铀废矿石堆监测预警系统设计

■赵 炜 ■四川省核工业地质调查院，四川 成都 610061

在铀资源勘探和开采的同时，产生了大量的放射性废物，形成了数量庞大的铀尾矿、铀废矿石堆，在人为控制不善或某些自然灾害条件下，极有可能发生溃坝等事故，对下游地区及周边人民生命、财产造成巨大危害。因此，提高对铀废矿石堆的安全监测水平，及时掌握铀废矿石堆的地质稳定性及放射性辐射剂量，对于保护当地的生态环境和人民群众的生命安全都十分必要。

1 铀废矿石堆监测预警系统需求

本系统主要实现铀废矿石堆环境安全多种数据的实时监测预测预警，功能上分为3 个部分:(1)铀废矿石堆环境数据实时监测;(2)铀废矿石堆实时监测预警;(3)相关辅助功能。

环境数据实时监测:主要对各种铀废矿石堆环境安全监测数据进行实时获取，实现其向监测预警系统平台的转换，能够在系统平台中进行直观可视化显示，为铀废矿石堆环境安全监测预警的综合分析提供各种数据信息。

实时监测预警:主要根据某时刻的各种环境安全监测数据，整合铀废矿石堆环境安全监测预测模式，对目标监测区的环境安全预测结果实时滚动发布，提供目标监测区的环境安全状况，及监测预警信息的自动报警服务。

相关辅助功能:主要实现上述功能所需要的辅助功能。各种环境监测数据的组织与管理，监测设备参数设置，信息可视化参数设置以及查询、缩放等图形操作，监测设定及自动发布设置，以及监测数据的互联网信息发布设置等。

2 铀废矿石堆监测预警系统设计

2.1 系统设计原则

系统要满足长期运行的稳定性，需确保技术的先进性、可靠性、安全性和实用性，并且，系统应具有良好的可扩展性和灵活性。

2.2 总体设计

从感知层、网络层、应用层三个层次进行设计。

(1)感知层:平台通过安装在现场的各种硬件传感器获取环境中的工程因素、地质岩性及辐射安全等各项指标信息，如应力仪、雨量计、位移计、剪切测试仪、γ 剂量率仪、γ 能谱仪、测氡仪、x 剂量率仪等，实现安全信息的实时监测。

(2)网络层:项目采用无线通讯方式进行数据传输。采用多种方式相结合的无线通信技术进行互补，包括GPRS 技术、无线组网技术和卫星宽带技术，有效克服了山地间传播信息的困难。

(3)应用层:目前Web 应用程序是业务系统的发展趋势，可以快速地发布增强和修复功能，系统的使用者可以透明地使用最新的最好的更新，避免了客户端重装或升级的繁琐。

应用层设计采用B/S 模式，通过Internet 发布，公众通过普通浏览器即可登录并使用系统。

2.3 监测仪器与方法设计

2.3.1 监测内容与仪器

常用的监测方法和监测仪器可分为如下四种:(1)外观监测。包括大地测量法、近景摄影测量法、INSAR 干涉雷达测量法、地表倾斜监测法等。用到的主要监测仪器有全站仪、表面倾角计、伸缩自记仪、位移计等。(2)环境因素监测。包括土壤含水量监测、水位监测、渗压监测、流量监测、水质监测、降雨量监测、地震监测等。使用的监测仪器有土壤含水率仪、水位自动记录仪、流量仪、雨量计、地震监测仪等。(3)内观监测。如岩体应力应变监测、深部倾斜监测、内部相对位移监测、沉降观测等。监测仪器有岩体应力计、钻孔测斜仪、钻孔多点位移计、静力水准仪、收效仪等。(4)辐射监测。包括γ 剂量率、氡析出率、α、β、γ 总活度、中子剂量、x 射线剂量率等。使用的监测仪器有α、β 表面污染测量仪、测氡仪、x-γ 剂量率仪等。

2.3.2 系统设计

(1)电源与功耗设计。整个设备采用低功耗设计，采用20 瓦太阳能电池板配合蓄电池供电，支持掉电、节电、工作三种电源管理模式。(2)通讯链路设计。采用多种方式相结合的无线通信技术进行数据传输，以便克服诸多山地间传播信息的困难。设备设计采用无线通讯为主、有线通讯为辅的设计。设备支持GPRS、Zigbee 无线自组网、卫星通信三种无线数据传输方式。(3)异常与安全设计。设备对电源设计状态检测电路，可以实时传回设备电源状态，满足可靠性管理要求;设计传感器接入异常状态检测电路，可及时获知传感器的异常，方便了排除;设备采用低阻接地防雷设计，防止雷击损害。(4)其他设计。设备提供声光报警功能，预留红外夜视摄像功能接口，提高设备的可扩展性。

2.4 网络发布系统设计

(1)用户管理模块。系统的用户管理包括添加用户、删除用户、修改用户、浏览查看用户以及用户权限管理。(2)监测点管理模块。监测点管理包括添加监测点、删除监测点、修改监测点、浏览查看监测点以及监测点远程控制。远程控制功能包括数据采集时间间隔的设置、对设备状态的重置、声光报警器的启动等。一个监测点可以独立设置运行参数，如传感器种类与数量、数据曲线绘制参数等。(3)数据管理模块。系统中数据管理主要针对各个监测点的监测数据，设计有数据接入、数据查询、数据备份等功能。数据接入采用自定的标准化的数据分组方式，采集的一次数据为一个数据分组，对应一个数据包，分组中依次为监测点标号、数据实时时间、雨量、γ 剂量率……。(4)互联网信息发布模块。系统面向用户提供信息发布功能，用户可查看监测点监测参数信息，可以对任何一个监测点可以打开实时监测曲线，曲线设计有自动静默更新，还可以查看实地照片以及提交群策群防建议等。管理员用户可实现对监测点监测数据的数据报表输出等功能。(5)系统管理模块。系统管理包括系统日志、系统帮助、预警日志。系统日志记录用户的使用足迹，实现对用户使用过程的追踪，分析系统的运行状况。系统帮助为方便用户使用的系统操作说明。预警日志记录了系统发送的预警记录，管理员用户可以进行查看。

2.5 数据库设计

(1)基础地理/地质数据库。主要是GIS 数据，实现GIS 地图背景以及与GIS 相关的各种功能。目前系统采用的为Google Map 提供的免费数据。(2)自然灾害监测专题数据库。主要是监测仪传回的关于自然灾害的各类监测数据，如降雨量、位移、内摩擦角、γ 剂量率等。这些数据是系统运行的基础，进行永久保存，不能修改和删除。(3)系统运行数据库。主要包括用户信息数据、系统日志数据、用户配置数据等，用以支撑系统正常的运行。

2.6 平台接口设计

平台对铀废矿石堆环境安全监测数据输入和数据输出均设计有数据接口。平台在数据输入端，提供监测设备的数据入库接口，提供气象局、民政局等部门的数据接入接口。在数据输出端，提供数据的读取接口，用户可对数据进行其它利用。

3 结论

根据需求分析结果，提出了铀废矿石堆环境安全监测预警系统总体结构方案，研究了适合于铀废矿石堆环境安全监测预警系统的监测仪器设计、通讯链路设计、数据库存储、网络软件发布等方法，实现了系统的网络软布，为后期系统的开发提供关键保障。

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