一种放射源智能搜寻定位系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及核辐射探测与放射源搜寻技术领域，具体涉及一种智能放射源搜寻定位系统及其工作方法。


背景技术：

2.随着核与辐射技术的发展，放射源在工业、农业、科研等各方面的应用越来越广泛，如医学诊断、工业探伤、集装箱检测、食品辐照等。在各个行业大量使用放射源的同时，失控放射源的数量也越来越多，放射源丢失事情也不断发生。放射源一旦失控，将会对社会和公众安全造成极大的威胁和危害。同时，在公众场合、重大活动和重要场所，一些恐怖分子也可能会非法携带放射性源进行危害人生命安全。
3.放射源的搜寻和定位往往非常困难，特别是在公众场合。现有放射源搜寻方法主要有以下几类：一种是通过人携带便携式检测仪器进行地毯式搜索，此方式效率极其低下；另一种是通过机器人载检测仪器在地面进行巡检搜寻，由于受到地面复杂环境和人员因素限制，效率也很低下；较为高效的方式是基于无人飞行器的放射源搜寻，然而目前的技术和产品无法高效对地面复杂环境中的放射源进行快速、准确的搜寻和定位。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种放射源智能搜寻定位系统及其工作方法，该系统可搭载在有人机、无人机等飞行器上，通过执行空中飞行监测，实现对地面环境中的放射源进行快速搜寻和精准定位。
5.本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。
6.一种放射源智能搜寻定位系统，包括电源系统、定位系统、核辐射监测系统、智能计算系统和通信系统。
7.所述电源系统用于对定位系统、核辐射监测系统、智能计算系统和通信系统进行供电，采用直流供电。所述电源系统也可由外部电源代替，如飞行器的电源系统等。
8.所述定位系统用于进行实时位置定位，并将位置信息实时传输给智能计算系统。所述定位系统也可由外部定位系统代替，如飞行器的定位系统等。
9.所述通信系统用于定位位置数据、核辐射监测数据、寻源定位计算结果等数据的通信传输。所述通信系统也可由外部通信系统代替，如飞行器的通信系统等。
10.所述核辐射监测系统执行核辐射实时监测，并和智能计算系统实时通信，一方面将监测结果传输给智能计算系统，一方面接收智能计算系统的指令信息。核辐射探测模块用于对地面放射源的γ射线进行探测，核辐射监测系统包括核辐射探测模块和信号处理模块，核辐射探测模块将核辐射探测信号传输给信号处理模块，信号处理模块对探测信号进行采集、分析、处理，获得核辐射监测数据，即γ剂量率数据，并核辐射监测数据传输给智能计算系统，所述智能计算系统接收定位系统和核辐射监测系统的数据，进行实时的放射源搜寻定位智能计算，并支持和外部系统进行通信，将计算结果与位置数据、核辐射监测数据
一起通过通信系统实时传输给地面站其他监控系统，为飞行器操作员控制飞行器飞行提供数据支撑。
11.在上述技术方案中，所述核辐射探测模块采用电离室探测器、gm计数管探测器、闪烁体探测器、半导体探测器等，探测器的尺寸大小等具体参数确定取决于以下因素：1)搜寻定位放射源时飞行器的最大飞行高度，即最大搜寻高度；2)要搜寻定位的放射源源项类型，以及放射源强度大小。核辐射探测模块要求在最大搜寻高度处，对欲搜寻的最小强度放射源能够进行有效探测，即输出有效探测信号。
12.在上述技术方案中，所述智能计算系统可部署在飞行器端，也可部署在地面站。当部署在飞行器端时，智能计算系统一方面通过can、串口等方式与核辐射监测系统、定位系统进行通信，另一方面通过通信系统将数据实时传输到地面站。当部署到地面站端时，智能计算系统通过通信系统接收定位数据和核辐射监测数据，同时支持将计算结果传输给地面站其他系统。
13.本发明还提供一种上述的放射源智能搜寻定位系统的工作方法，包括以下步骤：
14.(1)开始搜寻放射源前，针对将要搜寻的潜在放射源源项，为每个放射源源项预置计算一个参考辐射场，从而得到所有潜在放射源源项的参考辐射场；一个参考辐射场是针对地面某一放射源项在一定源强时，其在距离地面一定高度处的空中水平辐射场，其中高度为搜寻放射源时飞行器的飞行高度，源强为搜寻的潜在放射源可能的最大源强；
15.(2)在搜寻放射源过程中，实时获取飞行监测数据，包括飞行位置数据以及该位置上的核辐射监测数据，形成飞行监测数据点集；
16.(3)利用飞行监测数据和预置的参考辐射场，进行智能计算，从而判定地面是否存在放射源，并定位放射源的位置；智能计算具体如下：利用飞行监测数据与每一个预置的参考辐射场进行计算分析，如果参考辐射场中存在一个子集，满足如下关系：a)飞行监测数据点集与参考辐射场中子集对应点核辐射监测数据呈线性关系；b)飞行监测数据点集与参考辐射场中子集对应点位置坐标呈线性平移关系；当两个关系同时满足，即可对放射源进行定位。
17.本发明放射源智能搜寻定位系统适用于搭载在有人机、无人机等飞行器上，对地面放射源进行高效搜寻和精准定位。
附图说明
18.图1为本发明放射源智能搜寻定位系统的组成示意图一。
19.图2为本发明放射源智能搜寻定位系统的组成示意图二。
20.图3为本发明放射源搜寻定位智能计算的原理图。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
