自从前苏联发生切尔诺贝利核电站事故以来, 国际上对核应急工作的重视程度不断增强。关于核事故应急体系从深度和广度上都有了很大的变化, 尤其在核应急监测技术等方面取得了很大的进展。国际原子能机构(IAEA)技术文档《核或辐射应急情况下监测程序》指出在核应急过程中对采取防护行动的需求做出即时和充分的评价是一项重要的内容, 核应急环境监测可以为核应急工作的决策者提供及时和关键的信息, 而这种决策是一种空间和时间不断变化的动态过程, 需要通过各种数据(如环境、气象等)的获得对初始评价做出修订^[1]。因此, 环境监测数据是核应急监测信息的重要来源, 核应急监测车作为一种移动的环境监测实验室能够在发生核事故时迅速赶赴现场, 通过实时环境监测和现场取样检测可以准确及时的向政府有关部门提供事故现场及周围环境中辐射污染状况、环境介质中放射性核素浓度的实测数据, 为査明事故源项、评价事故影响后果、决定应急防护行动、制定处置方案和采取恢复措施等工作提供技术依据^{[2, 3]}。

国外对于车载式核应急辐射监测系统的研究有了一定的发展, 开发了诸如MOVERS-100等商用系统。但是从总体的应用情况来看, 效果不太理想。主要存在着以下问题:首先造价太髙, 维护费用昂贵; 其次由于系统装备的监测设施极少, 监测能力无法满足核应急的需要; 系统采用的短信息SMS(Short Message Service)的无线传输方式严重影响了数据传输质量, 无法保障核应急的数据通讯。而且该种商用系统的应用还存在着本地化引进开发所带来的诸如应急参数是否能体现我国法律法规的要求、针对特定核电站地址的地理信息本地化、友好的交互性中文操作界面和开发系统的知识产权等一系列问题。根据目前的情况看来, 引进开发费用要比自主研发高。近年来, 随着在线辐射环境监测技术、无线通讯技术(GPRS、CDMA)和地理信息系统(GIS)技术的不断发展, 使得核应急环境监测车载系统向着移动实验室的方向发展, 从而能够对环境空间和时间的监测数据进行同步实时获取, 为决策部门提供及时甚至是实时的监测数据提供了保障^[4-6]。因此针对田湾核电站场外核应急监测的要求, 建成了国内核应急巡测能力比较完备的车载系统。

1 系统设计原则

田湾核电站应急环境监测车载系统是针对江苏省田湾核电站核事故场外应急监测工作所设计的, 是田湾核电站场外应急监测系统的重要组成部分。该系统以核电站场外应急实际应用为目的, 以不断发展的辐射环境应急监测技术为基础, 是把现代计算机科学技术、无线通讯技术、地理信息系统技术与环境监测技术相结合的综合系统^[7]。在设计和开发时主要遵循先进性、实用性, 并兼顾常规和应急监测的"平战结合"等原则。应急监测系统主要包括中心控制系统和车载系统两个独立的系统, 笔者主要介绍车载系统的设计部分。

