基于国产化平台的单兵核应急监测系统设计

基于国产化平台的单兵核应急监测系统设计

蒋聪明，穆龙，周银行，黄熙，陈平

中国工程物理研究院核物理与化学研究所  四川 绵阳  621900

摘要：本文基于全国产化硬件系统及操作系统设计和开发了核应急单兵监测系统。本系统主要的用途在于解决大环境范围下的核应急的处理，通过单兵环境辐射探测设备、单兵生命体征监测设备、以及实时指挥系统对于大环境下核应急情况处理，通过该系统相关人员可以查找到泄漏点、监测作战人员生命体征以及下发处理指令，同时该系统支持互联网环境部署和本地应急环境部署，使用互联网环境下的系统可以做到随启随监，24小时不间断待命；使用本地环境部署的系统可以解决在无网络环境或者特殊地区的核应急监测。

1 应用场景

单兵核应急监测系统的应用场景是如“日本福岛核电站”事故发生核泄漏后，相关人员可以使用该系统对“核电站”周围环境进行测量（测量辐射数据α、β、γ、N数据、北斗定位数据等重要信息），并将数据进行反馈，以便进行数据分析，制定更加实际合理的作战计划和解决方案。

系统可以解决类似的辐射区环境检测的缺陷，若该系统使用于“日本福岛核电站”核泄漏后，则可以迅速绘制出测量区域的核泄漏数据地图，包括对辐射数据、环境数据的统一处理和展示，便于快速划分安全区和泄露区界限、制定作战计划。若没有类似于该项目的系统，则核泄露数据可能采集的时间、准确性、实时性可能达不到要求，不利于立即制定作战计划，划分民众安全区等工作

2 总体设计目标

系统的核心目标，采用全国产化的方案，基于龙芯和飞腾的硬件架构，采用中标麒麟和银河麒麟操作系统，解决在保障探测单兵生命安全的前提下，通过有计划、有协调、有互动的探测活动，完成对核辐射环境的辐射探测、数据分析，并以可视化的方式实时显示探测动态和探测结果，为探测指挥部门提供决策依据。

3 实际应用中面临的问题

从实际应用的角度，单兵核应急监测系统需要解决的问题主要包括：

(1)解决核辐射环境的辐射数据测量问题，主要包括通过核探测仪器采集辐射环境中的α、β、γ、N等辐射数据指标值；

(2)解决辐射探测活动中数据的实时上报问题，主要包括对所有终端设备探测数据和状态数据的采集、存储和打包并发送到指挥部门，让指挥部门即时掌握探测动态；

(3)解决辐射探测活动中的探测任务动态规划问题，探测指挥部门可以动态规划探测任务和探测路线，并下发探测人员后由探测人员遵照执行；

(4)解决单兵探测终端位置快速定位问题，通过GPS+BD模式，并借助其他定位资源完成对探测终端的快速准确的位置定位；

(5)解决辐射探测活动中指挥部门和探测人员之间的信息交换问题，相关部门和人员可以通过文字、图片、语音和视频完成信息交互；

(6)解决地理信息显示问题，通过平面地图和等高线等方式完成对辐射探测活动中地理信息的显示；

(7)满足应用系统国产化的需求，在解决单兵测试业务问题中，采用全国产化的操作系统和硬件系统，并采用开源的开发工具完成系统的开发。

4 系统整体设计方案

针对国产化平台的单兵核应急监测系统的问题需求和应用场景，为了满足实际的应用并解决业务问题，系统的从设计上主要分为“单兵终端系统”、“指挥终端系统”和“数据服务系统”三个子系统。三个子系统相互协作，完成对辐射探测活动的全生命周期的支持。系统组成如下图所示：

图 1 系统组成

国产化平台的单兵核应急监测系统的指挥终端子系统运行环境为15寸国产飞腾处理器加银河麒麟操作系统终端，单兵终端子系统运行环境为10寸国产龙芯处理器加中标麒麟操作系统终端和5寸国产龙芯处理器加中标麒麟操作系统。

