放射源安全監控管理系統的建立

1           概述

隨著我國原子能科學技術的發展，核技術發展所需的各種放射源在國防、醫學、工業、科研等領域有著廣泛的應用，在為人類的發展做出積極貢獻的同時，也給人類生存環境和輻射安全帶來一定的潛在危害，因此，我們必須考慮放射源的安全監測與管理，需要對眾多的放射源儲藏庫與放射源應用現場進行實時監測，其監測數據需要實時發送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監測點分散，分布范圍廣，而且大多監測設置在高輻射與較惡劣的環境中，通過普通線傳送數據往往事倍功半。通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為主管部門選擇的監控管理通信手段之一。輻射污染監測設備可將采集到的污染數據和告警信息通過GPRS網絡及時發送到安全主管部門，實現對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。

本系統以放射源儲存庫與其應用現場的安全管理與實時監測為核心，立足于現有測量設備、測量能力和數據傳輸條件下，將各個點的測量數據匯總到數據中心，實現對聯網測量點的實時監控。通過中心系統軟件對各類測量數據進行統計、分析和制表處理，提供對放射性污染與應急處置中的人員安全預警、統計簡報、區域分布評價和在線打印等功能。其主要特點如下：

1.1       實施網絡化監管，實現管理工作的現代化

以GPRS無線傳輸方式，將各放射源儲藏庫與應用現場的測量數據實時匯總，并通過對各測量點每天的測量數量、測量類別和被測量地區等進行分類統計、多角度分析，實現主管部門對各放射源輻射情況的監控和對各測量單位及人員安全情況的掌控，真正實現監管工作的網絡化。

1.2       應用信息化手段，提高統計數據的準確度

相對于傳統的統計測量數據方法，運用計算機網絡來統計數據，更具有科學性和可靠性，它按專業的運算方法或統計規范，能準確地保證所統計的數據正確可靠。通過對測量數據以加密的方式和特殊的防偽處理，不但能保證所統計數據的真實性，而且能杜絕測量人員偽造測量數據以及統計失實。

1.3       通過專業化統計，支持監管部門的分析決策

該監控信息系統通過對各儲存庫與放射源應用現場的測量點在不同時間的測量數據、輻射強度進行統計和分析，不僅能對人員安全的了解和應急提供真實、全面的數據，而且還為決策提供實時有效的統計分析報告。

通過該監控網絡，對各放射源儲存庫與應用現場進行實時監控。既可以迅速匯總測量數據，也可以及時發現問題，實施網上追蹤排險，并能根據歷史數據進行預警、防患于未然，從而達到及時防范、嚴格把關，確保公眾的健康安全。

1.4       創建放射源輻射安全與事故應急監控*倉庫

系統通過聯網的方式將每個測量點的測量數據匯總、存儲到*數據庫中。*數據庫起著*倉庫的作用，保存了放射源主管部門管轄范圍內當前的和歷史的全部測量數據，形成了某一地區的放射源監測數據庫，為該地區的信息化建設提供基礎數據。

1.5       支持多種類輻射監測儀器，實現監控工作的資源共享

系統通過提供標準數據接口格式和合作定制的方式，對不同功能、用途的各類監測設備及其測量數據，以程序導入或手工錄入等形式輸入本系統，并自動對數據實現標準化或個性化的完善，從而能zui大限度地利用各種監測設備和測量資源，形成信息完整、實時有效的網絡監控體系，為決策部門提供真實可靠、及時的統計分析支持。

2           總體結構

本監控信息系統主要由三部分組成，分別是測量數據采集端（即測量平臺）、*控制端（即*控制平臺）和用戶瀏覽端。

2.1       數據采集端（監測平臺）

使用不同型號的測量儀對各個源儲存庫與放射源應用場所的輻射強度進行測量。各監測儀通過光電傳感器收集被測放射源的測量數據，經過A/D轉換后，測量儀將所獲得的數字信號由RS232串口傳輸到計算機中，并實時輸出數據采集過程中的動態圖譜。測量后獲得的測量數據被保存在本地數據庫中或立即通過GPRS無線網的方式上傳到*控制端。對于不能上網的測量站，本系統將提供導出文件的方式上傳測量數據，以達到全面聯網的目的。

2.2       *控制端（*控制平臺）

中心控制端負責對整個宏觀局面進行決策和監控。它主要具有收集和存儲測量數據并對測量數據進行統計分析的功能。它不但能放射源輻射強度進行監控，還能考慮對工作人員輻射劑量與事故現場應急處理情況進行監控。

