一种基于网状拓扑结构的辐射场三维监测系统及探测方法

1.一种核电站无线网状网络的辐射场三维监测系统，其特征在于，该监测系统包括设定数目的探测节点、无线通讯网络工作站和三维监测平台，其中，
所述设定数目的探测节点与无线通讯网络工作站和三维监测平台依次相连；
所述探测节点，设置在核电厂各区域的特定位置处，用于采集并发送所探测到的辐射剂量；
所述无线通讯网络工作站，用于网络中数据的接收与发送；
三维监测平台，通过无线通讯网络与探测器进行数据交换，将探测节点所测得的数据进行分析处理和实时显示；
所述探测节点由信号采集模块、信号处理模块、蓄电池和无线收发模块组成，所述信号采集模块、信号处理模块和无线收发模块依次相连，所述蓄电池分别与信号采集模块和信号处理模块和无线收发模块相连；
所述信号采集模块由探测器与信号处理电路单元相连组成；
所述信号处理模块由处理器与储存器相连组成；
所述无线收发模块由无线传感芯片与收发器相连组成；
所述三维监测平台包括数字化空间地图模块、数据采集及处理模块和三维显示屏组成，所述数据采集及处理模块分别与数字化空间地图模块和三维显示屏组相连；
所述数据采集及处理模块由处理模块、数据库、数据采集模块组成，其中，所述处理模块、数据库和数据采集模块依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种核电站无线网状网络的辐射场三维监测系统，其特征在于，所述探测节点采用防高辐射的材质。
3.使用如权利要求1所述的系统的探测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：探测节点进行初始化；
步骤2：探测节点发送请求加入网络信号，并判断加入网络是否成功；
步骤3：若加入网络失败，则继续发送请求加入网络信号，若加入网络成功，探测节点进入低功耗的休眠状态；
步骤4：探测节点进入低功耗的休眠状态，等待接收特定的定时中断信号；
步骤5：探测节点接收到特定的定时中断信号后，探测节点退出休眠状态，判断收到特定的定时中断信号是否为采集数据触发信号；
步骤6：若收到的特定的定时中断信号不是采集数据触发信号时，返回步骤4，若为采集数据触发信号时，探测节点的信号采集模块进行初始化；
步骤7：探测节点的信号采集模块进行初始化后，探测节点的信号采集模块进行数据采集，采集到的数据经过信号处理模块处理后，通过无线收发模块发送到三维监测平台；
步骤8：探测节点检测数据发送是否成功，当检测到数据发送成功后，探测节点再次进入低功耗的休眠状态，当检测到数据发送失败后，探测节点将继续发送数据。

一种基于网状拓扑结构的辐射场三维监测系统及探测方法
技术领域
[0001] 本发明属于核电能源技术领域，特别涉及一种基于网状拓扑结构的辐射场三维监测系统及探测方法。
背景技术
[0002] 目前我国核电站的仪表和监测系统主要采用有线监控技术，但在封闭、强辐射、腐蚀的核电站环境下，有线监控存在布线约束、费用昂贵、维护困难的弊端；对于安全壳内关键区域的有线监测需要开孔或开槽，这就会对电力辐射场、压力等参数产生影响，目前还尚不能准确预估这类扰动产生影响的大小；此外，厂房内辐射场分布是基于安全壳内辐射情况的实测值通过计算得到的，目前计算精确度较差，因此需要从多区域多节点提供辐射强度或剂量的实测值，为模型的优化提供参考值，精确并且抗干扰强的无线监控技术十分重要。
发明内容
[0003] 本发明针对目前我国核电站的仪表和监测系统主要采用有线监控技术，有线监控存在布线约束、费用昂贵、维护困难的弊端的不足，提出了一种基于网状拓扑结构的辐射场三维监测系统及方法。
[0004] 一种核电站无线网状网络的辐射场三维监测系统，该监测系统包括设定数目的探测节点、无线通讯网络工作站和三维监测平台，其中，
[0005] 所述设定数目的探测节点与无线通讯网络工作站和三维监测平台依次相连；
[0006] 所述探测节点，设置在核电厂各区域的特定位置处，用于采集并发送所探测到的辐射剂量；
