一种核辐射监测数据时间同步方法与流程

本发明涉及核辐射监测，具体涉及一种核辐射监测数据时间同步方法。

背景技术：

1、核辐射监测中伽玛剂量率的实时、准确监测，对于辐射风险预警和应急响应决策具有至关重要的意义。现有系统各伽玛辐射监测站通常依赖独立的本地时钟，即便采用网络时间协议（ntp）等进行初步同步，其同步精度也多在毫秒级，然而伽玛辐射场可能因放射源移动、通风换气等原因在秒级甚至更短时间内发生快速变化，这种毫秒级的时间同步误差，加之数据在网络传输中产生的、不确定的传输延迟，导致中央中心服务器接收到的本应描述同一时刻辐射场空间分布的多站数据，其实际有效时间点存在显著差异，基于此未严格同步的数据进行时空关联分析或构建预测模型，会引入固有的时序噪声，预测结果准确度下降，特别是在尝试对辐射异常进行快速定位与溯源时，该问题尤为致命。

2、监测网络的环境复杂（如地下廊道、厚混凝土屏蔽厂房），网络传输延迟易受设备负载、链路切换、电磁干扰等因素影响而发生瞬时抖动，现有技术多采用固定的时间窗口进行数据对齐或融合，无法适应这种动态变化的网络条件，固定窗口在延迟较小时可能导致数据利用不充分，在延迟突发性增大时又会导致大量数据被错误地排除在分析之外，或引入严重的滞后，破坏了预测模型的实时性与准确性。

3、在核设施中，短暂的网络中断并非小概率事件，一旦监测站与中心服务器失联，其本地时钟漂移将无法得到校正，随时间推移，该站所有数据的时间戳误差会持续累积，待网络恢复后，中心服务器将收到一段时间基准完全失准的历史数据，这段数据若被用于模型训练或回溯分析，将对整个系统的预测输出产生难以估量的污染和干扰。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种核辐射监测数据时间同步方法。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种核辐射监测数据时间同步方法，应用于包括中心服务器与多个伽玛辐射监测站的系统，包括以下步骤：

4、s1：高精度时间基准建立与发布，所述中心服务器生成高精度时间基准数据包，并将该时间基准数据包组播至多个伽玛辐射监测站；

5、s2：双向传输延迟测量与时钟偏差计算，所述伽玛辐射监测站接收所述时间基准数据包后，向所述中心服务器回复包含精确时间信息的应答数据包；

6、所述中心服务器接收所述应答数据包，并基于所述时间基准数据包的发送时刻、所述应答数据包的到达时刻及所述伽玛辐射监测站记录的到达时刻，计算各伽玛辐射监测站与中心服务器之间的时钟偏差与网络传输延迟；

7、s3：监测站时间戳校正，所述中心服务器将计算得到的所述时钟偏差与所述网络传输延迟下发至对应的所述伽玛辐射监测站；所述伽玛辐射监测站利用下发的所述时钟偏差与所述网络传输延迟，对本地采集的伽玛剂量率数据附加校正时间戳，生成带校正时间戳的监测数据并上传至所述中心服务器；

8、s4：动态数据对齐窗口调整，所述中心服务器接收所述带校正时间戳的监测数据，监测各数据包的实际到达时间与包内校正时间戳之间的偏移量，并基于该偏移量动态调整数据对齐窗口的尺寸；

9、s5：数据对齐与输出，所述中心服务器基于动态调整后的所述数据对齐窗口，对来自不同伽玛辐射监测站的所述带校正时间戳的监测数据进行时间对齐处理，输出同步数据。

10、更进一步地，s1中，所述中心服务器生成高精度时间基准数据包的过程包括：

11、通过gps接收器接收gps卫星信号，解析导航电文以获取协调世界时utc时间信息，并生成一个与utc秒时刻同步的秒脉冲pps信号；

12、利用所述秒脉冲pps信号驯服本地铷原子钟，产生本地时间基准信号；

13、以驯服后的本地时间基准信号为基准，生成包含基准时间和精确发送时刻的所述时间基准数据包。

14、更进一步地，s2中，所述计算时钟偏差与网络传输延迟的包括：

15、所述伽玛辐射监测站在mac层记录所述时间基准数据包的本地到达时刻；

16、所述中心服务器记录其接收到来自伽玛辐射监测站的所述应答数据包的到达时刻；

17、所述中心服务器计算下行延迟、上行延迟、平均网络传输延迟、时钟偏差。

18、更进一步地，所述网络传输延迟是综合考虑数据包上行延迟与下行延迟后计算得到的平均值。

19、更进一步地，s3中，所述伽玛辐射监测站生成所述校正时间戳的过程由以下公式定义：

20、

21、其中，为所述伽玛辐射监测站采集到一伽玛剂量率读数时的本地采集时刻。

22、更进一步地，s4中，所述动态调整数据对齐窗口尺寸的步骤包括：

23、计算数据包的实际到达时间与包内校正时间戳之间的偏移量，并统计一滑动时间窗口内的最大偏移量；

24、依据所述最大偏移量，按以下公式动态计算新的窗口大小：

25、

26、其中，为扩张系数，为收缩系数，为旧窗口大小。

27、更进一步地，所述动态调整数据对齐窗口尺寸的还包括将计算出的与预设的窗口上下限和进行比较，若超出界限则取界限值，并以此更新当前数据对齐窗口的大小。

28、更进一步地，还包括位于所述伽玛辐射监测站的自守时容错步骤，该步骤在监测站与中心服务器的通信中断时启用，包括：

29、若心跳计时器超时，则触发自守时模式；

30、根据历史时钟偏差数据，通过线性拟合计算出本地时钟的平均漂移率；

31、根据最后一次收到的有效同步参数和所述平均漂移率，预测当前的时钟偏差，并用于所述s3中的时间戳校正，为从最后一次有效同步到当前预测时刻的时间长度变量；

32、当通信恢复后，退出自守时模式并立即切换为使用所述中心服务器下发的同步参数。

33、更进一步地，计算所述平均漂移率时，根据所述伽玛辐射监测站所处环境的辐射剂量率对拟合结果进行加权修正。

34、更进一步地，s5中，所述时间对齐处理的包括：

35、所述中心服务器按校正时间戳缓存接收到的监测数据；

36、以一处理时刻为基准，从缓存中提取所有满足条件的数据：

37、

38、其中为当前动态数据对齐窗口的尺寸；

39、将提取出的数据作为同一时刻的同步数据集输出，并定期清理过期数据。

40、本发明相较于现有技术，其至少具有以下有益效果：

41、1、本发明通过高精度时间基准与双向延迟测量，为分布式的监测站点建立了统一、精确的时间基准，从根本上消除了因各站点时钟独立运行和网络传输不确定性带来的时间戳误差，使得后续基于多站数据融合的预测分析建立在准确可靠的时空基础之上。

42、2、本发明通过动态调整数据对齐窗口的机制，能够智能地响应网络传输延迟的抖动变化，既保证了在良好网络条件下数据的时效性，又在网络拥堵时能包容更大的延迟以维持数据的完整性，从而在各种工况下均能保障预测模型输入数据的质量。

43、3、本发明自守时模式确保了在中心服务器与监测站之间发生短暂网络中断时，监测站仍能基于历史规律维持局部的时间同步，有效避免了因通信故障导致整段数据失效的问题，保证了监测数据的连续性与可用性，为不间断的精准预测提供了坚实保障。