收集和存儲數據：中心控制端實時收集數據采集端的數據，按一定規則將數據保存到*數據庫中。*數據庫起著*倉庫的作用，保存了測量端的全部當前和歷史的數據。

統計、分析數據：*控制端對測量數據進行月報表、年報表、測量部門報表、測量項目報表等的統計分析，并提供統計數據按不同權限提供瀏覽和打印的功能。通過統計分析，進行安全預警，通過監測走勢圖來分析某放射源輻射安全與事故應急處理狀況的可能走勢。

2.3       用戶瀏覽端

各級主管部門按不同的權限對所管轄范圍內測量點上傳的測量數據進行查詢和瀏覽，并查看和打印相應數據的統計分析報告，及時了解轄區內的安全狀況，真正做到心中有“數”（數據）。

3           控制流程圖

本系統是基于分布對象的多層（Multi－Tiers）軟件體系架構，提供全面的監控與管理解決方案。系統由B/S和C/S結構有機結合而成，其軟件體系架構建立于Microsoft.Net和XML/XSL的技術基礎之上。應用模型具有層次化、構件化、標準化的特點。

4           系統功能模塊關系
 

從上圖可以看出：GPRS

監控系統在功能模塊上主要由測量平臺、Web Service 和*控制平臺三部分組成。Web service是*控制平臺和測量平臺溝通的橋梁。

5           *控制平臺功能模塊

5.1       監控信息系統

5.1.1     監控結果查詢

監控結果查詢模塊為您提供詳細的測量結果查詢功能，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量記錄。從各個測量點上傳的測量數據都能在該模塊中查到，并可查看每條記錄的詳細情況，如監測項目名稱、測量值、測量人、時間等。不僅可查看每條記錄的詳細信息，還可將滿足條件的數據導出為Excle格式的文件。

5.1.2    安全預警

根據系統設置的測量數和安全走勢圖中的zui小斜率等條件，綜合分析判斷某一測量部門、某一放射源的情況，對將來一段時間可能的安全走勢作出預警。

預警條件分別為：

1、  某時間段實際測量數（記為n），對應該時間段的zui小要求測量數（記為Nmin）；

2、  某時間段安全走勢圖的實際斜率（記為k）,對應時間段安全走勢圖的zui小要求斜率（記為Kmin）；（安全走勢圖斜率的算法模型請見“走勢圖”）

安全預警如下：

當 n<Nmin 或k<Kmin任意程式為真時，系統將給出預警，并提供對應時間段的安全走勢圖。

5.1.3     統計分析

系統中的大多數報表都提供柱形圖、餅狀圖、報表數據三種類型的數據表現形勢。能詳盡地統計出您希望得到的統計報告，幫助主管人員安全的部門負責人根據現有監測情況做出決策分析。

5.1.4    區域態勢

以WebGIS的方式提供實時查看各區域的安全信息，并可通過不同的顏色區分不同區域的情況。

5.1.5     統計簡報

提供自動生成一系列統計報表的功能，對所管轄地區的放射源監控點采集到的所有測量數據，從各個角度進行全面的統計分析，將安全情況清楚地展現在決策者眼前，以便于決策者確定下一階段的工作重點。

該功能省略了手工制作統計報表的繁瑣程序，大大提高了工作效率，并可保證數據的準確性。

5.1.6    走勢圖 

1、分布圖

分布圖中的各個數據點的值表明了在某一時間段內，所管轄地區測量點的測量情況，從數據點的值可以觀察出在某時間段內的測量數量，體現出輻射安全的開展情況，幫助決策者分配工作任務。

2、安全走勢圖

安全走勢圖表達了某地區、一段時間內輻射安全與事故應急處理的總體情況。

5.1.7     測量數據導入

考慮到某些監測點不能實時聯到互聯網的情況，我們通過在數據采集端導出測量數據的加密文件，然后通過本模塊導入到*控制平臺中，以達到全面聯網的目的。

5.2        個人管理

管理個人信息（包括修改個人資料、修改密碼等）；查看訪問統計；管理成員、用戶及功能組；管理測量點。

5.2.1     修改個人資料

修改個人資料。

5.2.2    修改密碼

修改個人密碼。

5.3        成員管理

提供對訪問本系統成員的增加、修改和刪除功能。

5.3.1     用戶管理

管理用戶，提供用戶的增加、修改和刪除功能，并設置該用戶所能訪問的功能組和訪問的數據集。該部分中的用戶包括：主管部門用戶和其他注冊用戶。

5.3.2     功能組

管理和維護功能組。對功能組的設置將決定了該功能組下的用戶所允許訪問的系統模塊模塊。

5.3.3     監測點管理

管理測量點的信息，分配測量點ID號和初始密碼，提供測量點訪問，使測量點用戶能查看本測量點的測量數據。

6． Web service

  Web service 是介于*控制平臺和測量平臺的中間服務組件，用來發送和接收數據。XML Web services為監控系統提供了使用標準協議（如 HTTP、XML、XSD、SOAP 和 WSDL）在松耦合環境中交換消息的能力，使得在不同環境中的數據采集端與*控制端之間可以生成模塊化的應用程序，從而使應用程序可以與多種多樣的實現、平臺和設備進行交互。

