[发明专利]基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射环境探测技术领域，具体涉及一种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统及方法。

背景技术

虚拟重建系统通过测量真实环境并把数字化处理结果输入到计算机，将环境对象重新于计算机平台。该技术在考古勘测、工程建设、城市规划、灾害救援等领域有着重要的应用，具有广阔的应用背景和实用价值。虚拟重建所具有的交互性、沉浸性和想象性非常适用于核工程领域，在计算机中重现的核辐射环境作业现场具备安全性和可重复性，可被应用于：核事故处理过程中的源项分析、核退役过程中的作业规划、核辐射环境下高危险高成本作业人员的培训、核设施维护检查前的工作计划等等。这一技术的应用不但可以降低现场人员承受剂量、节省施工经费，还能丰富作业现场的信息、扩大作业人员视野，并且以生动形象的视觉感受加深作业人员的操作体验。

现有的虚拟重建研究和产品主要应用光学设备(比如，相机、激光扫描仪等)对环境进行测量，再结合三维重建模型在计算机平台上还原环境中对象。对于核工程领域的应用存在两大不足：一是，重建效率低下，需要长时间扫描各环境对象后才能进行重建；二是，不能有效描述作业现场的核辐射特征。在国外，已经出现了不少应用虚拟现实技术对核辐射环境进行虚拟重建的研究和应用。西班牙的CIPRES项目开发了一套虚拟现实系统，可模拟核电站换料过程并计算剂量；比利时核能研究中心开发的VISIPLAN 3D ALARA工具采用三维可视化方法对现实场景建模，模拟计算剂量分布情况；在韩国，Kim开发的核电站剂量预测技术可在虚拟的核辐射环境中模拟作业过程，并以图形可视化方式显示辐射危险区域，减少人员作业时遭受的辐照剂量；美国西屋汉福德公司开发了描述三维辐射环境的可视化软件，可形象地显示辐射源和屏蔽体内部的辐射剂量。这些成果侧重于对辐射环境的三维建模和可视化，并未深入讨论如何结合施工需求对现场进行及时测量与高效在线重建。在国内，该领域的研究开发工作相对较少。武汉核动力运行研究院为核电站开发了虚拟现实系统，用于工作人员操作培训。由于没有涉及现场剂量和辐射防护方面的内容，其实用性受到一定程度限制。国内近期代表性成果是中广核集团的两个专利，其申请号分别是200910188852.7和201010546308.8：前者提出了一套核电站控制室的虚拟漫游设计方法及系统，同样没有考虑核辐射环境的特殊性；后者采用组态软件方式实现虚拟的核电站数字化控制系统，跟真实环境的虚拟重建还有一定差距。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统及方法，集核辐射环境测量和重建于一体，能够实现在线重建，能够描述现场的核辐射特征，适合于核辐射环境下的施工需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于：包括安装在可移动装置上的前端子系统；所述前端子系统通过通信线缆与后台子系统连接；

所述前端子系统包括定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪；所述定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪均与前端通信设备连接；所述定位测量设备用于采集图像和环境几何信息；所述伽玛图像采集设备采集放射源的分布信息并提供伽玛图像数据；所述伽玛能谱仪测量伽玛射线能谱；所述前端通信设备将定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集的数据转换后通过通信线缆传输给后台子系统；

所述后台子系统包括工作站、测量装置控制手柄、环境测量模块和虚拟重建模块；所述工作站、测量装置控制手柄、环境测量模块和虚拟重建模块均与后台通信设备连接；所述工作站负责运行环境测量模块和虚拟重建模块；所述测量装置控制手柄用于控制定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪；所述环境测量模块实时记录并处理定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集的数据，将处理好的数据保存到测量数据库；所述虚拟重建模块根据测量数据库中的数据再现含有放射源信息的虚拟场景。

所述定位测量设备包括图像采集单元、激光测距单元、云台和补光单元；所述图像采集单元和激光测距单元安装在云台上；所述图像采集单元窗口的轴线与激光测距单元窗口的轴线平行；所述补光单元设置在图像采集单元的前方；所述图像采集单元、激光测距单元和补光单元设置在铅屏蔽罩内。