一种基于核泄漏事故的安全隔离系统及方法与流程

本发明涉及事故防护，尤其涉及一种基于核泄漏事故的安全隔离系统及方法。

背景技术：

1、随着核能发电等产业的应用以及核设施退役、核废处理处置工作的开展，发生核泄漏、核素扩散、强放射源丢失等核安全事故的风险增加。工作人员需要及时开展抢修工作。但是根据辐射暴露的时间长短以及剂量大小，工作人员身体会产生不同的健康损害。当暴露于过量的辐射中，可引起急性、亚急性或迟发性组织反应，严重的组织反应包括永久性损伤，如组织坏死和死亡。如何根据核电站内部的实际情况做好辐射防护措施以及如何关注每一工作人员在纠正行动中处于的不同辐射范围、受到的不同辐射程度以及不同的暴露时间并以此进行人员的更换调整以及后续辐射消除工作，是现有技术急需解决的问题。

2、cn 114140602a公开了一种核辐射剂量场数据的混合绘制方法。该专利进行了三维核辐射剂量的可视化呈现。但是该专利由于基础数据获取的高难度以及未考虑实际事故现场的各自然因素影响，导致该专利仅能用于模拟训练。该专利仅能通过对事故现场的模拟，让工作人员在虚拟空间中进行事故抢修的演练，而无法通过虚实结合的方式进行实际事故现场的支援以及数据支持。该专利仅能提供实际操作的参考和借鉴，但不能用于虚实结合的实际事故抢修工作。

3、cn 113689496a公开了一种基于vr的核辐射环境场景构建与人机交互方法。该专利提供的基于vr的核辐射环境场景构建与人机交互方法，具有对核辐射环境进行快速、准确建模的特点和更具有沉浸性的交互方式。但是，工厂本身所具有的复杂环境导致现有机器人不足以实施完全自主行动，即使有工作人员进行虚拟控制，其依然不能完成实际的事故抢修工作。

4、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、在事故发生后长时间的救援工作中，工作人员长期处于辐射区域内会导致出现身体上的危害甚至出现生命危险。现有的核泄漏安全系统不能准确关注到每一工作人员的受辐射程度值以及暴露时间，不能及时进行人员调整、体表洗消以及体内促排，导致工作人员所受辐射剂量超过规定年剂量限值甚至导致工作人员受到足以产生急性健康影响的辐射剂量。

2、针对现有技术之不足，本发明涉及一种基于核泄漏事故的安全隔离方法，方法包括：在事故现场采集第一核辐射数据并发送至处理模块；基于第一核辐射数据确定虚拟场景中的辐射禁区。方法还包括：在事故现场采集第二核辐射数据基于第二核辐射数据来实时调整由第一核辐射数据确定的辐射禁区的范围。处理模块以改变至少一个第二监测模块的移动路径的方式完成对辐射禁区的监测。

