江蘇省高風險移動放射源在線監管系統設計

王萬平，朱曉翔，韋正，黃昕

(江蘇省核與輻射安全監督管理中心，江蘇 南京 210019)

放射源廣泛用于工業、農業、醫療、科研、教學等領域，高風險移動放射源主要指對人體健康和環境潛在危害較大，在野外或室外現場使用且無固定場所的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類放射源[1]。江蘇省的主要高風險移動放射源分布在工業探傷和測井行業，且數量多、分布散、風險高、管理難度大，一旦丟失、被盜、失控，極易導致公眾受照，引發社會恐慌[2]。習近平總書記提出的“放射源安全行動計劃”和國家《核安全與放射性污染防治“十三五”規劃》中明確要求，要實現對高風險移動放射源的實時監控。

目前，北京、四川、陜西、福建等地已陸續開展高風險移動放射源實時監控系統的研究建設，但在移動監控、智能預警方面仍然存在不足。江蘇省是高風險移動放射源應用大省，省內現有移動γ射線探傷單位近30家，移動使用高風險源200多枚，作業場所遍布13個設區市。在充分調研國內外先進實時監控系統建設經驗的基礎上，結合高風險移動放射源應用現狀和管理需求，建設了江蘇省高風險移動放射源實時監控系統。與同類系統相比，該系統有效解決了實時位置、劑量率、出入庫監控等關鍵問題，使高風險移動放射源實現了實時、動態、智能、高效的監控管理，進一步提高了監控技術水平和監管效率。

1 系統設計

1.1 系統設計目標

按照國家相關法律法規要求，結合江蘇省輻射安全監管實際，通過研發高風險移動放射源在線監管信息化平臺，建設具備放射源的實時位置監控、劑量監控、狀態監控以及數據信息傳輸、事故報警、應急處置等功能的信息管理系統，使輻射工作單位自身的放射源管理實現自動化和信息化。生態環境監管部門可以通過該系統，對輻射工作單位的管理情況進行實時在線監控，使輻射安全監管工作更加及時、有效和科學[3-4]。

1.2 系統基本框架

江蘇省高風險移動放射源在線監管系統軟件設計包括電腦客戶端和手機移動端(圖1)。電腦端采用B/S架構，手機端設計安卓和IOS兩套移動軟件，對高風險移動放射源的暫存、運輸、使用、回收等狀態實施動態監管，并按照高風險移動放射源在線監管平臺的數據歸集規則，將相關監管信息推送至生態環境部監管平臺[5]。

圖1 江蘇省高風險移動放射源在線監管系統基本框架

監控系統硬件主要包括放射源定位電子標簽、放射源多功能電子標簽和源庫中心機。系統面向省級用戶和企業用戶，省級用戶為具備監管權限的生態環境監管人員，企業用戶為高風險移動放射源使用單位。系統主要包括放射源信息管理、單位及人員信息管理、用戶及角色管理、放射源位置管理、放射源預警管理、作業過程管理、國家平臺對接管理等功能模塊；數據中心提供數據、應用、通信、存儲和備份服務;放射源定位電子標簽、放射源多功能電子標簽和源庫中心機基于數據通信及傳輸系統實現全球定位系統(GPS)、輻射劑量率等信息與數據中心的交互[6]。

2 系統功能分析

高風險移動放射源在線監管系統采用物聯網、地理信息系統(GIS)、無線射頻識別(RFID)、輻射劑量采集、GPS定位、4G/5G無線通信等先進的技術手段，以安全、高效、科學地實現移動放射源在運輸、存儲、作業環節中的管理為目標，推出包括移動放射源在靜置、移動、室內、室外、運輸等各種情況下的在線監管平臺化軟件與配套設備，實現對移動放射源的全方位在線監管[7]。

2.1 系統平臺電腦客戶端及功能

2.1.1 信息管理功能

信息管理功能主要針對放射源信息，包括放射源核素名稱、標簽編號、國家編碼、源強、出廠日期、區級核定區域、企業核定區域、有源探傷機本底輻射值、狀態和操作等。除此之外，系統還將涉源單位及放射源操作人員的管理納入其中，強化輻射工作人員管理。