[0007] 所述无线通讯网络工作站，用于网络中数据的接收与发送；
[0008] 三维监测平台，通过无线通讯网络与探测器进行数据交换，将探测节点所测得的数据进行分析处理和实时显示；
[0009] 所述探测节点由信号采集模块、信号处理模块、蓄电池和无线收发模块组成，所述信号采集模块、信号处理模块和无线收发模块依次相连，所述蓄电池分别与信号采集模块和信号处理模块无线收发模块相连；
[0010] 所述信号采集模块由探测器与信号处理电路单元相连组成；
[0011] 所述信号处理模块由处理器与储存器相连组成；
[0012] 所述无线收发模块由无线传感芯片与收发器相连组成；
[0013] 所述三维监测平台包括数字化空间地图模块、数据采集及处理模块和三维显示屏组成，所述数据采集及处理模块分别与数字化空间地图模块和三维显示屏组相连；
[0014] 所述数据采集及处理模块由处理模块、数据库、数据采集模块组成，其中，所述处理模块、数据库和数据采集模块依次相连。
[0015] 所述探测节点采用防高辐射的材质。
[0016] 所述设定数目的探测节点采用多跳和自组织的方式组成无线网络。
[0017] 所述数据采集及处理模块的处理模块用来设定警阈值，当采集的数据超过设定阈值时，将警报信息送三维显示屏组显示预警。
[0018] 所述探测节点的无线收发模块的收发器中安装有时钟，所述时钟与当地时钟自动同步。
[0019] 所述系统的探测方法，该方法包括如下步骤：
[0020] 步骤1：探测节点进行初始化；
[0021] 步骤2：探测节点发送请求加入网络信号，并判断加入网络是否成功；
[0022] 步骤3：若加入网络失败，则继续发送请求加入网络信号，若加入网络成功，探测节点进入低功耗的休眠状态；
[0023] 步骤4：探测节点进入低功耗的休眠状态，等待接收特定的定时中断信号；
[0024] 步骤5：探测节点接收到特定的定时中断信号后，探测节点退出休眠状态，判断收到特定的定时中断信号是否为采集数据触发信号；
[0025] 步骤6：若收到的特定的定时中断信号不是采集数据触发信号时，返回步骤4，若为采集数据触发信号时，探测节点的信息采集模块进行初始化；
[0026] 步骤7：探测节点的信息采集模块进行初始化后，探测节点的信息采集模块进行数据采集，采集到的数据经过信号处理模块处理后，通过无线收发模块发送到三维监测平台；
[0027] 步骤8：探测节点检测数据发送是否成功，当检测到数据发送成功后，探测节点再次进入低功耗的休眠状态，当检测到数据发送失败后，探测节点将继续发送数据。
[0028] 本发明的有益效果为：1、减少核电站内布线，维护简单，成本显著降低；2、在核电站的特定运行环境下建立无线通讯网络工作站，使用先进的探测技术，完成核电站内各区域环境参数的无线测量；3、探究各区域环境参数的分布规律，建立、优化环境参数的数值模拟模型，以“关键测量点加高精度推衍计算模型”的最优化方式，实现区域乃至整个核电站的环境参数的三维可视化。
附图说明
[0029] 图1是本发明系统的整体结构示意图；
[0030] 图2是本发明探测节点组成的结构示意图；
[0031] 图3是本发明的自组网特性结构示意图；
[0032] 图4是三维监测平台的结构示意图；
[0033] 图5是探测器节点的软件工作流程示意图。
具体实施方式
[0034] 以下结合附图和较佳实施例，对本发明做进一步说明。
[0035] 如图1所示，该监测系统由探测节点、无线通讯网络工作站和三维监测平台组成。
探测节点设置在核电厂各区域的特定位置处，用于采集并发送所探测到的辐射剂量；探测节点通过无线通讯网络工作站实现与三维监测平台间进行交互；三维监测平台对探测节点所测得的数据进行分析处理和实时动态显示。