3、现有的事故仿真模型主要聚焦于事故场景的预期仿真结果，即通过预设的位置参数和数值仿真结果，在地图上显示事故的危害区域以起到参考预警的作用。例如，cn105701322a公开了一种油气管道事故仿真系统及方法，该系统包括数据输入模块、机理仿真模块和实景渲染仿真模块，其中的数据输入模块接收用户输入的运行参数、位置参数和场景参数等基础参数，机理仿真模块根据运行参数对油气管道可能发生的泄漏、扩散、火灾、爆炸以及事故后果进行模拟，实时输出数值仿真结果，实景渲染仿真模块根据场景参数建立事故场景的三维模型，并将数值仿真结果通过三维渲染的方式动态演示出来，根据位置参数和数值仿真结果，在地图上显示事故的危害区域。该技术方案中的模型构建过程主要依赖于固定设置的传感设备对基础参数的监测，其模型的动态更新过程也仅限于根据上述固定设置的传感设备所采集的特定范围内的参数。然而，实际的核泄漏事故辐射范围并不是一成不变的，需要结合动态的监测数据对核泄漏事故模型进行实时更新调整，从而为处理事故检修的工作人员提供更为准确的核辐射范围参考，有助于工作人员直观了解核辐射环境，并通过合理的工作安排来提高抢修效率。具体地，本发明能够基于在事故现场的第一监测模块所采集第一核辐射数据确定虚拟场景中的辐射禁区，相当于通过固定设置的第一监测模块搭建类似于“人体骨架”的核泄漏事故模型主体，以确定核辐射的主体覆盖范围。然而，固定设置的监测模块存在以下缺陷：一方面，固定设置的监测模块只能够覆盖一定的监测范围，不同位置处的监测模块将其范围内的监测数据相互组合构成整体的核泄漏事故模型，因此，一旦实际的辐射变化范围超出固定设置的监测模块的监测范围，将直接导致核泄漏事故模型在局部区域内出现危险区域指示上的“失真”，进而导致工作人员误入辐射范围变化后产生的危险区域；另一方面，固定设置的监测模块之间通常存在相互重叠的规则的监测范围，然而真实场景下的辐射禁区并非为规则分布的范围，其在风向或其余自然因素的干扰下，极易进行不规则扩散，因此，一旦相邻的监测模块同时产生核辐射危险的警示时，只能在规则的范围内形成危险警示区域，这与实际的核辐射分布区域明显不同，从而显著降低危险区域划分的准确程度。针对上述问题，本发明进一步通过在事故现场采集第二核辐射数据的移动式第二监测模块来实时调整由第一核辐射数据确定的辐射禁区的范围，即通过移动设置的第二监测模块对核泄漏事故模型进行细节上的补充或调整，相当于在核泄漏事故模型主体上添加类似于“人体肌肉”的核辐射变化范围的特征，以实时动态更新核辐射的变化范围，从而提供更为准确的辐射禁区的相关数据。

4、现有技术中已经出现通过移动机器人的方式对核辐射工厂的辐射数据进行检测的技术方案。例如，cn115291241a公开了一种基于slam的针对辐射工厂的α/β辐射地图构建方法，该技术方案中的机器人在移动过程中，通过激光雷达获取环境激光数据，通过表面污染监测仪获取场景的辐射数据，处理获取到的环境激光数据，从而得到关于核辐射工厂的栅格地图，同时处理获取的辐射数据，将表面污染监测仪探测到的α/β辐射信息映射到代价地图中，从而将栅格地图与辐射地图进行融合，最后对辐射强度进行划分，设置不同的辐射等级，并显示在最终得到的融合结果中。该技术方案通过移动式的监测装置来对环境中的辐射数据进行监测，以实现不同的辐射分布等级并实时显示场景中的辐射强度。然而，该技术方案中的移动监测装置的目的在于替换现有技术中固定设置的监测装置，从而实现对辐射环境静态分布情况的总体测量，无法根据实际情况中的核辐射变化情况建立实时更新的模型修正技术方案。与上述现有技术不同的是，一方面，本发明的处理模块能够基于第二核辐射数据来实时调整由第一核辐射数据确定的辐射禁区的范围，从而实现对根据固定设置的第一监测模块所获得的核泄漏事故模型进行动态更新；另一方面，本发明的处理模块能够以改变至少一个第二监测模块的移动路径的方式完成对辐射禁区的监测，通过该方式能够根据辐射的变化情况对第二监测模块的移动路径进行及时调整，以使其能够以跟随辐射范围变化的方式调整具体的监测移动路径，从而对辐射范围的变化情况进行“追踪式”监测，以提高辐射范围变化的监测精度。