2.1.2 放射源在線監測功能

在整個監測過程中，通過登錄電腦端或手機端，可實時觀測放射源的地理信息、劑量率、監管設備工作狀態等。移動放射源的實時位置可在電子地圖上顯示出來，以便觀察和掌握其當前所處的地理位置，也可查看某個時間段內其所處的位置和移動軌跡。在線監測數據包括劑量率、出/入庫情況、GPS定位、時間、監測設備電量等。

2.1.3 放射源智能預警功能

通過智能預警功能，可對放射源的劑量率、振動、地理位置變化等信息進行狀態設置，一旦這些狀態發生改變，可通過電腦端或手機端等方式反饋給安全責任人。預警設置包括放射源位置異常、輻射劑量率異常、電池電量低、監管設備越出省界等[8]。當放射源位置異常時，將前端設備發送來的放射源位置信息與系統中設定的放射源使用區域進行比對，當判定放射源位置超出使用區域后，會觸發位置異常報警。當輻射劑量率異常時，將前端設備發送的放射源輻射劑量值與系統中設定的輻射劑量報警閾值進行比對，當判定輻射劑量值小于報警閾值，觸發輻射劑量率異常報警。當電池電量低或監管設備離開省界后，系統也將觸發報警。

2.1.4 統計分析及數據對接功能

通過統計分析功能，可對放射源的各種信息(包括監控數據信息)進行匯總，按照預設查詢條件進行自動統計及分析。此外，系統還可以按照生態環境部的要求，根據高風險移動放射源在線監管平臺數據歸集規則，將省級移動源相關數據與國家移動源在線監管平臺做數據對接，并及時跟蹤、統計數據對接情況。

2.2 系統平臺手機移動端及功能

通過手機移動端(安卓和IOS版)，可以實時關注某單位的放射源基本信息和作業狀態，手機移動端基本包含電腦客戶端軟件平臺的放射源在線監管功能。手機移動端圍繞作業流程進行全過程管理，另外還配合電腦客戶端設置了源列表、源信息、源位置、源事件四大功能模塊。移動端操作的每個步驟會形成一條時間記錄，在平臺中自動保存，便于安全追溯管理。

手機移動端作業流程見圖2。(1)源出庫。采用手機移動做出庫登記，包括作業目的地、劑量率、作業人員等信息，上傳數據，形成記錄。(2)作業前準備，將現場防護情況拍照上傳并作業。(3)作業過程。監管電子標簽自動監測放射源源罐情況，及時上傳數據。(4)作業結束。通過手機App，上傳包括劑量率、作業人員等信息，做入庫登記。

圖2 手機移動端作業流程

2.3 監控終端設備及功能

系統終端主要包括：放射源定位電子標簽、放射源多功能電子標簽、放射源(源庫)信息采集儀。

放射源定位電子標簽固定在工業伽馬射線探傷機設備或測井放射源容器上，同時包含RFID和GPS，具備通用分組無線數據通信等實時通信手段，配備振動、加速度等傳感器，可以在野外惡劣的環境下工作，能夠實時檢測放射源的位置、振動等參數變化，及時通過無線網絡向上端中心平臺傳輸數據[9]。放射源多功能電子標簽除具備放射源定位電子標簽的基本功能外，還具備輻射劑量探測器，可對放射源的輻射劑量率進行檢測。

放射源(源庫)信息采集儀，即源庫中心機，安裝在放射源(源庫)出入口，具有對放射源電子標簽(包括多功能電子標簽和定位電子標簽)的管理功能，當裝有放射源電子標簽的放射源裝置入庫時，信息采集儀與放射源電子標簽進行近距離無線通信，將電子標簽內含的放射源相關狀態信息上傳，并將放射源電子標簽從無線網絡下載，通過信息采集儀代替電子標簽發送數據。當裝有放射源電子標簽的放射源裝置出庫時，信息采集儀將激活對應的電子標簽，同時停止發送數據，改由電子標簽發送數據。此外，信息采集儀還具有對在庫放射源信息進行統計分析的功能[9]。