2 系统组成

田湾核电站应急环境监测车载系统主要由车载在线监测、数据采集、数据通信和车载数据管理等4个子系统组成。

2.1 车载在线监测子系统

车载在线监测子系统主要包括辐射环境监测和气象监测两部分。

在核电站出现事故造成放射性物质外泄, 其气态放射性物质影响的主要途径是通过烟羽输送扩散到核电站周围, 在空气动力学的作用下沉积到地面造成对人员的外照射, 或者被人员吸人造成内照射。在核应急监测中对于空气的放射性污染水平的监测具有重要意义, 对于空气中的放射性水平监测数据的实时获取可以尽早的判断放射性污染范围和污染程度, 为査明事故源项、评价事故影响后果、决定应急防护行动等工作提供技术依据。因此, 在车载系统的设计中, 主要考虑空气中的放射性监测的重要项目, 即空气中γ剂量率, 碘和气溶胶等项目的监测。考虑到车载设备对仪器稳定性等要求, γ辐射探测器采用了奥地利研究中心开发的辐射监测仪SSM1, 该探测仪整机配有坚固的铝壳, 可在恶劣环境条件下工作, 在测量γ辐射的剂量当量率时, 内部双GM计数管可根据量程自动切换, 具有从环境本底到很高剂量率的极宽的工作量程, 适合核应急监测污染水平高的特点。碘和气溶胶在线监测采用的是美国堪培拉公司的CAM110iFF监测仪器, 该仪器能够实时连续监测工作现场的α/β浓度和放射性碘浓度值, 气溶胶测量采用PIPS探测器, 具有很高的α/β探测效率, 可进行α谱分析和单独β甄别, 并对β通道中的γ干扰自动静态补偿; 碘测量采用碘化钠晶体探头, 铅屏蔽, 可分别对有机碘和无机碘进行采样和分析。车载系统的辐射环境监测仪器主要性能参数见表 1。同时, 考虑到放射性气溶胶放射性监测数据受到风速、风向和雨量等气象参数的影响, 车载系统设计安装了气象监测仪器, 监测项目包括风速、风向、雨量、温度、湿度和气压等。气象杆可以自动伸缩气象杆, 最高升至离地面10米高空, 有安全连锁功能, 紧固杆可抵抗6级风力。气象监测仪器采用美国DAVIS公司的Vantage Pro2, 具有功能齐全、集成化程度高, 适合移动式气象监测使用, 其主要性能参数见表 2。

2.2 数据采集子系统

数据采集子系统由数据采集器和工控机两部分组成。数据采集器采用PC-104模块作为采集单元, 对SSM1和CAM110iFF等辐射监测仪器进行在线数据采集和控制, 同时通过RS-232串口对气象监测仪、UPS电池组和GPS等信息进行采集。工控机主要是接收车体上云台摄像机的视频画面, 可对云台摄像的位置通过软件发布命令进行控制, 并对应急监测时车体外环境状况视频进行存储。系统工作结构流程图如图 1所示。

2.3 数据通信子系统

数据通信子系统包括在线监测数据和车载视频数据传输两部分。在线监测数据通过工业型GPS传输设备将数据采集分系统上的环境监测数据、气象监测数据和实时定位数据通过GPRS专网传至应急监测指挥中心, 位于车顶上的云台摄像机将应急监测时的车外环境状态视频图像传输至工控机, 经由CDMA无线传输至应急指挥中心。

2.4 车载数据管理子系统

车载数据管理子系统主要由数据监控管理、历史査询统计、系统报表、地理信息管理和系统维护等部分组成。数据监控管理可以实时显示应急监测车的采集数据, 对数据传输管理, 接口管理以及自动报警管理等; 历史査询统计包括采集数据和车辆监控数据两部分査询统计分析。能够对所有仪器设备和车辆产生的数据进行挖掘和整理, 通过统计分析, 输出各种报表和专题图, 得到监管人员需要的参考数据。同时, 系统报表能够自动产生用户所需的监测数据月度报表、季度报表和年度报表以及相应的曲线图。地理信息数据管理主要是对电子地理数据进行维护管理, 实现多种类型空间数据的组织图层管理、索引图配置、数据的浏览与定位、空间数据的输出与打印等功能。地理数据维护、更新等复杂操作部分由大型电子地图软件Arc view来完成。系统维护是日常运行维护为目标, 提供用户权限管理、日志管理、数据字典维护等功能, 保证系统的用户访问安全, 同时提供对数据库中数据字典的维护工具。车载数据管理子系统主界面如图 2所示。

3 结束语

针对核应急辐射环境监测工作的需要, 设计了核电站应急环境监测车载系统。该系统通过对环境常规监测技术的转化, 解决了关键现场仪器在核应急监测应用中的技术问题; 车载系统满足核应急监测和常规监测的兼容性需要, 实现"平战结合"的功能; 系统具备数据管理和历史数据再现功能, 系统运行数据与结果以数据库的方式进行管理, 便于应急决策时的査询和分析比较。该系统的建成和运行也可以为其它核应急监测车的设计提供很好的参考和借鉴作用。