5、在核电站事故发生后的核辐射实际泄漏情况中，具体的核辐射的剂量分布是连续的，现有技术的常规技术手段通常是在事故现场预先设置各传感器或监测设备以获取相关的辐射数据。上述现有技术或常规技术手段中通过固定设置的监测装置获得的核辐射数据是间隔分布的，即相邻两个监测装置之间获取的核辐射监测值是不连续的。然而，随着核辐射的扩散，核泄漏事故的核辐射范围和剂量均处在不断变化，上述现有技术中通过预设在事故现场的监测装置难以有效获取能够准确表征辐射禁区及其范围变化的相关数据。因此，上述现有技术与常规技术手段的结合也无法获得本发明根据高精度监测获取的核辐射数据实时更新并调整辐射禁区范围的技术方案。

6、根据一种优选的实施方式，基于第一核辐射数据确定虚拟场景中的辐射禁区的步骤包括：处理模块将第一监测模块获取的第一核辐射数据处理为模型数据，以在三维模型中进行辐射禁区的呈现。本发明通过第一核辐射数据建立初步的第一辐射禁区，其能够用于对第二监测模块的调度提供指示，并且由此形成的辐射禁区精准度高，避免工作人员对现场情况做出错误判断。

7、根据一种优选的实施方式，处理模块将第一监测模块获取的第一核辐射数据处理为模型数据的步骤包括：基于若干个第一监测模块的空间维度、空间坐标以及间隔确定若干个第一监测模块的位置和对应的第一核辐射数据；基于最小二乘法将第一核辐射数据网格化以获取表征若干个核辐射监测值的网格点；在相邻两个第一监测模块的网格点之间插入均匀核辐射监测值以将第一核辐射数据处理为模型数据。本发明通过将第一核辐射数据进行网格化处理，从而形成能够在三维模型中构建辐射禁区的模型数据，便于工作人员查看核电场内的核辐射情况。

8、根据一种优选的实施方式，处理模块在三维模型中进行辐射禁区的呈现的步骤包括：基于三角网络和模型数据将核辐射监测值表面重建以生成表面网格；基于表面网格以及对应核辐射监测值在三维模型中构建出可视化的辐射禁区。本发明通过三角网络核模型数据在三维模型中对辐射禁区进行绘制，由此绘制的辐射禁区能够具有不同的辐射剂量表明，从而能够通过将第一辐射禁区映射成不同颜色的方式去标准辐射禁区的核辐射剂量，便于工作人员判断危险区域。

9、根据一种优选的实施方式，处理模块以改变至少一个第二监测模块的移动路径的方式完成对辐射禁区的监测的步骤包括：以改变至少一个具有与待排查位置相应监测功能的第二监测模块的移动路径的方式完成对待排查位置的进一步监测；基于调整后辐射禁区的覆盖范围按照待排查位置重要程度不同的方式调派若干个第二监测模块。本发明通过第二监测模块所具有的对应监测功能进行调度，从而能够快速监测区域内可能存在的危险，便于公知人员后续救援或抢修工作的开展。

10、根据一种优选的实施方式，处理模块以改变至少一个第二监测模块的移动路径的方式完成对辐射禁区的监测的步骤还包括：基于第二监测模块的移动轨迹与待排查位置获取核辐射监测值的梯度改变的采集点以获取第二核辐射数据。本发明通过第二监测模块的各采集点的排查以及辐射禁区内核辐射监测值变化较快以及较高的区域进行重点排查，以接力的方式对辐射禁区内辐射值分布进行精准监测，辅助工作人员完成抢修工作。

11、根据一种优选的实施方式，方法还包括：处理模块基于第二监测模块获取的第二核辐射数据在三维模型中进行辐射禁区的修正。由于第一辐射禁区中相邻两个第一监测模块之间存在间隔，需要通过插入均匀核辐射监测值的方式进行准确构建。但是，实际辐射范围和剂量并非是均匀分布，仅为连续分布。由此，本发明通过第二核辐射数据修改第一辐射禁区，以构建出符合事故现场的不规则第二辐射禁区。

