放射源安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的建立
(030006 太原市120信箱中國(guó)輻射防護(hù)研究院)
1 概述
隨著我國(guó)原子能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,核技術(shù)發(fā)展所需的各種放射源在國(guó)防、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科研等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,在為人類的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)的同時(shí),也給人類生存環(huán)境和輻射安全帶來(lái)一定的潛在危害,因此,我們必須考慮放射源的安全監(jiān)測(cè)與管理,需要對(duì)眾多的放射源儲(chǔ)藏庫(kù)與放射源應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散,分布范圍廣,而且大多監(jiān)測(cè)設(shè)置在高輻射與較惡劣的環(huán)境中,通過(guò)普通線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,成為主管部門選擇的監(jiān)控管理通信手段之一。輻射污染監(jiān)測(cè)設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送到安全主管部門,實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源輻射安全管理,可以大大提高的工作效率并為主管部門的決策提供支持。
本系統(tǒng)以放射源儲(chǔ)存庫(kù)與其應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的安全管理與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為核心,立足于現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備、測(cè)量能力和數(shù)據(jù)傳輸條件下,將各個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)網(wǎng)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)中心系統(tǒng)軟件對(duì)各類測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和制表處理,提供對(duì)放射性污染與應(yīng)急處置中的人員安全預(yù)警、統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)、區(qū)域分布評(píng)價(jià)和在線打印等功能。其主要特點(diǎn)如下:
1.1 實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)管理工作的現(xiàn)代化
以GPRS無(wú)線傳輸方式,將各放射源儲(chǔ)藏庫(kù)與應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總,并通過(guò)對(duì)各測(cè)量點(diǎn)每天的測(cè)量數(shù)量、測(cè)量類別和被測(cè)量地區(qū)等進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)、多角度分析,實(shí)現(xiàn)主管部門對(duì)各放射源輻射情況的監(jiān)控和對(duì)各測(cè)量單位及人員安全情況的掌控,真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)管工作的網(wǎng)絡(luò)化。
1.2 應(yīng)用信息化手段,提高統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度
相對(duì)于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)方法,運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),更具有科學(xué)性和可靠性,它按專業(yè)的運(yùn)算方法或統(tǒng)計(jì)規(guī)范,能準(zhǔn)確地保證所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)正確可靠。通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)以加密的方式和特殊的防偽處理,不但能保證所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的真實(shí)性,而且能杜絕測(cè)量人員偽造測(cè)量數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)失實(shí)。
1.3 通過(guò)專業(yè)化統(tǒng)計(jì),支持監(jiān)管部門的分析決策
該監(jiān)控信息系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各儲(chǔ)存庫(kù)與放射源應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量點(diǎn)在不同時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)、輻射強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,不僅能對(duì)人員安全的了解和應(yīng)急提供真實(shí)、全面的數(shù)據(jù),而且還為決策提供實(shí)時(shí)有效的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告。
通過(guò)該監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),對(duì)各放射源儲(chǔ)存庫(kù)與應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。既可以迅速匯總測(cè)量數(shù)據(jù),也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,實(shí)施網(wǎng)上追蹤排險(xiǎn),并能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警、防患于未然,從而達(dá)到及時(shí)防范、嚴(yán)格把關(guān),確保公眾的健康安全。
1.4 創(chuàng)建放射源輻射安全與事故應(yīng)急監(jiān)控*倉(cāng)庫(kù)
