鈾廢礦石堆監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■趙 煒 ■四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610061

在鈾資源勘探和開采的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的放射性廢物，形成了數(shù)量龐大的鈾尾礦、鈾廢礦石堆，在人為控制不善或某些自然災(zāi)害條件下，極有可能發(fā)生潰壩等事故，對下游地區(qū)及周邊人民生命、財(cái)產(chǎn)造成巨大危害。因此，提高對鈾廢礦石堆的安全監(jiān)測水平，及時(shí)掌握鈾廢礦石堆的地質(zhì)穩(wěn)定性及放射性輻射劑量，對于保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人民群眾的生命安全都十分必要。

1 鈾廢礦石堆監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)需求

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)鈾廢礦石堆環(huán)境安全多種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)測預(yù)警，功能上分為3 個(gè)部分:(1)鈾廢礦石堆環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測;(2)鈾廢礦石堆實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警;(3)相關(guān)輔助功能。

環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測:主要對各種鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，實(shí)現(xiàn)其向監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺的轉(zhuǎn)換，能夠在系統(tǒng)平臺中進(jìn)行直觀可視化顯示，為鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預(yù)警的綜合分析提供各種數(shù)據(jù)信息。

實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警:主要根據(jù)某時(shí)刻的各種環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，整合鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預(yù)測模式，對目標(biāo)監(jiān)測區(qū)的環(huán)境安全預(yù)測結(jié)果實(shí)時(shí)滾動發(fā)布，提供目標(biāo)監(jiān)測區(qū)的環(huán)境安全狀況，及監(jiān)測預(yù)警信息的自動報(bào)警服務(wù)。

相關(guān)輔助功能:主要實(shí)現(xiàn)上述功能所需要的輔助功能。各種環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的組織與管理，監(jiān)測設(shè)備參數(shù)設(shè)置，信息可視化參數(shù)設(shè)置以及查詢、縮放等圖形操作，監(jiān)測設(shè)定及自動發(fā)布設(shè)置，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布設(shè)置等。

2 鈾廢礦石堆監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)要滿足長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，需確保技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性、安全性和實(shí)用性，并且，系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可擴(kuò)展性和靈活性。

2.2 總體設(shè)計(jì)

從感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)感知層:平臺通過安裝在現(xiàn)場的各種硬件傳感器獲取環(huán)境中的工程因素、地質(zhì)巖性及輻射安全等各項(xiàng)指標(biāo)信息，如應(yīng)力儀、雨量計(jì)、位移計(jì)、剪切測試儀、γ 劑量率儀、γ 能譜儀、測氡儀、x 劑量率儀等，實(shí)現(xiàn)安全信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

(2)網(wǎng)絡(luò)層:項(xiàng)目采用無線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。采用多種方式相結(jié)合的無線通信技術(shù)進(jìn)行互補(bǔ)，包括GPRS 技術(shù)、無線組網(wǎng)技術(shù)和衛(wèi)星寬帶技術(shù)，有效克服了山地間傳播信息的困難。

(3)應(yīng)用層:目前Web 應(yīng)用程序是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，可以快速地發(fā)布增強(qiáng)和修復(fù)功能，系統(tǒng)的使用者可以透明地使用最新的最好的更新，避免了客戶端重裝或升級的繁瑣。

應(yīng)用層設(shè)計(jì)采用B/S 模式，通過Internet 發(fā)布，公眾通過普通瀏覽器即可登錄并使用系統(tǒng)。

2.3 監(jiān)測儀器與方法設(shè)計(jì)

2.3.1 監(jiān)測內(nèi)容與儀器

常用的監(jiān)測方法和監(jiān)測儀器可分為如下四種:(1)外觀監(jiān)測。包括大地測量法、近景攝影測量法、INSAR 干涉雷達(dá)測量法、地表傾斜監(jiān)測法等。用到的主要監(jiān)測儀器有全站儀、表面傾角計(jì)、伸縮自記儀、位移計(jì)等。(2)環(huán)境因素監(jiān)測。包括土壤含水量監(jiān)測、水位監(jiān)測、滲壓監(jiān)測、流量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、降雨量監(jiān)測、地震監(jiān)測等。使用的監(jiān)測儀器有土壤含水率儀、水位自動記錄儀、流量儀、雨量計(jì)、地震監(jiān)測儀等。(3)內(nèi)觀監(jiān)測。如巖體應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、深部傾斜監(jiān)測、內(nèi)部相對位移監(jiān)測、沉降觀測等。監(jiān)測儀器有巖體應(yīng)力計(jì)、鉆孔測斜儀、鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)、靜力水準(zhǔn)儀、收效儀等。(4)輻射監(jiān)測。包括γ 劑量率、氡析出率、α、β、γ 總活度、中子劑量、x 射線劑量率等。使用的監(jiān)測儀器有α、β 表面污染測量儀、測氡儀、x-γ 劑量率儀等。