3 系統應用

江蘇省高風險移動放射源在線監管系統目前已建成，全省近30家高風險移動放射源應用單位的放射源庫均安裝了放射源(源庫)信息采集儀，并對在用的200多枚放射源安裝了放射源多功能電子標簽和放射源定位電子標簽，對放射源入庫貯存、出庫運輸和現場使用3個方面的安全進行監管[10]，實現了江蘇省內所有在用高風險移動放射源的動態信息化跟蹤監督管理。

3.1 放射源入庫貯存

放射源入庫貯存時，通過放射源(源庫)信息采集儀對放射源電子標簽的無線射頻芯片進行監控掃描，確認放射源是否安全入庫，并通過無線網絡將放射源電子標簽的輻射劑量、電量、庫房GPS信息等數據發送到系統平臺，以便在系統中實時查詢、查看在庫放射源情況。放射源出庫工作時，無線射頻芯片經信息采集儀進行出庫掃描，確認放射源離庫后即進入放射源出庫運輸狀態，同時上傳相關狀態數據至系統平臺。

3.2 放射源出庫運輸

放射源出庫后，經放射源(源庫)信息采集儀認定放射源為出庫運輸狀態，放射源電子標簽全程上傳定位信息及運輸軌跡，通過無線網絡上傳相關信息至系統平臺，企業輻射安全管理人員和生態環境監管人員可通過平臺實時監控放射源位置信息，直至放射源現場使用開始。

3.3 放射源現場使用

放射源運輸至現場后，進入現場使用狀態，通過手機移動端軟件，開始作業流程填報程序，容器上的電子標簽實時上傳定位和輻射劑量監控數據，通過平臺智能預警功能確認放射源現場作業安全情況。作業結束后，進入放射源出庫運輸狀態，運輸完成后回庫，經掃描確認后進入放射源庫內貯存安全狀態。

4 系統存在問題和改進建議

4.1 監管終端結構設計

為了監控移動放射源，需要在源罐上安裝傳感器。一方面，傳感器不能破壞源罐表面，因此不能顯著增加源罐的重量與體積，但又需要足夠的續航能力，因此電池應具備一定體積，這兩者存在較大矛盾；另一方面，源罐形態各異且表面的安裝位置有限，增加了傳感器的安裝難度。應通過對國內現有的各型號源罐外觀進行研究，配備統一制式的監控終端安裝工具即可解決監控設備的安裝問題。

4.2 續航時間較短

目前，結合江蘇省和其他省份已開發的高風險移動放射源在線監管系統現狀，發現大多數與源罐綁定的傳感器單次續航時間都不超過15 d，因此需要作業人員對其進行頻繁充電，大大增加了業務管理成本，也增大了移動源使用的安全風險。應通過選用低功耗設備，設計監控設備工作模式，實現電池的最優化使用和管理。

4.3 耐用性較差

因移動放射源使用的特殊性，其在野外工作過程中，會經常與大型部件摩擦、碰撞，甚至造成摔落。按照國家對移動放射源源罐的認證要求，應滿足1.2 m處跌落，任意面不低于2次的直接碰撞，且輻射劑量不得明顯上升等安全性要求。另外，因移動放射源一般為高危險源，輻射能量較大，對近距離的電子設備有一定的損傷。應優先考慮耐用性，通過設計完善的防跌落系統，來滿足源罐的安全要求，保證監管設備的長期穩定運行。

4.4 野外信號弱

移動放射源在野外作業的情況下，其電子標簽會經常丟失網絡信號和定位信號，一旦進入信號盲區，傳感器與系統平臺即告失聯，極易引起預警誤報，給整個監管系統的日常應用造成影響。通過設計缺失信息的補發功能和細分的預警模型，可實現各類預警信息的自動識別和風險判定信號回傳。

5 結語

通過江蘇省高風險移動放射源在線監管系統的設計和應用，實現集高風險移動放射源日常監控管理、動態實時追蹤和應急監控管理為一體的監控管理系統，可以實現對高風險移動放射源的24 h連續監控，有效預防各類事故的發生，并可在事故第一時間進行智能預警。高風險移動放射源在線監管技術是對放射源安全監控的有力支撐，不僅可以提高企業對輻射安全的自我管理能力，也是監管部門全面提升核與輻射安全監管水平的重要途徑和有效手段。