秦山核電輻射環境監測系統信息化建設

孫埡杰 朱月龍

0 引言

隨著核電的不斷建設與運行，公眾對核電廠周邊環境的狀況也給予了充分的關注，這對核電廠外圍環境輻射監測工作提出了更高的要求，建設一個標準化、信息化的環境輻射監測系統并做好輻射環境監測數據實時公開的技術準備顯得尤為必要[1-4]。

秦山是中國大陸核電的發源地，是目前我國核電機組數量最多、堆型最豐富、裝機容量最大的核電基地。由于秦山各電廠建設歷時跨度大，不斷擴展完善的輻射環境監測點的建筑條件、通訊手段、監測設備性能等都有差異，導致現場工作效率不高、維修操作復雜、備品備件繁多，隨著信息化技術的提高和監測站點全面管理要求的提升，秦山核電于2018年開展了輻射環境監測系統的信息化設計和建設工作，信息化改造完成后，實現了輻射環境監測站點設備控制自動化、遠程智能安防監控信息化、監測數據采集存儲電子化、電源管理和通訊手段標準化，可以讓監測管理人員全面實時了解各輻射環境監測站的運行狀況和監測數據，為環境監測數據公開、核應急決策、上級監管單位信息化要求提供了技術支持。

1 輻射環境監測系統建設

秦山核電基地在用野外輻射環境監測點共14個，除貫穿輻射劑量率監測外，其中的8個監測點具有空氣氚、空氣碳、氣溶膠、沉降物等取放樣監測功能，6個兼具氣象觀測功能，監測點位按照近密遠疏原則分布于廠址10 km范圍內，見圖1。

圖1環境監測點分布圖

1.1 環境監測站點信息化結構

環境監測點現有環境貫穿γ輻射在線監測儀、氣氚取樣器、氣碳取樣器、氣溶膠取樣器、超大流量氣溶膠取樣器、溴化鑭γ譜儀、氣象觀測儀表等，通過硬件改造升級，對核監測儀表進行協議轉換匯總，建立站級數據采集平臺，將主要核監測儀表的測量實時數據、取樣實時信息、設備狀態數據以及測量過程中間數據進行采集記錄，實現非在線式輻射監測儀器在測量區間的連續監測和無人值守。同時采集監測點風機狀態信息、空調數據、設備運行狀態、電源裝置、光纖交換機、無線通訊模塊的狀態信息，通過通訊或硬接線的形式接入站點平臺系統，實現24小時實時監測與智能化調節控制，以保證所有數據的實時采集上報，設備運行環境的穩定與網絡安全。建成后的環境監測站點信息系統主要有四部分組成：

a.在線監測數據采集系統

各監測站點原配置的γ輻射在線監測系統和氣象觀測系統均實現數據實時上傳和查看功能。

b.非在線監測數據采集系統

對監測點內已有的環境監測設備進行通訊協議轉換，接入現場采集工控機。工控機對監測數據進行存儲、匯總、聯鎖報警，實現一個監測點一個數據子站的模式，便于掌握實時監測數據和對歷史數據的追溯。

c.設備運行保障系統

對保障環境監測設備安全穩定運行的環境條件數據（溫濕度、通風、空調等）、電力系統（強電、UPS狀態等）以及各設備裝置運行狀態進行實時監測，并通過傳輸匯總、存儲，最后傳輸至秦山核電環境監測信息系統中心服務器，以實現對設備運行狀態的遠程查看和控制。

d.安防系統

在主要監測位置如：大門口、房間門口、以及機柜前端安裝網絡高清紅外攝像頭，同時在室內安裝遠控燈，可遠程打開照明，方便夜間查看設備運行狀態。電子圍欄和門禁系統與視頻監控形成同步聯動。視頻信號通過光纖傳輸至中心服務器，實現對現場環境及設備狀態的遠程監控。

環境監測站點信息化數據系統架構如圖2所示。

環境監測站點數據信息系統的構建，實現單點數據的統一管理，為后續環境監測系統的整體建設提供基礎。

1.2 環境監測系統架構

a.物理連接架構

在監測站點系統建設的基礎上，利用已敷設的通訊光纜形成主網絡，并增加無線4G網絡（可升級5G）實現網絡冗余，將14個站級服務器采集的數據傳輸至環境監測中心系統服務器。該服務器最終將數據提供給秦山核電環境監測信息管理系統，實現多功能信息化數據收集。

b.軟件層級設計

環境監測系統整體功能的實現依賴完整的平臺軟件架構，整合系統內各環境監測要素，完成輻射監測數據采集平臺的建立，實現以站級服務器為個體中心，與中心服務器形成點對多的傘狀運維模式。針對監測系統的各層級需求，將整個軟件架構分為數據資源層、基礎平臺層、業務控制層和展示報送層，各層分別具備相應的模塊功能。

