进行充电。

(9) 电子标签可以多种方式安装在探伤机及其他移动放射源设备上，提供各种放射源设备的安装支架。

2.3.3 智能运输监管铅箱

该铅箱主要用于放射源（如探伤机）在移动或运输过程中对放置在铅箱的放射源进行不间断的在线监控。

(1) 监管用铅箱具有放射剂量采集报警装置，可实时对铅箱内的放射源进行监测，一旦发生放射性泄露，立即开始报警，采用防护方式打开铅箱进行报警。

(2) 具备对铅箱内的放射源进行监控的功能，监控放射源是否在铅箱内。

(3) 监管铅箱自带 3G移动数据通信和 GPS，在移动过程中会将地理信息以及铅箱内的放射源状态实时发送到监管平台。

(4) 监管铅箱集成了无线充电模块，可对放置在内的放射源电子标签进行充电。

(5) 监管铅箱具有加强放射性防护功能。

2.3.4 手持式智能监管终端（PDA）

手持放射源监管终端（PDA）可以实时监控作业范围内的放射源，采集作业区域的放射剂量，并将作业现场状态和数据以及地理位置信息实时上传到监管平台。该终端具有以下特点：

(1) 基于 Windows 或Android 操作系统；

(2) 3.5 寸LED 大屏幕液晶显示；

(3) 内置 3G通讯模块，具备电话、短信功能；

(4) 内置 GPS模块；

(5) 内置放射剂量采集模块；

(6) 内置 200万像素摄像头，可摄像、拍照；

(7) 可实时上传现场视频、图片和声音；

(8) 可显示所在区域的放射源状态和放射剂量；

(9) 具有 2 500 mAh电池，可连续工作 10小时以上。

2.3.5 智能监管库房终端

放射源智能监管库房终端主要用于无人值守的放射源库房，具有太阳能发电系统，可以在无供电环境的野外放射源库房中使用，放射源智能监管库房终端在无太阳光的状态下可连续工作 15 天以上。

放射源智能监管库房终端具有如下功能：

(1) 具有 RFID读卡器，可用于多功能监管电子标签识别和人员识别；

(2) 内置 GPS模块；

(3) 具有 3G通讯功能；

(4) 具备电子门磁感应装置，当库房门打开后，终端会将开门信息发送到系统平台；

(5) 可在恶劣环境下工作。

2.4 系统工作过程

放射源存储及作业过程监管

放射源作业过程监控示意图如图 2所示。

图 2放射源作业过程监控示意图

安装在辐射装置上的电子标签，集成了辐射剂量检测、GPS 卫星定位、GPRS 移动数据通信三个功能模块。通过移动通信网络，辐射装置的辐射剂量率和位置信息会在经过加密后发送到监管平台中存储。在现场作业过程中，电子标签会每隔几分钟就上传一次数据，确保上端平台能够及时掌握现场放射源各种信息。

2.4.2 放射源运输过程监管

当放射源在不同的现场作业，需要进行一定距离的运输时，通过一个智能运输铅箱，在运输过程中，自动监测放射源的剂量情况，并随时上报铅箱的其他相关监测信息。运输过程监控示意图如图 3 所示。

图 3 放射源运输过程监控示意图

另外，为了防止铅箱在运输过程当中丢失，护送人员将手持PDA 打开，对铅箱进行监管，一旦超出特定的监控距离， 由PDA 及时报警。以此保证使用手持监管终端的工作人员始终在运输监控区域内，防止在辐射装置运输时被盗或丢失。

3 放射源在线监管系统发挥的管理作用和社会效益

放射源在线监管系统对完善放射源监管，促进辐射应用行业健康发展，建立放射源安全监管的长效机制，保证人民的生命财产安全和社会的和谐稳定具有重要意义。

(1) 保障放射源储存、运输、使用的安全，避免和减少安全事故的发生；

(2) 帮助消除放射源管理安全隐患，提高放射源使用效率，降低人员看护成本；

(3) 可随时对放射源的储存、运输和使用情况进行查询、统计和分析，方便放射源管理人员随时了解、掌握放射源使用状况；

(4) 在出现放射源丢失事故后，可通过查阅放射源全程监控数据，分析原因，采取有效补救措施；

(5) 在有限的人力资源情况下，不用到现场，利用电子监管平台，即可知道放射源的储存、运输和使用情况，大大提高了对放射源监管的针对性和有效性；

(6) 显著提高了环保单位人员工作效率，有效解决了安全监察中人员严重不足导致对放射源监管难以监控评估的问题。

结 语

放射源在线监管系统采用了先进的物联网技术，可实时采集放射源储存、运输和使用过程中的各类数据，记录放射源的状态，可对异常数据提前报警；当发生放射源丢失事故后， 及时通知相关部门，并实时跟踪放射源运动轨迹，提高搜救效率，降低事故造成的损失，尽可能保证人民群众的生命财产安全。

通过放射源在线监管系统，实现对放射源管理的全过程监管，提高放射源使用安全性，对人民群众安全有极大保障， 具有广泛的应用前景。