2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)電源與功耗設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)備采用低功耗設(shè)計(jì)，采用20 瓦太陽能電池板配合蓄電池供電，支持掉電、節(jié)電、工作三種電源管理模式。(2)通訊鏈路設(shè)計(jì)。采用多種方式相結(jié)合的無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以便克服諸多山地間傳播信息的困難。設(shè)備設(shè)計(jì)采用無線通訊為主、有線通訊為輔的設(shè)計(jì)。設(shè)備支持GPRS、Zigbee 無線自組網(wǎng)、衛(wèi)星通信三種無線數(shù)據(jù)傳輸方式。(3)異常與安全設(shè)計(jì)。設(shè)備對電源設(shè)計(jì)狀態(tài)檢測電路，可以實(shí)時(shí)傳回設(shè)備電源狀態(tài)，滿足可靠性管理要求;設(shè)計(jì)傳感器接入異常狀態(tài)檢測電路，可及時(shí)獲知傳感器的異常，方便了排除;設(shè)備采用低阻接地防雷設(shè)計(jì)，防止雷擊損害。(4)其他設(shè)計(jì)。設(shè)備提供聲光報(bào)警功能，預(yù)留紅外夜視攝像功能接口，提高設(shè)備的可擴(kuò)展性。

2.4 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)用戶管理模塊。系統(tǒng)的用戶管理包括添加用戶、刪除用戶、修改用戶、瀏覽查看用戶以及用戶權(quán)限管理。(2)監(jiān)測點(diǎn)管理模塊。監(jiān)測點(diǎn)管理包括添加監(jiān)測點(diǎn)、刪除監(jiān)測點(diǎn)、修改監(jiān)測點(diǎn)、瀏覽查看監(jiān)測點(diǎn)以及監(jiān)測點(diǎn)遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制功能包括數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔的設(shè)置、對設(shè)備狀態(tài)的重置、聲光報(bào)警器的啟動等。一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)可以獨(dú)立設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，如傳感器種類與數(shù)量、數(shù)據(jù)曲線繪制參數(shù)等。(3)數(shù)據(jù)管理模塊。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理主要針對各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)備份等功能。數(shù)據(jù)接入采用自定的標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)分組方式，采集的一次數(shù)據(jù)為一個(gè)數(shù)據(jù)分組，對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)包，分組中依次為監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)號、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)時(shí)間、雨量、γ 劑量率……。(4)互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布模塊。系統(tǒng)面向用戶提供信息發(fā)布功能，用戶可查看監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測參數(shù)信息，可以對任何一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)可以打開實(shí)時(shí)監(jiān)測曲線，曲線設(shè)計(jì)有自動靜默更新，還可以查看實(shí)地照片以及提交群策群防建議等。管理員用戶可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報(bào)表輸出等功能。(5)系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)日志、系統(tǒng)幫助、預(yù)警日志。系統(tǒng)日志記錄用戶的使用足跡，實(shí)現(xiàn)對用戶使用過程的追蹤，分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。系統(tǒng)幫助為方便用戶使用的系統(tǒng)操作說明。預(yù)警日志記錄了系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)警記錄，管理員用戶可以進(jìn)行查看。

2.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

(1)基礎(chǔ)地理/地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。主要是GIS 數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)GIS 地圖背景以及與GIS 相關(guān)的各種功能。目前系統(tǒng)采用的為Google Map 提供的免費(fèi)數(shù)據(jù)。(2)自然災(zāi)害監(jiān)測專題數(shù)據(jù)庫。主要是監(jiān)測儀傳回的關(guān)于自然災(zāi)害的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，如降雨量、位移、內(nèi)摩擦角、γ 劑量率等。這些數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，進(jìn)行永久保存，不能修改和刪除。(3)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫。主要包括用戶信息數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)、用戶配置數(shù)據(jù)等，用以支撐系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

2.6 平臺接口設(shè)計(jì)

平臺對鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出均設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)接口。平臺在數(shù)據(jù)輸入端，提供監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)入庫接口，提供氣象局、民政局等部門的數(shù)據(jù)接入接口。在數(shù)據(jù)輸出端，提供數(shù)據(jù)的讀取接口，用戶可對數(shù)據(jù)進(jìn)行其它利用。

3 結(jié)論

根據(jù)需求分析結(jié)果，提出了鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案，研究了適合于鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)測儀器設(shè)計(jì)、通訊鏈路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫存儲、網(wǎng)絡(luò)軟件發(fā)布等方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)軟布，為后期系統(tǒng)的開發(fā)提供關(guān)鍵保障。

［1］貴慧宏，張錦.自動變形監(jiān)測系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測繪工程，2010，01:53 -57.

［2］鄒雙朝，李端有，周武等.地質(zhì)災(zāi)害變形監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用［J］.地理空間信息，2010，04:66 -68.