автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Компьютерный комплекс радиационной разведки и мониторинга с панорамным датчиком для адаптивной мобильной экологической лаборатории

На правах рукописи

ГРИБАЧ Владимир Анатольевич

КОМПЬЮТЕРНЫЙ КОМПЛЕКС РАДИАЦИОННОЙ РАЗВЕДКИ И МОНИТОРИНГА С ПАНОРАМНЫМ ДАТЧИКОМ ДЛЯ АДАПТИВНОЙ МОБИЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

05.13.06 - автоматизированные системы управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автор:

Москва, 1997

Работа выполнена в Московском государственном физическом институте (техническом университете).

инженерно-

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Модяев А. Д.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

профессор Крамер-Агеев Е. А.,

наук,

кандидат технических наук Денисов А. А.

Ведущая организация:

Центральный научно-исследовательский институт экономики, информации и управления Минатома РФ (ЦНИИАтоминформ)

Зашита диссертации состоится в У^Г Час. &0

13 " октября 1997 г. мин. на заседании диссертационного совета

Д-053.03.04 в МИФИ по адресу:

115409, Москва, Каширское шоссе, 31. Телефоны: 324-84-98, 323-91-67. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан "С&<*Т£ц>рА№1 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

В.Э. Вольфенгаген

Подписано в печать 25.06.37. Заказ Тираж ¿¡0 экз.

Типография МИФИ, Каширское шоссе, д. 31

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время существует острая необходимость в обнаружении, локализации и мониторнровании территорий с очагами радиоактивного загрязнения окружающей среды. Эти очаги имеют, как правило, техногенное происхождение и не исключена вероятность их возникновения сегодня. Поэтому проблема получения и обработки информации о радиационной обстановке на обследуемой территории, в том числе в условиях быстро меняющихся характеристик процессов загрязнения среды, имеет особую актуальность.

При решении задач радиационной разведки и мониторинга локальной территории группа радиационного контроля перемешается по территории по заданной сетке и сканирует поверхность земли или объектов приборами регистрации ихчучения, отмечая изменения уровня радиации на сетке. Области с пиками излучения помечаются для дальнейшего обследования. Затем на сетку наносятся объекты с определенным уровнем радиации.

После анализа полученных результатов выделяются области или объекты для повторного обследования с целью уточнения данных. После проведения этих работ все данные заносятся в компьютер и формируется радиационная карта обследованной территории, на основании которой принимаются решения по сложившейся ситуации.

Поэтому актуальной задачей является совместное использование технологии целенаправленного детектирования источников у-ихчучения с применением панорамного датчика, теории поиска объектов, геоинформационной системы (ГИС) и системы глобального позиционирования (СГП) на базе мобильной экологической лаборатории.

Такой подход позволяет за меньший промежуток времени целенаправленно провести большее количество измерении. Более высокая плотность измерений повышает точность локализации радиоактивных аномалий и позволяет более точно построить изолинии, которые локализуют области с определенным уровнем радиации. Также значительно упрощается поиск источников у-излучения. Сбор, обработка и анализ данных о радиационной обстановке проводится в режиме реального времени.

Цель работы состоит в разработке и создании компьютерного комплекса с панорамным датчиком для проведения радиационной разведки и мониторинга заданной территории.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

1. Разработка методов пространственной селекции нескольких локальных источников у-излучения на основе компьютерного комплекса с панорамным датчиком.

2. Разработка модели поиска нескольких источников у-излучения на заданной территории адаптивной мобильной экологической лабораторией и методов перемещения лаборатории как по фадиенту потока излучения, так и при локализации нескольких источников излучения.

3. Разработка методики восстановления радиационных полей в реальном времени по данным, получаемым в ходе перемещения адаптивной лаборатории.

4. Разработка алгоритмического и программного обеспечения для проведения радиационной разведки и мониторирования.

5. Комплексирование аппаратных и программных компонент компьютерного комплекса с панорамным датчиком.

6. Экспериментальная апробация опытного макета компьютерного комплекса с панорамным датчиком в полевых условиях при поиске источников у-излучения.

Методы исследования, применявшиеся при решении поставленных задач, основаны на использовании теории поиска объектов, теории вероятностей и математической статистики, методов интерполяции данных. Научная новизна результатов состоит в следующем:

• предложен новый подход к организации службы радиационного контроля на основе комплексирования панорамного датчика и компьютерной системы со специализированным программным обеспечением;

• разработаны методы пространственной селекции источников у-излучения как объектов поиска;

• на основе разработанной математической модели поиска нескольких объектов предложена методика организации целенаправленного перемещения

;

экологической лаборатории по заданной территории при поиске и локализации источников излучения;

■ • предложен метод организации информационной подсистемы комплекса как элемента нижнего уровня иерархии распределенной автоматизированной информационно-управляющей системы экологической безопасности;

• предложен метод восстановления радиационной карты обследуемой территории по данным, получаемым в холе перемещения лаборатории, с учетом градиента плотности потока излучения в точке проведения измерения;

• разработаны алгоритмы целенаправленного перемещения мобильной лаборатории по обследуемой территории с использованием панорамного датчика по градиенту плотности потока излучения н с учетом направлении на источники излучения, алгоритм организации последовательности действии экологической лаборатории при поиске и мошпорировашш нескольких источников. Предложенные критерии эффективности процесса поиска позволяют проводить оптимизацию алгоритмов поиска при адаптации к текущей обстановке.