系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的方式將每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)匯總、存儲(chǔ)到*數(shù)據(jù)庫(kù)中。*數(shù)據(jù)庫(kù)起著*倉(cāng)庫(kù)的作用,保存了放射源主管部門管轄范圍內(nèi)當(dāng)前的和歷史的全部測(cè)量數(shù)據(jù),形成了某一地區(qū)的放射源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),為該地區(qū)的信息化建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1.5 支持多種類輻射監(jiān)測(cè)儀器,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控工作的資源共享
系統(tǒng)通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口格式和合作定制的方式,對(duì)不同功能、用途的各類監(jiān)測(cè)設(shè)備及其測(cè)量數(shù)據(jù),以程序?qū)牖蚴止や浫氲刃问捷斎氡鞠到y(tǒng),并自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化或個(gè)性化的完善,從而能zui大限度地利用各種監(jiān)測(cè)設(shè)備和測(cè)量資源,形成信息完整、實(shí)時(shí)有效的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系,為決策部門提供真實(shí)可靠、及時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析支持。
2 總體結(jié)構(gòu)
本監(jiān)控信息系統(tǒng)主要由三部分組成,分別是測(cè)量數(shù)據(jù)采集端(即測(cè)量平臺(tái))、*控制端(即*控制平臺(tái))和用戶瀏覽端。
2.1 數(shù)據(jù)采集端(監(jiān)測(cè)平臺(tái))
使用不同型號(hào)的測(cè)量?jī)x對(duì)各個(gè)源儲(chǔ)存庫(kù)與放射源應(yīng)用場(chǎng)所的輻射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。各監(jiān)測(cè)儀通過(guò)光電傳感器收集被測(cè)放射源的測(cè)量數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后,測(cè)量?jī)x將所獲得的數(shù)字信號(hào)由RS232串口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中,并實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的動(dòng)態(tài)圖譜。測(cè)量后獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)被保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中或立即通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)的方式上傳到*控制端。對(duì)于不能上網(wǎng)的測(cè)量站,本系統(tǒng)將提供導(dǎo)出文件的方式上傳測(cè)量數(shù)據(jù),以達(dá)到全面聯(lián)網(wǎng)的目的。
2.2 *控制端(*控制平臺(tái))
中心控制端負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)宏觀局面進(jìn)行決策和監(jiān)控。它主要具有收集和存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的功能。它不但能放射源輻射強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)控,還能考慮對(duì)工作人員輻射劑量與事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理情況進(jìn)行監(jiān)控。
收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù):中心控制端實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù),按一定規(guī)則將數(shù)據(jù)保存到*數(shù)據(jù)庫(kù)中。*數(shù)據(jù)庫(kù)起著*倉(cāng)庫(kù)的作用,保存了測(cè)量端的全部當(dāng)前和歷史的數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計(jì)、分析數(shù)據(jù):*控制端對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行月報(bào)表、年報(bào)表、測(cè)量部門報(bào)表、測(cè)量項(xiàng)目報(bào)表等的統(tǒng)計(jì)分析,并提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按不同權(quán)限提供瀏覽和打印的功能。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,進(jìn)行安全預(yù)警,通過(guò)監(jiān)測(cè)走勢(shì)圖來(lái)分析某放射源輻射安全與事故應(yīng)急處理狀況的可能走勢(shì)。
2.3 用戶瀏覽端
各級(jí)主管部門按不同的權(quán)限對(duì)所管轄范圍內(nèi)測(cè)量點(diǎn)上傳的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和瀏覽,并查看和打印相應(yīng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告,及時(shí)了解轄區(qū)內(nèi)的安全狀況,真正做到心中有“數(shù)”(數(shù)據(jù))。
3 控制流程圖
本系統(tǒng)是基于分布對(duì)象的多層(Multi-Tiers)軟件體系架構(gòu),提供全面的監(jiān)控與管理解決方案。系統(tǒng)由B/S和C/S結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合而成,和XML/XSL的技術(shù)基礎(chǔ)之上。應(yīng)用模型具有層次化、構(gòu)件化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。
系統(tǒng)功能模塊關(guān)系
監(jiān)控系統(tǒng)在功能模塊上主要由測(cè)量平臺(tái)、Web Service 和*控制平臺(tái)三部分組成。Web service是*控制平臺(tái)和測(cè)量平臺(tái)溝通的橋梁。