三个子系统在应用中的部署结构设计如下图所示：

图 2 系统部署设计

本系统采用全国产化的方案，基于龙芯和飞腾的硬件架构，采用中标麒麟和银河麒麟操作系统，并使用全国产化的组网技术和通信协议，基于以上要求，系统的应用架构设计如下图所示：

图 3 基于业务的应用架构

5 单兵终端子系统设计

为了解决单兵探测数据采集的问题，由探测单兵身着探测防护服，佩戴智能手环，携带单兵终端系统和核辐射探测仪器进入探测区域执行探测任务。探测防护服保障探测人员不受辐射的威胁，智能手环实时监测探测人员的健康状况，核辐射探测仪器用于采集探测区域的辐射数据，单兵终端系统负责读取探测仪器的采集结果，并将数据上报给指挥终端系统。

单兵终端系统的工作示意图如下所示：

图 4 单兵终端工作示意图

为了支持探测任务的执行，单兵终端子系统需要支持以下三个方面的业务需求，系统的设计和开发工作必须围绕以下业务需求展开：

表 1 单兵终端系统功能设计

探测单兵在执行探测任务的过程中，通过单兵终端子系统的位置定位功能查询自身的当前位置，并确保当前的探测区域或者探测路径符合探测任务的要求；探测人员在必要时可以打点定位，并将当前的探测结果连同当前位置信息一起打包上传给指挥终端系统；探测单兵在必要时可以同其它单兵终端系统或指挥终端系统进行双向互动。

6 指挥终端子系统设计

指挥终端子系统负责对探测任务的规划、指挥、动态监视、态势显示，并同单兵探测终端保持通信，及时了解单兵终端上报的数据和信息；指挥终端系统基于GIS系统显示所有单兵终端的实时位置（包括经纬度和高度），运行轨迹和状态信息；在必要时可以通过通信功能和单兵终端保持一个会话，向单兵终端下达动态的任务和探测要求，并获得单兵终端的应答。

指挥终端子系统需要以可视化的方式显示所有单兵终端的测试态势，包括单兵终端的运行轨迹和运动趋势、单兵终端报告的辐射测量数据、所有单兵在探测区域的分布密度等。

指挥终端子系统的工作示意图如下所示：

图 5 指挥终端子系统工作示意图

为了支持探测任务的执行，指挥终端系统需要支持以下三个方面的业务需求，系统的设计和开发工作必须围绕以下业务需求展开：

表 2 指挥终端子系统功能设计

7 数据服务子系统设计

数据服务子系统是单兵辐射探测监测系统数据集成系统的中央式数据服务器，负责所有终端系统的身份认证、在线维护、消息转发、消息缓存、数据存储、数据查询、适应性配置等所有系统运行所需的公共数据服务。

基于系统需要解决的业务问题，数据服务子系统的设计必须满足高效、安全和可用。为了满足安全性的要求，需要引入一个认证服务器，认证服务器完成对数据服务器和所有终端系统的身份认证，杜绝未知的服务或者终端进入系统，认证服务器自身通过数字证书完成自认证。

数据服务子系统包含一个基础数据库系统，用于对所有终端上报数据和会话数据的存储与查询。数据服务系统还需要为超级管理员提供操作接口，用于所有运行信息的维护和操作。数据服务子系统的工作示意图如下所示：

图 6 数据服务子系统工作示意图

8 结语

总结当前核应急监测信息化、自动化建设的经验，结合软硬件国产化的新要求，基于多年的辐射环境监测和应急监测实践，创新性地使用龙芯和飞腾的硬件架构，采用中标麒麟和银河麒麟操作系统，并使用全国产化的组网技术和通信协议设计了全新一代全国产化平台的单兵核应急监测系统。目前，该系统已经成功实现并应用于日常的辐射环境监测和应急监测，并取得了良好的效果。

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蒋聪明（1975.5- ），男 ，汉族 ，四川梓潼，本科，技师

研究方向：辐射防护，监测设备研发