一种基于无人机智能化的核辐射检测系统及方法

1.本发明属于核辐射检测领域，具体涉及一种基于无人机智能化的核辐射检测系统及方法。


背景技术：

2.目前，核辐射数据的监控、检测、采集方法还停留在依靠技术人员前往现场或在本地安装 检测系统的阶段，不但效率低下、浪费财力、物力，还极易危及检测人员的安全。因此，研发 一种应用于核辐射数据监测及采集的移动式的远程无线数据监测采集系统显得为必要。无人机 和无人智能化技术的发展为解决这个问题提出了新思路，利用其良好的机动性、优越的环境适 应性及人机分离的特点降低对核辐射监控、检测、采样分析的难度，提升工作效率、减少人员 伤亡。
3.基于无人机智能化的核辐射检测方法和信息系统有利于军队对核污染战场及核事故设施 的环境、人员及辐射程度进行获取、处理、统筹，从而及时对辐射情况、战场(设施)态势进 行监测、评估，对不同位置辐射程度进行测量，也可对于污染地域进行侦查与实时监控，因此 显得尤为难能可贵及重要。
4.美国生产的talon机器人，具有重量轻、坚固、快速、承载能力强等优点，其平台可以兼 容相关的军事武器和传感器。talon机器人主要进行战场侦察及致命化学物质、放射性物质的 探测任务，到目前已经完成2万多次任务。
[0005][0006]
国内航载核辐射测量系统产品较少。情况跟国外较为类似，主要搭载在有人载体或载荷量 比较大的无人机或直升机上，不但成本高昂。不利于推广，而且系统体积重量大，不适合无人 载体.影响了其在放射性检测中的应用。
[0007]
通过分析可知国外非常注重无人智能化核辐射检测装备的发展，并在一些实际核事故中有 了丰富的使用经验。现国内有一些类似的相关研究，如：
[0008]
西安核仪器厂的研发的基于rs-485总线cefr辐射监测系统；
[0009]
成都理工大学利用time-to-count测量原理研发的基于can总线的环境辐射检测系统；
[0010]
在目标地域提前设置多个核辐射探测仪进行信息整合来进行实时监测和预警的系统(cn 110210739a)；
[0011]
利用蛇形机器人进行核设施通道检测的方法和系统；(cn105150203a)；
[0012]
通过分析发现，一、国内的一些相关检测和研究多停留于地面，采用二维化平面监测；二、 部分研究已往无人化发展推进，但是对比国外，研究较为初步，整体设计仍以无人监测为主， 未成体系、成系统；三、整合程度不够，现阶段急需建立一中集监控、检测、采样、运输无一 体化指挥及操作的智能化系统；四、面对核特情反应缓慢，现阶段大多数核监测系统及装置多 先配置于已有核设施附近，配套设备运输适应性差、装备体积大、造价昂贵，不适用于突发情 况。
[0013]
使用此种基于无人机智能化的核辐射检测方法和信息系统，可以显著的提高核战环境及核 设施污染后的指挥、操作、监测效率，从而提高军队应对核特情处置的能力，因此，设计一种 无人机智能化的核辐射检测方法和信息系统一般功能，并且能够进一步针对保密性、便携性和 空地运输适用作出改进的医疗后送系统显得尤为重要。