采用Web service提供數據傳輸組件的好處是：傳輸數據穩定、可靠、快速。其原理圖如下：

其數據通行主要分為四個步驟進行：

1、  用（客）戶端通過訪問目錄服務器獲取Web Services的列表

2、  通過Web Services的列表發現目標服務（本系統可以跳過以上兩步）

3、  用（客）戶端若要了解如何與特定的 XML Web services 進行交互，服務端需要提供定義該 XML Web services 支持何種交互操作的服務說明。XML Web services 客戶端必須知道如何與 XML Web services 進行交互才可以使用該服務。

4、  為實現通用的通信，XML Web services 使用開放式連網形式進行通信，該格式是任何能夠支持zui通用的 Web 標準的系統都可以理解的協議。SOAP 是 XML Web services 通信的主要協議。

7、   監測平臺功能模塊

監測平臺是測量監控信息GPRS系統中的數據采集平臺，提供了多種測量儀器與多種類型、海量信息的數據采集功能；提供測量數據的本地存儲和統計分析；同時，平臺也提供了通過INTERNET或INTRANET進行數據匯總及基礎字典下載的功能。

8．1    RS232協議

本協議只是提供信息之間的傳遞規范，并不保障信息包的完整。如大量數據上涌時，應用程序需要考慮自身緩沖區的管理，否則將丟失溢出數據。

本協議假定傳輸是可靠的。如果接收不到反饋信息等，協議本身不考慮反饋，應用程序需考慮超時檢查。

8．2監測數據查詢

本部分主要將存儲在本地數據庫中的監測數據，通過多種查詢條件查詢出來。并對查詢后的數據做瀏覽、修改、刪除和數據上傳等操作。為了保證數據不被任意刪除和修改，只能刪除60秒后的數據。修改時不能對監測結果和時間進行任意修改，以保證數據的真實性。

8．3監測數據導出

提供將監測結果及統計分析結果轉存為Excel文件、Word文件及加密后的文件wm文件（.wm文件用來通過文件方式上傳測量結果）。

8．4Web Service數據通信

  本模塊通過SOAP協議獲取Web Service的服務格式，形成Web Service客戶端。將測量數據上傳到*控制端，并從*控制端下載基初數據，以初始化本地系統。

8．5系統管理

  系統管理主要提供對檢測人員、樣品名稱、被測量單位性質等字典數據的維護，并完成對數據庫的壓縮與修復和備份與恢復等功能。

9、技術的*性

1） 用Microsoft.Net開發系統

     在技術手段的選擇上，使用 "Microsoft.net解決方案"、"ASP.NET"、"三層結構"、"面向對象" 、"B/S" 等比較成熟而又有發展前途的*技術，保證整套系統在一定時期內的技術。

2） 用XML作為標準接口

本系統充分利用了XML在數據交互中的*性，提供標準的XML接口，與任何支持XML標準的應用系統進行無縫連接；例如：在兼容多類型測量儀器的測量中，系統采用提供標準的XML接口格式。

3）   Web Service提供Web服務

系統中用戶端和服務器端的數據交互采用XML格式，利用Web Service技術提供穩定的Web服務。此外系統還將系統中的數據利用Web Service提供商務服務。

10．系統統安全

為了保證系統的安全性，我們采用以下幾項措施：

1）數據的加密

對于系統中比較敏感的數據（如：用戶密碼、系統的重要配置參數等）， 我們采用了對稱密鑰技術對其進行加密，其基本原理如下圖所示：

2） 數據備份

系統的安全性很大程度上就是數據的安全性，因此加強對數據的保護是所有系統都異常重視的問題。我們將采用以下兩種方式對數據進行備份：

1、利用數據庫系統的備份功能，在Sql Server上創建兩個計劃任務：每天進行一次增量備份，每星期進行一次*備份

2、手動備份，即采用B/S結構方式，提供用戶備份下載功能。

中國輻射防護研究院

：張文濤

（辦公室）：