基于物聯網的測井放射源在線式智能監控系統研究

呂楠 呂幸端 李軍

摘 要：本課題基于物聯網技術，針對勝利測井公司施工作業中對放射源的管理需求，通過本課題的研究，解決測井放射源監控面臨的主要難題及關鍵技術，解決放射源本體監控，以及遠程觀測監控中心多數據庫、多任務、多用戶、平臺擴展和組織架構等一系列監測難題。

關鍵詞：物聯網；測井；放射源；智能管理

概述：放射性測井是石油工業與探礦工業的一項重要的測井工藝，是在油氣勘探過程中進行的特殊的和帶有一定風險的作業。放射源的使用不當或丟失會造成極大的環境危害和社會恐慌。因此，要對放射源進行嚴格有效的監管與控制，以保障環境與人身的安全。

1.問題的提出

《中華人民共和國放射性污染防治法》（2003 年）、《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》（國務院449 號令）等二十多部法律法規，嚴格規范了放射源的使用及管理全過程，對放射源的銷售、購買、儲運、使用、退役等均做了嚴格的規范要求，并明確了監管機構和責任部門。企業作為放射源的直接使用者，對放射源的監管負有最為重要而不可推卸的責任。

勝利測井公司是一個大型綜合性專業技術服務公司，現有近百個裝備精良的作業隊伍，因測井作業的需要，常年使用大量放射源（總數量約260 枚），部分放射源活度極大，且需隨施工車赴野外工地作業。目前其放射源日常管理主要以人工方式為主，程序繁瑣，人員暴露時間長，而且工作責任巨大，護源人員心理負擔較重，萬一發生放射性源撒落等問題，將給國家造成不可估量的政治影響和經濟損失，亟需研發基于物聯網的放射性源在線智能管理系統。

2.原理與方法

物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。

基于物聯網技術，建設完成測井作業物聯網控制平臺和測井儀器車流動遠程傳輸數據平臺見圖1。實現測井海量實時數據采集、處理、存儲和業務分析一體化，能夠支持移動3G技術的成熟和4G技術等多種網絡通訊方式，通過該平臺能夠實現物聯網在安全生產、環境保護、應急管理、安全防范等領域的快速應用推廣，實現物聯網和已有的建立在遠程數據庫上的各種測井應用系統實現無縫集成，充分發揮已有信息資源的價值，真正發揮物聯網的“物物互聯、感知世界”的核心價值。

通過GPS、GPRS、RFID、GIS、數據庫技術的應用，對生產管理、安全、測井資料質量、放射源、車輛進行多方位監控，實施測井放射源雙監控平臺的管理，形成與源車、絞車、護源工的聯動報警的全過程智能管理，提升QHSE管理水平 。

3.系統架構

3.1 國內外現狀

在國外，美國核管理委員會（Nuclear Regulatory Commission）和挪威放射性保護管理局（Radiation Protection Authority）相繼推出了測井用放射源安全使用許可制度，對放射源的存放、監管、使用、運輸以及回收等過程制定了詳細的規范，同時為保護測井操作人員免于放射性傷害，制定了放射性保護和安全需求。在2005年IEEE工業技術會議上，推出了ALDS系統，主要應用于測井現場的密封放射源的自動泄露檢測。國外還未見類似本課題研究內容的相關報道。

國內相關課題的研究主要集中在放射源源庫監控，現場數據采集選用能監測各種放射性工作場所X、Y射線輻射劑量率的輻射劑量儀，將采集的數據通過GPRS發送到數據終端；或采用RFID射頻系統或紅外通訊系統在源庫范圍內實時監控放射源。國內，特別是對放射源在車輛運輸過程中的實時監控研究較少，而在測井服務程序中，放射源從源庫到井場的運輸過程是一個非常重要的環節，極易造成放射源的丟失，因此放射源在運輸過程中的監控研究勢在必行，也是今后的發展趨勢。

3.2 需求分析

一是建設測井放射源物聯網平臺，形成一套成熟的源庫、源車監控、放射源本體監控軟硬件系統、測井放射源物聯網遠程監控平臺系統，以及相應的技術標準和操作規范。

二是實現源罐、源車、絞車與護源工、生產調度部門的實時、閉環、聯動報警，提升測井作業的精細化管理水平。

圖1 測井放射源物聯網應用概念圖

3.3 系統描述

該系統實現源罐、源車、絞車與護源工、生產調度部門的實時、閉環、聯動管理。系統中RFID檢測設別負責讀取放射源電子標簽中的信息，放射源輻射探測器確定源是否位于屏蔽罐（箱）中，二者信息融合為放射源的識別信息，再加上出入庫、上下車以及放射源出庫時錄入的管理員、車牌號，車輛GPS定位信息、視頻監控等其它信息，共同組成放射源的管理信息，這些構成了本系統數據管理的核心信息。

4.總體設計

4.1 設計目標

對監控目標（具體到哪個放射源）的監控總體要求是“源在哪里，監控就跟蹤到哪里?！本唧w要求為：

（1）對每個源庫，監控目標是否在源庫里，其出入庫情況。監控信息在源庫本地顯示，并上傳到控制中心并形成數據記錄。

（2）對每一輛源車，監控目標是否在源車上，源車的出入大門的情況，包括源車編號（牌照號）、車上所載放射源信息（源ID號）等。監控信息在值班室本地顯示，并實時上傳到控制中心，形成數據記錄。