[0036] 本发明探测节点组成的结构示意图，如图2所示，探测节点由信号采集模块、信号处理模块、蓄电池和无线收发模块组成，信号采集模块、信号处理模块和无线收发模块串联，蓄电池分别与信号采集模块、信号处理模块无线收发模块相连；信号采集模块由探测器与信号处理电路单元相连组成，信号处理模块由处理器与储存器相连组成，无线收发模块由无线传感芯片与收发器相连组成。所用探测节点为小型探测节点，能够在特定的核电厂环境中工作，且具备测量动态范围广、能量分辨率高已经探测效率高的特点。所探测到的辐射信息先通过信号采集模块的信号处理电路单元进行预采样、基线恢复、干扰信号屏蔽、制定特征的信号鉴别以及数字信号处理工作，保证读出设备能够在现场实时的返回给操作空间分析处理后的结果和对状况的直观描述。处理后的信息通过无线收发模块发送信息到三维监测平台，并且无线收发模块还具备自定位功能。
[0037] 在所述无线网状网络中，所有探测节点可以通过多跳、自组织的方式组建网络。若任一探测节点的信息传输路由失效或网络断开，那么邻近的某一探测或路由节点可承担数据传送的任务。如图3所示，当A探测节点发生故障时，B节点的探测信息可以自动选择另外一条路径进行传输。
[0038] 如图4所示，三维监测平台包括数字化空间地图模块、数据采集及处理模块和三维显示屏组。其中，空间地图模块中建立有核电站各区域的三维地图模型；当探测节点传送过来后，先经过处理模块通过数值计算模型计算得到高精度三维场，并将计算得到的数据储存于数据库中，三维显示模块定时将数据库中辐射场信息直观的在空间地图模块中显示出来，并通过不同颜色区别参数值的大小；数据采集及处理模块的处理模块用来设定警阈值，当采集的数据超过设定阈值时，将警报信息送三维显示屏组显示预警。
[0039] 如图5所示，探测节点的软件工作流程为：步骤1：探测节点进行初始化；步骤2：
探测节点发送请求加入网络信号，并判断加入网络是否成功；步骤3：若加入网络失败，则继续发送请求加入网络信号，若加入网络成功，探测节点进入低功耗的休眠状态；步骤4：
探测节点进入低功耗的休眠状态，等待接收特定的定时中断信号；步骤5：探测节点接收到特定的定时中断信号后，探测节点退出休眠状态，判断收到特定的定时中断信号是否为采集数据触发信号；步骤6：若收到的特定的定时中断信号不是采集数据触发信号时，返回步骤4，若为采集数据触发信号时，探测节点的信息采集模块进行初始化；步骤7：探测节点的信息采集模块进行初始化后，探测节点的信息采集模块进行数据采集，采集到的数据经过信号处理模块处理后，通过无线收发模块发送到三维监测平台；步骤8：探测节点检测数据发送是否成功，当检测到数据发送成功后，探测节点再次进入低功耗的休眠状态，当检测到数据发送失败后，探测节点将继续发送数据。
[0040] 探测节点的安装位置要求如下：
[0041] （1）探测节点应全部安装在空气或者流体中，避免与墙壁或管道的接触，探测器的探测区域应不受阻挡，以保证放射性数据具有代表性；
[0042] （2）同一区域内，通过数学模型计算得到的三维场探测范围，将单个探测节点置于与周围其他探测节点的探测范围存在交集的位置，用来避免某一探测节点的失效导致的某一区域数据的缺失；
[0043] （3）根据不同的监测对象，探测节点安装位置如下：
[0044] ①在放射性废料厂房、燃料储存厂房等空间环境区域，探测节点均匀地交叉安装在房间墙壁上，以保证探测区域的完整性，且相互之间保持较大距离；；通风口处必须安装有探测节点；
[0045] ②对于液体或气体放射性的监测，探测节点随流体流向均匀安装于管道下侧壁处，由于粉尘等放射性物质随流体流动存在沉积，管道下侧为辐射剂量最大处；
[0046] ③在屏蔽厂房即安全壳内，所设计探测节点中的的探测器与信号调理电路等部分分别安装于厂房内外壁，避免事故工况下产生的高放射剂量对电路产生影响；
[0047] （4）对于核电厂环境的辐射监测，探测节点可依托建筑物或固定支点进行安装，探测节点主要用于环境的非连续监测，根据监测需求进行不定时的数据采集；
[0048] （5）在事故工况下，特别是在地震等可能导致探测节点损坏的事故下，可在安全壳等存在高放射性的厂房内任意布点，利用网状拓扑结构的自组网特性，及时将事故现场的辐射信息传送到监测大厅，用来减少了操作人员的现场工作量。