數據資源層：支持對各類服務器、數據庫、非結構化數據、應用系統、安全系統、網絡設備等數據進行監控和管理，為上層的數據分析和數據監測提供底層支持。

基礎平臺層：對報警引擎、報表引擎、安全認證、公共組件等做集成和封裝，成為連接數據資源和控制層級的中間樞紐。

業務控制層：結合實時數據監測和數據分析兩方面系統功能需求，分別實現對野外環境監測系統各軟硬件資源的監控管理和數據統計、分析功能，實現對監測點部分控制信息的傳輸和反饋。

展示報送層：是系統與用戶之間的UI層，包括系統工況圖、實時數據顯示、實時曲線、實時報警狀態、數據分析可視化界面、報表輸出等。提供直觀、易用的操作界面，能夠對數據價值分析的結果進行直觀的可視化展現，輔助進行決策。

環境監測系統架構如圖3所示。

2 系統運行與優化方向

輻射環境監測系統信息化改造完成后已運行近兩年，總體運行情況良好，對比原有監測系統，改造后可以實現每個監測點設備統一管理、數據統一服務，同時結合信息管理平臺大數據、物聯網、移動互聯網技術創新環境監管方式，“多網合一”提升了監測站自動化運行水平，減少人工勞動強度，保障設備可靠運行。

2.1 監測點實時狀態監控與控制

環境監測點常年處于運轉狀態，且布點分散，工作人員需定期開展各監測點的現場巡檢以確認監測點安全及了解設備運行情況。信息化改造后，可以通過遠程視頻每天對各監測點現場進行巡檢，結合每周的現場巡檢，提高了對監測點安全和狀態監控的頻度。

因監測取放樣的需要，各取樣設備需定期開啟，原系統下工作人員在放樣和取樣階段記錄各設備運行狀態和參數，取樣中間過程的狀態無法掌握，如遇停電或設備故障導致取樣中斷，則該時間段內樣品即缺失，無法滿足環境監測的要求。新系統運行后，各監測點取樣設備信息可在監測中心實時查看，異常狀態下同步向工作人員發出報警信息以便實施遠程控制或及時赴現場進行消缺。近兩年未發生因設備故障導致的樣品取樣未完成的情況，樣品完整性得到保障。圖4為環境監測點實時監控系統的界面圖。

圖2環境監測站點系統架構

2.2 運行保障和工作量控制

新系統下各監測點配備大容量UPS電源，滿足設備供電的冗余性；同時對監測點環境條件的監控，可以在溫濕度超過規定要求的情況下自動開啟通風或空調設備，以改善現場環境條件，保障設備的運行。近兩年，光纖機和流量計等溫度敏感設備未發生因溫度過高而導致傳輸中斷等故障。

核電廠從事野外輻射環境監測的工作人員有限，取樣和分析的任務量大，質量控制和數據分析工作的時間被占用，勢必會影響監測數據的質量。信息化運行后，監測站點數據的自動化運行、巡檢頻度的降低和設備運行可靠性的提升都在一定程度上減少了工作人員外勤工作的頻度和工作量，增加了實驗室內部化學分析和質量控制的時間，確保環境監測的質量。

2.3 系統優化方向

環境監測系統通過兩年的運行和完善后，整體運行效率和穩定性有了很大的提高。但從需求和使用角度考慮，還需要不斷地對系統在多方面進行持續改進和提高。

a.融合目前已有的應急監測車監測系統、便攜式監測儀表、移動基站子系統進入監測系統內統一協調管理。

b.開發移動端查看和控制功能，實現非工作時間段報警信息的接收和處理。

c.環境監測系統對接實驗室信息管理系統，實現監測取樣信息與實驗室分析數據的銜接，更大程度提高環境監測的信息化水平。

3 結論

建立高效的環境監測系統，確保監測數據的準確性，對核電站接受社會監督、提升公眾認可度有著積極的現實意義。秦山核電輻射環境監測系統經過幾十年的運行，積累和沉淀了較多的實踐經驗。在新的信息化形勢下，順應科技發展，主動探索和優化輻射環境監測系統信息化建設，可以滿足監管部門和公眾對核電廠輻射環境監測的更高要求，本文介紹的秦山核電環境輻射監測系統信息化建設設計思路和運行經驗可為國內其他核電站的輻射環境監測系統改進提供技術參考。

圖3環境監測系統架構

圖4監控系統界面