技术实现要素：

[0014]
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于无人机智能化的核辐射检测系统及方法， 能够对核污染现场提供高效、安全、全地域的核辐射监控、监测及采样，为现场指挥决策提供 信息支撑。
[0015]
为了达到上述目的，一种基于无人机智能化的核辐射检测系统，包指挥模块、上位机、投 送模块和无人机；
[0016]
指挥模块用于控制无人机飞行，用于控制采样模块、视觉模块和快检模块的工作，用于接 收采样模块、视觉模块和快检模块的控制和分析数据以及无人机的飞行数据，并发送至上位机；
[0017]
上位机用于接收指挥模块发送的数据，并进行分析；
[0018]
投送模块用于控制无人机的放飞、回收和充电；
[0019]
无人机上搭载有采样模块、视觉模块和快检模块；
[0020]
采样模块用于对样本进行采集，并保持到样品保存盒中；
[0021]
视觉模块用于对图像信息进行采集，并发送至指挥模块中；
[0022]
快检模块用于对样品保存盒中的样本进行核放射线当量的检测，并将检测信息发送至指挥 模块中。
[0023]
指挥模块包括操控模块、通信模块和数据接收显示模块；
[0024]
操控模块用于控制无人机飞行，用于控制采样模块的工作，并将控制数据发送至通信模块；
[0025]
数据接收显示模块用于接收投放模块的数据、无人机的飞行数据、采样模块的采样数据、 视觉模块的影像数据和快检模块的检测数据，将接收到的所有数据进行显示，并发送到通信模 块；
[0026]
通信模块用于将接收到的所有数据发送至上位机。
[0027]
上位机用于上位机包括信息安全模块和系统维护模块；
[0028]
信息安全模块用于对接收到的数据进行安全储存；
[0029]
系统维护模块用于对系统进行检修。
[0030]
指挥模块与上位机间的数据加密后进行交互。
[0031]
投送模块包括无人机机巢和放飞回收系统，无人机机巢内设置有无人机充电系统，放飞回 收系统用于对无人机的放飞和回收进行控制，无人机机巢、放飞回收系统和无人机充电系统连 接指挥模块。
[0032]
无人机机巢外覆盖有铅层。
[0033]
视觉模块包括三轴稳定云台，三轴稳定云台上设置有变焦镜头模组，变焦镜头模组连接图 像采集器，图像采集器连接ai识别系统，图像采集器和ai识别系统连接指挥模块，ai识别 系统用于对采集的图像进行人的识别。
[0034]
采样模块固定在无人机上，采样模块包括机械臂和样品保存盒，机械臂连接指挥模块。
[0035]
快检模块包括核放射线当量检测模块，核放射线当量检测模块连接指挥模块。
[0036]
一种基于无人机智能化的核辐射检测系统的工作方法，包括以下步骤：
[0037]
s1，指挥模块控制投送模块使无人机起飞，并进入工作区域；
[0038]
s2，视觉模块持续采集影像数据，采样模块对所选样本进行采集后保存；
[0039]
s3，快检模块对采集的样本进行核放射线当量的检测，并上传检测数据至指挥模块；
[0040]
s4，指挥模块对收到的信息进行显示，并转发至上位机。
[0041]
与现有技术相比，本发明通过无人机搭载采样模块、视觉模块和快检模块，通过采样模块 能够实现在无人机作业过程中采样特殊目标，留存，运输至投送箱中，从采集到存放到运输至 实验机构均可做到无人接触、无人干扰，提升目标样品保存程度，减少操作人员受到辐射的可 能性。通过视觉模块能够便于现场侦查、指挥、救援、从不同角度侦查，实时监控，提升指挥 效率。本发明能够实现人机分离，保护操作人员、作业人员安全，也因其远距离传输的优点， 便于保护指挥、操作人员；立体化、三维化侦查目标地域，实时监测作业区域不同位置、高度 的辐射值，改变原有定点、二维检测的限制；高机动化、高通用性面对突发情况，且因造价低 廉、平台通用性高的特性，在遇到有核战场或核设施辐射监测环境下可以多集群监控、监测， 便于指挥协调。
[0042]
进一步的，本发明设置有投送模块，能够通过多种运输方式将无人机平台运送、投放至目 标地域，增加其安全性、以及应对突发状况的机动性，减少应对时间，为现场处置赢得宝贵的 时间。
[0043]