22.如图1所示，本发明实施例提供一种高效精准的智能放射源搜寻定位系统。该系统
可搭载在有人机、无人机等飞行器上，通过执行空中飞行监测，实现对地面环境中的放射源进行快速搜寻和精准定位。该系统包括电源系统、定位系统、核辐射监测系统、智能计算系统和通信系统。
23.电源系统用于对定位系统、核辐射监测系统、智能计算系统和通信系统进行供电，采用直流供电。电源系统也可由外部电源代替，如飞行器的电源系统等。
24.定位系统用于进行实时位置定位，并将位置信息实时传输给智能计算系统。定位系统也可由外部定位系统代替，如飞行器的定位系统等。
25.通信系统用于定位位置数据、核辐射监测数据、寻源定位计算结果等数据的通信传输。通信系统也可由外部通信系统代替，如飞行器的通信系统等。
26.核辐射监测系统用于进行核辐射实时监测，并和智能计算系统进行实时通信，一方面将监测结果传输给智能计算系统，一方面接收智能计算系统的指令信息。核辐射监测系统包括核辐射探测模块和信号处理模块。核辐射探测模块用于对地面放射源的γ射线进行探测，可采用电离室探测器、gm计数管探测器、闪烁体探测器、或半导体探测器等，探测器的尺寸大小等具体参数确定取决于以下因素：1)搜寻定位放射源时飞行器的最大飞行高度，即最大搜寻高度；2)要搜寻定位的放射源源项类型，以及放射源强度大小。核辐射探测模块要求在最大搜寻高度处，能够对要求搜寻的最小强度放射源进行有效探测，即输出有效探测信号。核辐射探测模块将核辐射探测信息通过模拟信号传输给信号处理模块，信号处理模块对探测信号进行采集、分析、处理，获得核辐射监测数据，即γ剂量率数据。最终，信号处理模块将核辐射监测数据传输给智能计算系统。
27.智能计算系统用于接收定位系统和核辐射监测系统的数据，进行实时的放射源搜寻定位智能计算，并将计算结果与位置数据、核辐射监测数据一起通过通信系统实时传输给地面站其他监控系统，为飞行器操作员控制飞行器飞行提供数据支撑。
28.如图3所示，本发明实施例还提供一种上述的放射源智能搜寻定位系统的工作方法，包括以下步骤：
29.(1)开始搜寻放射源前，针对将要搜寻的潜在放射源源项s＝{s1,s2,
…
,sn}，在智能计算系统中为每个放射源源项si∈s预置一个参考辐射场ci，得到潜在放射源源项s的所有参考辐射场为c＝{c1,c2,
…
,cn}。一个参考辐射场ci，是针对地面某一放射源项si，假设其源强为qi，其在距离地面一定高度h处的空中水平辐射场。一个参考辐射场ci可表示为ci＝{[l1,d1],[l2,d2],
…
,[lm,dm]}，其中lm表示位置坐标，dm表示该位置上的核辐射数据(如γ剂量率等)。在参考辐射场ci中，中心位置坐标即为放射源si的位置坐标，记为l
ri
。在实际应用过程中，高度h即为搜寻放射源时飞行器的飞行高度，源强qi为搜寻的潜在放射源可能的最大源强，放射源位置坐标l
ri
可在将要搜寻放射源的区域随意选取。
[0030]
(2)在搜寻放射源过程中，智能计算系统实时接收飞行位置数据li以及该位置上的核辐射监测数据di。在飞行监测一段时间后，形成一系列位置以及这些位置上的核辐射监测数据p＝{[l1,d1],[l2,d2],
…
,[l
x
,d
x
]}。
[0031]
(3)利用飞行监测数据p与预置的参考辐射场c进行智能计算，从而判定地面是否存在放射源，并定位放射源的位置。智能计算具体如下：利用飞行监测数据p与每一个预置的参考辐射场ci进行计算分析，如果ci中存在x个点c
ii
＝{[lj,dj],[lk,dk],
…
,[ly,dy]}∈ci＝{[l1,d1],[l2,d2],
…
,[lm,dm]}，使得c
ii
与p满足如下关系：a)c
ii
与p中对应点核辐射监测
数据呈线性关系，即{dj,dk,
…
,dy}
–
f1*{d1,d2,
…
,d
x
}≤{δ
11
,δ
12
,
…
,δ
1x
}，其中f1为线性函数，{δ
11
,δ
12
,
…
,δ
1x
}为一组阈值，用于控制c
ii
与p中核辐射监测数据线性关系的误差。b)c
ii
中位置坐标与p中位置坐标呈线性平移关系，即{lj,lk,
…
,ly}
–
f2*{l1,l2,
…
,l
x
}≤{δ
21
,δ
22
,
…
,δ
2x
}，其中f2为线性函数，{δ
21
,δ
22
,
…
,δ
2x
}为一组阈值，用于控制c
ii
与p中位置坐标间线性关系的误差。当c
ii
与p同时满足上述关系a)和b)时，即可对放射源进行定位，定位方法如下：放射源位置坐标lr＝f2*l
ri
。
[0032]
在本实施例中，智能计算系统可部署在飞行器端，如图1所示，也可部署在地面站，如图2所示。当部署在飞行器端时，智能计算系统一方面通过can、串口等方式与核辐射监测系统、定位系统进行通信，另一方面通过通信系统将数据实时传输到地面站。当部署到地面站端时，智能计算系统通过通信系统接收定位数据和核辐射监测数据，同时将计算结果传输给地面站其他系统。
[0033]
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
[0034]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。