1 *控制平臺(tái)功能模塊
1.1 監(jiān)控信息系統(tǒng)
1.1.1 監(jiān)控結(jié)果查詢
監(jiān)控結(jié)果查詢模塊為您提供詳細(xì)的測(cè)量結(jié)果查詢功能,并有多種詳盡的組合條件,確保方便地篩選出您想查看的測(cè)量記錄。從各個(gè)測(cè)量點(diǎn)上傳的測(cè)量數(shù)據(jù)都能在該模塊中查到,并可查看每條記錄的詳細(xì)情況,如監(jiān)測(cè)項(xiàng)目名稱、測(cè)量值、測(cè)量人、時(shí)間等。不僅可查看每條記錄的詳細(xì)信息,還可將滿足條件的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excle格式的文件。
1.1.2 安全預(yù)警
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的測(cè)量數(shù)和安全走勢(shì)圖中的zui小斜率等條件,綜合分析判斷某一測(cè)量部門、某一放射源的情況,對(duì)將來(lái)一段時(shí)間可能的安全走勢(shì)作出預(yù)警。
預(yù)警條件分別為:
1、 某時(shí)間段實(shí)際測(cè)量數(shù)(記為n),對(duì)應(yīng)該時(shí)間段的zui小要求測(cè)量數(shù)(記為Nmin);
2、 某時(shí)間段安全走勢(shì)圖的實(shí)際斜率(記為k),對(duì)應(yīng)時(shí)間段安全走勢(shì)圖的zui小要求斜率(記為Kmin);(安全走勢(shì)圖斜率的算法模型請(qǐng)見“走勢(shì)圖”)
安全預(yù)警如下:
當(dāng) n<Nmin 或k<Kmin任意程式為真時(shí),系統(tǒng)將給出預(yù)警,并提供對(duì)應(yīng)時(shí)間段的安全走勢(shì)圖。
1.1.3 統(tǒng)計(jì)分析
系統(tǒng)中的大多數(shù)報(bào)表都提供柱形圖、餅狀圖、報(bào)表數(shù)據(jù)三種類型的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形勢(shì)。能詳盡地統(tǒng)計(jì)出您希望得到的統(tǒng)計(jì)報(bào)告,幫助主管人員安全的部門負(fù)責(zé)人根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)情況做出決策分析。
1.1.4 區(qū)域態(tài)勢(shì)
以WebGIS的方式提供實(shí)時(shí)查看各區(qū)域的安全信息,并可通過(guò)不同的顏色區(qū)分不同區(qū)域的情況。
1.1.5 統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)
提供自動(dòng)生成一系列統(tǒng)計(jì)報(bào)表的功能,對(duì)所管轄地區(qū)的放射源監(jiān)控點(diǎn)采集到的所有測(cè)量數(shù)據(jù),從各個(gè)角度進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)分析,將安全情況清楚地展現(xiàn)在決策者眼前,以便于決策者確定下一階段的工作重點(diǎn)。
該功能省略了手工制作統(tǒng)計(jì)報(bào)表的繁瑣程序,大大提高了工作效率,并可保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
1.1.6 走勢(shì)圖
1、分布圖
分布圖中的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的值表明了在某一時(shí)間段內(nèi),所管轄地區(qū)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量情況,從數(shù)據(jù)點(diǎn)的值可以觀察出在某時(shí)間段內(nèi)的測(cè)量數(shù)量,體現(xiàn)出輻射安全的開展情況,幫助決策者分配工作任務(wù)。
2、安全走勢(shì)圖
安全走勢(shì)圖表達(dá)了某地區(qū)、一段時(shí)間內(nèi)輻射安全與事故應(yīng)急處理的總體情況。
1.1.7 測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入
考慮到某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)不能實(shí)時(shí)聯(lián)到互聯(lián)網(wǎng)的情況,我們通過(guò)在數(shù)據(jù)采集端導(dǎo)出測(cè)量數(shù)據(jù)的加密文件,然后通過(guò)本模塊導(dǎo)入到*控制平臺(tái)中,以達(dá)到全面聯(lián)網(wǎng)的目的。
1.2 個(gè)人管理
管理個(gè)人信息(包括修改個(gè)人資料、修改密碼等);查看訪問(wèn)統(tǒng)計(jì);管理成員、用戶及功能組;管理測(cè)量點(diǎn)。
1.2.1 修改個(gè)人資料
修改個(gè)人資料。
1.2.2 修改密碼
修改個(gè)人密碼。
1.3 成員管理
提供對(duì)訪問(wèn)本系統(tǒng)成員的增加、修改和刪除功能。
1.3.1 用戶管理
管理用戶,提供用戶的增加、修改和刪除功能,并設(shè)置該用戶所能訪問(wèn)的功能組和訪問(wèn)的數(shù)據(jù)集。該部分中的用戶包括:主管部門用戶和其他注冊(cè)用戶。
1.3.2 功能組
管理和維護(hù)功能組。對(duì)功能組的設(shè)置將決定了該功能組下的用戶所允許訪問(wèn)的系統(tǒng)模塊模塊。
1.3.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理
管理測(cè)量點(diǎn)的信息,分配測(cè)量點(diǎn)ID號(hào)和初始密碼,提供測(cè)量點(diǎn)訪問(wèn),使測(cè)量點(diǎn)用戶能查看本測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
6.Web service
Web service 是介于*控制平臺(tái)和測(cè)量平臺(tái)的中間服務(wù)組件,用來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。XML Web services為監(jiān)控系統(tǒng)提供了使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如 HTTP、XML、XSD、SOAP 和 WSDL)在松耦合環(huán)境中交換消息的能力,使得在不同環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集端與*控制端之間可以生成模塊化的應(yīng)用程序,從而使應(yīng)用程序可以與多種多樣的實(shí)現(xiàn)、平臺(tái)和設(shè)備進(jìn)行交互。