进一步的，本发明设置有操控模块，能够实现一人多机，减轻人员作业压力，提升指挥效 能，赢得作业时间。
[0044]
进一步的，本发明设置有信息安全模块，可以更好地保证后送数据的安全性，可靠性。系 统维护模块，能够保证该系统在意外情况下的快速检修，能够让工作人员快速针对系统故障进 行维修或者零件、耗材更换，从而提升该系统的可靠性和稳定性。
[0045]
本发明的工作方法是将无人机飞入工作区域后，对所选样本进行保存，在对样本进行核放 射线当量的检测，再将数据发送至上位机，本方法能够为核污染现场提供高效、安全、全地域 的核辐射监控、监测及采样等操作也可为现场指挥决策提供信息支撑，同时也考虑到军队或核 设施背景下的信息安全因素，在保密性、便携性和通用性方面进行了加强。
附图说明
[0046]
图1为本发明的系统图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0048]
参见图1，一种基于无人机智能化的核辐射检测系统，包指挥模块、上位机、投送模块和 无人机；
[0049]
指挥模块用于控制无人机飞行，用于控制采样模块、视觉模块和快检模块的工作，用于接 收采样模块、视觉模块和快检模块的控制和分析数据以及无人机的飞行数据，并发送至上位机； 指挥模块包括操控模块、通信模块和数据接收显示模块；操控模块用于控制无人机飞行，用于 控制采样模块的工作，并将控制数据发送至通信模块；数据接收显示模块用于接收投放模块的 数据、无人机的飞行数据、采样模块的采样数据、视觉模块的影像数据和快检模块的检测数据， 将接收到的所有数据进行显示，并发送到通信模块；通信模块用于将接收到的所有数据发送至 上位机。指挥模块与上位机间的数据加密后进行交互。
[0050]
上位机用于接收指挥模块发送的数据，并进行分析；上位机包括信息安全模块和系统维护 模块；信息安全模块用于对接收到的数据进行安全储存；系统维护模块用于对系统进行检修。
[0051]
投送模块用于控制无人机的放飞、回收和充电；投送模块包括无人机机巢和放飞回收系统， 无人机机巢内设置有无人机充电系统，放飞回收系统用于对无人机的放飞和回收进行控制，无 人机机巢、放飞回收系统和无人机充电系统连接指挥模块。无人机机巢外覆盖有铅层，具有一 定级别的防核辐射等级。投送模块具备车辆、飞机、船舶搭载运输的性能。
[0052]
无人机上搭载有采样模块、视觉模块和快检模块；
[0053]
采样模块用于对样本进行采集，并保持到样品保存盒中；采样模块固定在无人机上，采样 模块包括机械臂和样品保存盒，机械臂连接指挥模块。
[0054]
视觉模块用于对图像信息进行采集，并发送至指挥模块中；视觉模块包括三轴稳定云台， 三轴稳定云台上设置有变焦镜头模组，变焦镜头模组连接图像采集器，图像采集器连接ai识 别系统，图像采集器和ai识别系统连接指挥模块，ai识别系统用于对采集的图像进行人的识 别。视觉模块外部材料应具有一定抗酸碱腐蚀能力。
[0055]
快检模块用于对样品保存盒中的样本进行核放射线当量的检测，并将检测信息发送至指挥 模块中。快检模块包括核放射线当量检测模块，核放射线当量检测模块连接指挥模块。
[0056]
一种基于无人机智能化的核辐射检测系统的工作方法，包括以下步骤：
[0057]
指挥模块的操控模块控制投送模块使无人机从无人机机巢起飞，飞入工作区域。
[0058]
飞行过程中，视觉模块持续采集影像数据并发送至数据接收显示模块中，数据接收显示模 块对影像信息进行显示，当控制人员在影像信息中确定需采集样本时，操控模块控制采样模块 的机械臂对所选样本进行采集，保存在样品保存盒中。
[0059]
快检模块对样品保存盒中采集的样本进行核放射线当量的检测，并上传检测数据至指挥模 块；同时，无人机的飞行参数、操控模块的控制数据以及投送模块中无人机机巢内的数据一起 送入通信模块，通信模块将接收到的信息上传至后方指挥部，上位机内置有信息安全模块和系 统维护模块，信息安全模块依靠存储器的物理结构可以帮助保护便携记忆体，防止救治过程中 的数据灭失。并采用单次任务更换全新记忆体的设计，方便数据的存档以及系统的运维。并从 一定程度上地同时采用与外界的物理隔绝，在很大程度上防止了失泄密风险以及无线电静默条 件下的暴露风险。