面向放射性物品运输的个体自主安全智能关键技术研究

来源 :南华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lailinyang
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传统核安保技术存在着保护范围有限,保护力度、保护精细度不够充分的问题,其本质是目前的实物保护技术相对于被保护的对象而言,是一种外在的被动监控手段。放射性物品自身既不能感知面临的危险,也不具备基本应对能力。基于此,本文把当前最新的信息技术引入到核安保领域,以现有的核安保技术为基础,开展放射性物品个体自主智能核安保关键技术的研究。即在放射性容器上加装智能电子设备,使其能感知自身面临的危险,并按照一定逻辑作出判断,进而实施自我保护的措施。以信息物理融合系统为技术原型对象,开展“非授权接近”探测、“非授权移动”探测技术研究,建立基于个体自主安全智能的面向放射性物品运输的新型安保系统,提升安保能力。具体研究内容如下:(1)个体自主安全智能概念与体系。针对传统核安保技术的被动保护问题,在物联网等新技术出现的条件下,提出个体自主安全智能的概念。借鉴《放射源安保》对安保措施执行目标的分类,将放射性物品的自主安全智能可以划分为两个安全等级,并进一步建立外在安全系统能力与内在安全智能相结合的放射性物品安保能力级别。基于个体自主安全智能技术,采用CPS(Cyber Physical System,简写CPS)嵌套结构,提出了信息物理融合的新型核安保体系。(2)基于视频与红外的非授权接近纵深防御模型与方法。IAEA(International Atomic Energy Agency,简写IAEA,国际原子能机构)要求基本型、增强型、额外型安保等级的放射性物品运输安保系统都需要提供对包裹的非授权接近的立即探测。对放射性物品车载运输的典型威胁场景展开分析,将入侵者接近放射性物品分成三个阶段:由极远处移动至车门、破坏车门进入车厢、车厢内接近放射性物品容器。根据三个阶段提出含有控制区域、保护区域、核心区域的纵深防御模型。单一的接近探测方式可能存在误判或者漏检,为了提高非授权接近探测结果的准确率,提出了基于有限状态机的非授权接近决策方法,可以获得系统正常、正常巡检、非授权接近预警、非授权接近告警、灵敏度配合和装置故障告警等决策结果。(3)基于RSSI(Received Signal Strength Indicator,简写为RSSI)的IAEA-Ⅰ型非授权移动探测方法。IAEA要求在基本型(即IAEA-Ⅰ)安保等级的放射性物品运输安保系统需要提供对包裹的非授权移动的探测。按照探测距离由近至远的顺序,提出基于空间投影角的非授权移动探测方法、基于面积比较法的非授权移动探测方法和基于失效检测的非授权移动探测方法。三种方法可以叠加使用,以提高非授权移动探测的可靠性。基于空间投影角的非授权移动探测方法是将RSSI值转换为距离,进而建立车厢内的空间长方体。将移动的放射性物品节点与其在空间长方体内的两个投影点连接成三角形,再根据空间投影角判断是否移动至车厢外。仿真结果表明该方法放射性物品离开车厢距离达到0.25米将会被探测到,现场实验表明该距离将达到2.4米。基于面积比较法的非授权移动探测方法是忽略放射性物品节点与锚节点之间的高度差。该节点与锚节点组成的四个三角形面积之和减去车厢面积的值大于零,则认为其离开了车厢。仿真结果表明,放射性物品离开车厢距离达到1.04米将会被探测到。放射性物品非授权移动到了较远处,导致放射性物品节点与车厢内的相关节点之间通信失效,则认为其发生了非授权移动。为了节约能量和提高检测精度,本文提出一种现场响应失效检测方法,即先使用Push模型,当测量得到怀疑的结果时,由pull模型进一步确认失联。失效检测算法中的超时阈值与运输安保等级挂钩,并提出了具体的量化方案。现场试验表明本方法是有效的,失效报警的最远距离达到26米。(4)基于UWB(Ultra Wide Band)的IAEA-Ⅱ型尝试非授权移动探测模型及方法。IAEA要求在增强型(即IAEA-Ⅱ)安保等级的放射性物品运输安保系统需要提供对包裹的尝试非授权移动的探测。针对运输车厢内放射性物品容器的平移和转动导致的尝试非授权移动,提出了基于UWB信号的协作式尝试非授权移动探测方法,解决了放射性物品金属容器本身导致的遮挡问题。仿真试验表明该算法稳定、误差较小。对于平行移动:三个标签的最大误差不到6厘米;对于转动:放射性物品容器倾角误差达到1.5°。(5)基于个体自主安全智能的车载运输安保系统。基于放射性物品自主安全智能、北斗定位等技术,设计了放射性物品车载运输过程的安保系统,实现了感知、预警、延迟和报警等功能,提高了运输安全性。为了提高车载安保中心的警报评估概率,采取的优化措施包括划分报警信号优先级、优化声光报警形式、视频联动、警卫培训及加强组织管理。基于模糊层次分析法,定量分析了这些措施对EASI方法中警报评估概率的影响。论文对面向放射性物品运输的个体自主安全智能关键技术进行研究,研究成果可指导设计、建立新型运输安保系统,有效提升系统安保水平。
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