（3）源車外出期間，監控目標的異常。監控信息在車上本地顯示，異常報警信息及時傳給押運員，并上傳到控制中心，形成報警記錄。

（4）在控制中心，可通過計算機實時查詢任意放射源的存儲和使用情況；查詢源車位置、車載放射源狀況；自動顯示異常報警信息并啟動報警處置程序；生成放射源使用情況統計報表等。

4.2 設計原則

（1）實時性原則

放射源監測系統必須做到對放射源的儲存、運輸、異常情況等狀態進行不間斷的監測，并將監測信息實時傳輸至控制中心或值班室。

（2）可靠性原則

監測系統同時使用在線式輻射探測和放射源RFID（電子標簽）管理兩套監控裝置，可實現放射源有無及放射源身份的雙重識別。同時設計了重要數據的交叉驗證機制，保證了系統的高可靠性。

（3）嚴密性原則

針對測井公司放射源儲存、運輸、施工等工作的每個操作環節，設計了相匹配的監測手段和智能化裝置，以實現整個監測過程的無縫連接，杜絕監控漏洞，提高監控過程的嚴密性。

（4）高效性原則

在各個監測位置設計了自動輻射監測裝置和總線式（或紅外）數據傳輸網絡，并安裝智能化控制終端，以實現出入庫、進出院門和車載運輸的自動化操作，將大大提高放射源管理工作效率。

（5）安全性原則

放射源的管理工作存在一定的危險性。以信息化、自動化的技術手段實現操作人員的遠距離自動作業，盡可能縮短操作人員接觸放射源的時間，是本系統設計時遵循的安全性原則。

4.4 系統架構

以監測系統所處的位置來劃分，放射源監測系統包括：源庫監測子系統、出入庫管理子系統、源車監測子系統和測井放射源物聯網遠程監控平臺系統等四部分。源庫監測子系統安裝于每個源庫入口處，可對出入源庫的放射源進行自動檢測和登記；出入庫管理子系統安裝在車輛出入口處，用于對車輛的出入進行控制。源車監控子系統安裝于每個源車上，可對放置于源車上固定位置的每一個放射源進行實時監測；測井放射源物聯網遠程監控平臺系統安裝于控制中心計算機，可對整個系統中源車及放射源的位置、狀態等信息進行記錄、儲存、查詢和異常報警等操作。

放射源的監測管理以源庫為界限，記錄外出源車所載有的放射源類型和數量以及返回源車的放射源類型和數量。在源庫處記錄的外出放射源的總數量應等于所有源車上放射源的數量之和； 在源庫門口記錄放射源出入源庫和上下源車的情況，由源庫監測子系統和源車監測子系統協同完成（出入庫管理系統）。源車上的放射源上下車情況由源車監測子系統實時監控，在開啟異常報警功能時，還能將放射源的異常移動向控制中心和押運員報警。

四個子系統的監測信息，包括放射源ID編號、放射源基本信息、出入庫情況、上下車情況、源車位置、押運員、庫房管理員、車牌號和作業時間信息等，均通過網絡接口或3G無線通道發送到控制中心，并存入控制中心信息管理數據庫中，共后續查詢和管理使用。其中，源庫位置固定，可采用內部局域網上傳監測信息到控制中心發送數據；而源車運輸放射源進行野外作業，移動范圍大，因此，需通過3G等無線通信業務上傳信息到控制中心見圖3。

4.5 技術路線

在查閱國內外相關的技術文獻，消化、吸收、借鑒國內外業已取得的研究成果的基礎上，利用成熟軟硬件技術和方法開展源庫監控子系統、院門監控子系統和源車監控子系統的研究；重點對放射源本體監控技術和遠程觀測監控中心系統進行研究，主要思路是在目前成熟的軟硬件基礎上，進行硬件電路的集成設計和軟件系統多數據庫、多任務、多用戶和平臺可擴展功能的設計與實現，按照“設計-實現-實驗-修改”的開發模式，逐步完善系統，探索建立一套適應勝利測井公司特點的測井放射源監控系統；由該系統的設計與開發，形成測井放射源監控的技術標準和操作規范。通過在測井公司源庫、多個測井小隊和遠程觀測監控中心部署該系統，驗證研究成果并達到放射源丟失零事故的效果。

4.6 技術實現

該系統實現的技術關鍵，包括放射源本體GPS/GPRS跟蹤定位技術（包括電路設計、機械加工、信號引入）；遠程觀測雙監控數據庫設計與開發技術； 放射源射線檢測模塊的設計與開發；遠程觀測監控系統應用軟件開發與報警技術；遠程觀測監控系統組織機構架設與多任務平臺擴展技術。

5.達到效果

（1）通過建設測井放射源物聯網平臺，形成一套成熟的源庫、源車監控、放射源本體監控軟硬件系統、測井放射源物聯網遠程監控平臺系統。

（2）實現源罐、源車、絞車與護源工、生產調度部門的實時、閉環、聯動報警，提升測井作業的精細化管理水平，其實際監控過程。

6.結論

通過本課題的研究，形成具有領先水平的測井放射源監控技術產品、技術標準和操作規范，最大限度的降低測井放射源丟失事故發生率，避免由于放射源丟失造成的人員健康受損帶來的經濟補償，節約測井公司的生產運營成本，并最大限度的避免放射源丟失造成的社會不安定因素影響，對進一步提高測井公司和油田的安全生產水平，保障油田生產所需的穩定外部社會環境具有重要意義。

參考文獻：

[1]《中華人民共和國環境保護法》

[2]《中華人民共和國放射性污染防治法》

[3]《國家應急平臺體系信息資源分類與編碼規范》（試行）

[4] 《國家應急平臺標準體系框架》