Практическая неииость работы заключается в том, что:

• создано специализированное программное обеспечение для организации и реализации поиска нескольких источников у-излучения, предназначенное для функционирования в составе комплекса на персональном компьютере типа Pentium в среде Windows;

создан действующий образец компьютерного комплекса радиационное! разведки и мониторинга с панорамным датчиком, обеспечивающий целенаправленный поиск, обнаружение и локализацию источников у-излучения, восстановление радиационных полей в реальном времени и их отображение на картах местности;

• нровецено успешное экспериментальное исследование функционирования комплекса в реальных полевых условиях для решения задачи радиационной разведки и мониторинга.

Автор защищает:

• принципы построения мобильного терминала службы радиационного контроля на основе комилексирования панорамного датчика и компьютерной системы со специализированным программным обеспечением;

• методы пространственной селекции непротяженных источников^ у-излучения;

• методику целенаправленного перемещения экологической лаборатории по заданной территории при поиске и локализации источников излучения;

• алгоритм организации последовательности действий экологической лаборатории при поиске и мониторировании нескольких источников излучения;

• алгоритмы восстановления радиационной карты обследуемой территории по данным измерений в реальном времени и ее визуализации;

• действующий образец компьютерного комплекса радиационной разведки и мониторинга с панорамным датчиком для адаптивной «обильной экологической лаборатории.

Реализация результатов работы. Научные и -практические результаты, изложенные в диссертации, внедрены и использованы в организациях: МИФИ (каф. "Прикладная ядерная физика") для проведения работ в области создания многомодульных детектирующих устройств с анизотропной чувствительностью; Ассоциации разработчиков и пользователей программных средств Минатома РФ (АРиППС) при разработке Концепции и Федеральной целевой программы в области экологической безопасности, что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Научно -технической конференции "Контрольно - аналитическое аппаратурное обеспечение в различных областях промышленного производства и природопользования" (Москва, 1995); V Санкт-Петербургской международной конференции "Региональная информатика-96" (Санкт-Петербург,1996); семинаре "Радиационный мониторинг ядерных материалов на Российских предприятиях" (Обнинск, 1996); второй Всероссийской научно-практической конференции "Высшая школа России: конверсия и приоритетные технологии" (выставочный экспонат, Москва, 1996).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в семи научных трудах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 169

-,"".- 7

страниц, в том числе 51 рисунок и 7 таблиц. Список литературы включает 8! наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При решении задачи радиационной разведки и мониторинга территории источник излучения является объектом поиска и может быть достаточно полно охарактеризован, если известны следующие его параметры: вид излучения, геометрия источника - его форма и размеры, спектрально-угловое распределение испускаемого излучения, • активность источника или другие величины, дающие количественные оценки числа испущенных частиц или квантов.

При поиске и локализации источников у-излучения источниками сигналов являются у-кванты. По этим сигналам можно охарактеризовать объекты, поиск которых осуществляется. Источники излучения у-кнаито» можно классифицировать следующим образом:

• по виду среды, в которой выполняется поиск, - воздушная среда на границе с поверхностью Земли (1,5 - 2 метра);

• по степени подвижности - неподвижные;

• по виду поля, в котором расположены объекты, - радиационное (гамма-поле); :

. • по интенсивности сигнала, излучаемого объектом поиска, - крупные, что

может быть описано следующим отношением —-—, где /„б - интенсивность

Креаи

сигнала, излучаемого объектом поиска, /ср,ЛЬ1 - интенсивность сигнала, излучаемого средой поиска;

• в зависимости от количества единиц, имеющих одинаковые параметры и составляющих единый объект поиска - как одиночные, так и групповые.

Возможность обнаружения объектов средствами поиска в значительной степени определяется условиями распространения сигнала, которые зависят от следующих факторов: ослабление энергии сигнала в атмосфере (за счет рассеивания, поглощения, взаимодействия), погодные условия, наличие ложных источников сигнала.

В качестве средства поиска как технического устройства, предназначенного для обнаружения источников у-излучения и, возможно, определения координат их местоположения, предложено использовать компьютерный комплекс радиационной разведки и мониторинга с панорамным датчиком.

Комплекс состоит из персонального компьютера и панорамного датчика в виде многомодульного детектирующего устройства (ММДУ). Сочетание этих двух функциональных элементов позволяет определять как направление на максимум излучения, так и направления на источники излучения. Это обеспечивает целенаправленное перемещение экологической лаборатории по обследуемой территории. На каждом шаге движения решается навигационная задача оптимального поиска и обнаружения локальных источников излучения. Обработка информации в реальном времени позволяет создавать радиационную карту обследуемой территории, которая объединяется с топографической.

Панорамный датчик предназначен для определения плотности потока у-излучения в точке измерения (в том числе по направлениям), мощности дозы и градиента плотности потока излучения. Это позволяет комплексу осуществлять оперативный поиск источников ионизирующих излучений.

Случайный характер процесса поиска в значительной мере объясняется тем, что основная характеристика средств обнаружения - дальность обнаружения - подвержена влиянию многочисленных- факторов. Область, ограниченная максимальной дальностью обнаружения, определяет зону вероятного обнаружения. Величина Дт;п определяет минимальную дальность обнаружения. Зона, ограниченная расстоянием Дт;„ от наблюдателя, является зоной достоверного обнаружения. Эффективная дальность обнаружения Д-^ является математическим ожиданием дальности обнаружения при данных условиях наблюдения.

При знании закона -распределения дальности действия панорамного датчика /(Д) и его числовых характеристик вероятность Ра6г обнаружения объекта на дальности не менее заданной дальности г определяется интегрированием функции /(Д) в пределах от г до -ко: