[发明专利]基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统及方法，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，通过深度学习网络系统快速判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，采用高斯过程回归的智能路径规划系统控制水下自主航行器智能巡航；本发明能够实现水体中γ辐射核素活度浓度三维立体分布的高效精确测定。

技术领域

本发明属于水体放射性监测领域，具体地说，涉及一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统及方法。

背景技术

随着我国新能源战略的逐步推进，核能作为高效、环保、持续供能强、技术成熟度高等优势，已逐步成为我国能源结构中的重要组成部分，而核电安全成为公众关注的焦点。当前，沿海核电站的数量大幅增加，未来二十年，亚洲地区仅中日韩三国的沿海核电站就将达到300座。核电站若发生事故，有可能引起放射性物质向环境释放，造成放射性物质直接或间接的途径进入海洋，对水体造成大范围的影响。如：切尔若贝利核电站爆炸事故，三里岛核电站失水事故和福岛核电站氢气爆炸事故。在核事故应急中对于污染海域人工放射性核素活度浓度的三维分布测定是制定应急方案的前提，但水体中放射性核素污染面积较大且具备高不确定性，大范围的取样测定效率很低，无法满足核应急快速反应的需要。因此开发一套具备自主高效的放射性核素测定能力的水体放射性监测系统，用于核事故应急的水体放射性监测系统对于事故应急和事故减缓措施的制定、核电站周边水域环境的风险评估具有重大意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统及方法，能够实现核事故情况下水体中放射性核素活度浓度三维立体分布的高效精确测定。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，通过深度学习网络系统快速判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，控制能源模块和动力模块进行智能巡航。

进一步的，所述控制模块还连接导航模块，所述导航模块根据地理信息进行航线规划，并接收控制模块发来的γ辐射测量数据，采用高斯过程回归的智能路径规划并将智能路径规划信息反馈给控制模块进行智能巡航。

更进一步的，所述控制模块还连接通信模块，所述通信模块与地面系统交互通信，接收目标坐标并作为地理信息输入至导航模块，导航模块根据地理信息进行航线规划；所述通信模块还用于采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据的备份储存。

进一步的，所述导航模块包括DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计、电子罗盘、IMU系统以及全球定位系统；所述电子罗盘、全球定位系统和IMU系统连接导航计算CPU，在导航计算CPU的控制下完成航行器的自主导航；

所述DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计连接模块单元计算机，通过DVL速度仪、微型深度计和微型水流速度计测量得到不同航行状态下航行速度、深度、水流速度，连同舵角信息和螺旋桨转速一起通过模块单元计算机处理，经过CAN总线传输引入导航计算CPU，用以校准系统的导航精度。

进一步的，所述γ辐射探测模块包括依次连接的CeBr3晶体+MPPC硅光电倍增器或其他高性能γ辐射探测器、前置放大器、主放大器、多道分析器、数据处理模块、储存模块，所述γ辐射探测器、前置放大器、主放大器、多道分析器将γ射线光子转换为多道沉积谱；所述数据处理模块对多道沉积谱的能谱数据逐点进行处理，得到采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据，一并存储至储存模块。

本发明另一方面还提供了一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测方法，包括：