采用Web service提供數(shù)據(jù)傳輸組件的好處是:傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、快速。其原理圖如下:
其數(shù)據(jù)通行主要分為四個(gè)步驟進(jìn)行:
1、 用(客)戶端通過(guò)訪問(wèn)目錄服務(wù)器獲取Web Services的列表
2、 通過(guò)Web Services的列表發(fā)現(xiàn)目標(biāo)服務(wù)(本系統(tǒng)可以跳過(guò)以上兩步)
3、 用(客)戶端若要了解如何與特定的 XML Web services 進(jìn)行交互,服務(wù)端需要提供定義該 XML Web services 支持何種交互操作的服務(wù)說(shuō)明。XML Web services 客戶端必須知道如何與 XML Web services 進(jìn)行交互才可以使用該服務(wù)。
4、 為實(shí)現(xiàn)通用的通信,XML Web services 使用開放式連網(wǎng)形式進(jìn)行通信,該格式是任何能夠支持zui通用的 Web 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都可以理解的協(xié)議。SOAP 是 XML Web services 通信的主要協(xié)議。
7、 監(jiān)測(cè)平臺(tái)功能模塊
監(jiān)測(cè)平臺(tái)是測(cè)量監(jiān)控信息GPRS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集平臺(tái),提供了多種測(cè)量?jī)x器與多種類型、海量信息的數(shù)據(jù)采集功能;提供測(cè)量數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析;同時(shí),平臺(tái)也提供了通過(guò)INTERNET或INTRANET進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總及基礎(chǔ)字典下載的功能。
8.1 RS232協(xié)議
本協(xié)議只是提供信息之間的傳遞規(guī)范,并不保障信息包的完整。如大量數(shù)據(jù)上涌時(shí),應(yīng)用程序需要考慮自身緩沖區(qū)的管理,否則將丟失溢出數(shù)據(jù)。
本協(xié)議假定傳輸是可靠的。如果接收不到反饋信息等,協(xié)議本身不考慮反饋,應(yīng)用程序需考慮超時(shí)檢查。
8.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢
本部分主要將存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)多種查詢條件查詢出來(lái)。并對(duì)查詢后的數(shù)據(jù)做瀏覽、修改、刪除和數(shù)據(jù)上傳等操作。為了保證數(shù)據(jù)不被任意刪除和修改,只能刪除60秒后的數(shù)據(jù)。修改時(shí)不能對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果和時(shí)間進(jìn)行任意修改,以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
8.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出
提供將監(jiān)測(cè)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果轉(zhuǎn)存為Excel文件、Word文件及加密后的文件wm文件(.wm文件用來(lái)通過(guò)文件方式上傳測(cè)量結(jié)果)。
8.4Web Service數(shù)據(jù)通信
本模塊通過(guò)SOAP協(xié)議獲取Web Service的服務(wù)格式,形成Web Service客戶端。將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到*控制端,并從*控制端下載基初數(shù)據(jù),以初始化本地系統(tǒng)。
8.5系統(tǒng)管理
系統(tǒng)管理主要提供對(duì)檢測(cè)人員、樣品名稱、被測(cè)量單位性質(zhì)等字典數(shù)據(jù)的維護(hù),并完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的壓縮與修復(fù)和備份與恢復(fù)等功能。
9、技術(shù)的*性
1)開發(fā)系統(tǒng)
在技術(shù)手段的選擇上,使用 "解決方案"、""、"三層結(jié)構(gòu)"、"面向?qū)ο? 、"B/S" 等比較成熟而又有發(fā)展前途的*技術(shù),保證整套系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)的技術(shù)。
2)用XML作為標(biāo)準(zhǔn)接口
本系統(tǒng)充分利用了XML在數(shù)據(jù)交互中的*性,提供標(biāo)準(zhǔn)的XML接口,與任何支持XML標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接;例如:在兼容多類型測(cè)量?jī)x器的測(cè)量中,系統(tǒng)采用提供標(biāo)準(zhǔn)的XML接口格式。
3) Web Service提供Web服務(wù)
系統(tǒng)中用戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互采用XML格式,利用Web Service技術(shù)提供穩(wěn)定的Web服務(wù)。此外系統(tǒng)還將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)利用Web Service提供商務(wù)服務(wù)。
10.系統(tǒng)統(tǒng)安全
為了保證系統(tǒng)的安全性,我們采用以下幾項(xiàng)措施:
1)數(shù)據(jù)的加密
對(duì)于系統(tǒng)中比較敏感的數(shù)據(jù)(如:用戶密碼、系統(tǒng)的重要配置參數(shù)等),我們采用了對(duì)稱密鑰技術(shù)對(duì)其進(jìn)行加密,其基本原理如下圖所示:
2)數(shù)據(jù)備份
系統(tǒng)的安全性很大程度上就是數(shù)據(jù)的安全性,因此加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)是所有系統(tǒng)都異常重視的問(wèn)題。我們將采用以下兩種方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份:
1、利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的備份功能,在Sql Server上創(chuàng)建兩個(gè)計(jì)劃任務(wù):每天進(jìn)行一次增量備份,每星期進(jìn)行一次*備份
2、手動(dòng)備份,即采用B/S結(jié)構(gòu)方式,提供用戶備份下載功能。