12、根据一种优选的实施方式，处理模块在三维模型中进行第一辐射禁区的修正的步骤包括：基于第一核辐射数据和第二核辐射数据中的核辐射监测值数值相同的采集点进行拟合连接以建立等值线；基于等值线对水平方向上和竖直方向上的辐射禁区进行调整。上述等值线能够反映出核辐射在水平方向和竖直方向上的扩散程度。由于核辐射污染物会扩散在空中的不同高度，同时具有对应的扩散轨迹，工作人员难以通过便携式盖格计数器对空中核辐射扩散情况进行监测。对此，本发明通过第二监测模块的监测对核辐射监测值的等值线进行修正，从而获取能够表征空中核辐射程度分布的辐射禁区，从而有利于应急部门进行核辐射处理决策。

13、本发明还提供了一种基于核泄漏事故的安全隔离系统，包括处理模块和第一监测模块。第一监测模块在事故现场采集第一核辐射数据并发送至处理模块。处理模块基于第一核辐射数据确定虚拟场景中的辐射禁区。系统还包括在事故现场采集第二核辐射数据的第二监测模块。处理模块基于第二核辐射数据来实时调整由第一核辐射数据确定的辐射禁区的范围。优选地，处理模块以改变至少一个第二监测模块的移动路径的方式完成对辐射禁区的监测。本发明针对已经完成数字孪生的核电站建立出与事故现场对应的三维模型，从而进行核事故情况的把控。本发明通过对事故现场进行模拟和建立向工作人员预警核泄漏事故现场情况，以虚实结合的方式监控场外工作人员进行核电站辐射源纠正行动的过程，并且提供辐射禁区的相关警示信息，为后续工作人员的救援时长监控、事后辐射消除提供数据支持。本发明通过辐射禁区三维呈现出核电站内的核辐射范围，有助于工作人员直观、准确地分析核辐射环境，提高抢修效率。

14、根据一种优选的实施方式，处理模块还被配置为：基于第二监测模块获取的第二核辐射数据在三维模型中进行辐射禁区的修正。

15、通过本发明的安全隔离方法和安全隔离系统，能够针对已经完成数字孪生的核电站进行核事故情况的把控，通过对事故现场进行模拟和建立向工作人员预警核泄漏事故现场情况。本发明通过虚实结合的方式监控场外工作人员进行核电站辐射源纠正行动的过程，并且提供警示信息，为后续工作人员的救援时长监控、事后辐射消除提供数据支持。不仅如此，本发明还能将场内工作人员在核泄漏发生时的位置情况以及暴露在辐射范围的情况进行记录，以进行快速救援。本发明所涉及的虚实结合并非是针对真实实体和虚拟场景的简单结合。本发明的虚实结合是通过虚拟场景模拟真实事故的发生，并且通过真实场景下所能够快速获取的虚拟场景中不具有的参数以进行虚拟场景模拟的修正。在上述情况下，虚拟场景能够提供真实场景下事故抢修或救援所需的数据支持，以高精准度和高效率的方式监控核泄漏事故的发展进程，保障工作人员的生命安全。

16、需要说明的是，通常已经完成数字孪生的核电站具有相关工厂数据，但是在该核电站发生核泄漏事故时，其安全措施均为通过真实预案以预判性的方式处理核泄漏事故。现有技术往往通过模拟核辐射剂量场的方式去为实际现场中的实际操作提供参考和借鉴。但是实际现场中，核辐射剂量场会不断变化，并且该虚拟现实的方式不能高效针对实际现场的具体行动，仅能提供模拟，无法保障工作人员的人身安全。现有技术对已经发生核泄漏的事故措施较少，并且缺乏通过虚实结合的方式去保障各场内和场外工作人员的安全，导致在核事故发生之后，需要工作人员面临核辐射危险去执行应急防护行动。上述缺陷导致工作人员不能及时进行人员换岗以及辐射消除处理，仅依靠经验判断自身受辐射程度值，严重危害了工作人员的身体健康。