■趙 煒 ■四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610061

在鈾資源勘探和開采的同時，產(chǎn)生了大量的放射性廢物，形成了數(shù)量龐大的鈾尾礦、鈾廢礦石堆，在人為控制不善或某些自然災害條件下，極有可能發(fā)生潰壩等事故，對下游地區(qū)及周邊人民生命、財產(chǎn)造成巨大危害。因此，提高對鈾廢礦石堆的安全監(jiān)測水平，及時掌握鈾廢礦石堆的地質(zhì)穩(wěn)定性及放射性輻射劑量，對于保護當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人民群眾的生命安全都十分必要。

1 鈾廢礦石堆監(jiān)測預警系統(tǒng)需求

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)鈾廢礦石堆環(huán)境安全多種數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測預測預警，功能上分為3 個部分:(1)鈾廢礦石堆環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測;(2)鈾廢礦石堆實時監(jiān)測預警;(3)相關輔助功能。

環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測:主要對各種鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時獲取，實現(xiàn)其向監(jiān)測預警系統(tǒng)平臺的轉換，能夠在系統(tǒng)平臺中進行直觀可視化顯示，為鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預警的綜合分析提供各種數(shù)據(jù)信息。

實時監(jiān)測預警:主要根據(jù)某時刻的各種環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，整合鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預測模式，對目標監(jiān)測區(qū)的環(huán)境安全預測結果實時滾動發(fā)布，提供目標監(jiān)測區(qū)的環(huán)境安全狀況，及監(jiān)測預警信息的自動報警服務。

相關輔助功能:主要實現(xiàn)上述功能所需要的輔助功能。各種環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的組織與管理，監(jiān)測設備參數(shù)設置，信息可視化參數(shù)設置以及查詢、縮放等圖形操作，監(jiān)測設定及自動發(fā)布設置，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布設置等。

2 鈾廢礦石堆監(jiān)測預警系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)設計原則

系統(tǒng)要滿足長期運行的穩(wěn)定性，需確保技術的先進性、可靠性、安全性和實用性，并且，系統(tǒng)應具有良好的可擴展性和靈活性。

2.2 總體設計

從感知層、網(wǎng)絡層、應用層三個層次進行設計。

(1)感知層:平臺通過安裝在現(xiàn)場的各種硬件傳感器獲取環(huán)境中的工程因素、地質(zhì)巖性及輻射安全等各項指標信息，如應力儀、雨量計、位移計、剪切測試儀、γ 劑量率儀、γ 能譜儀、測氡儀、x 劑量率儀等，實現(xiàn)安全信息的實時監(jiān)測。

(2)網(wǎng)絡層:項目采用無線通訊方式進行數(shù)據(jù)傳輸。采用多種方式相結合的無線通信技術進行互補，包括GPRS 技術、無線組網(wǎng)技術和衛(wèi)星寬帶技術，有效克服了山地間傳播信息的困難。

(3)應用層:目前Web 應用程序是業(yè)務系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，可以快速地發(fā)布增強和修復功能，系統(tǒng)的使用者可以透明地使用最新的最好的更新，避免了客戶端重裝或升級的繁瑣。

應用層設計采用B/S 模式，通過Internet 發(fā)布，公眾通過普通瀏覽器即可登錄并使用系統(tǒng)。

2.3 監(jiān)測儀器與方法設計

2.3.1 監(jiān)測內(nèi)容與儀器

常用的監(jiān)測方法和監(jiān)測儀器可分為如下四種:(1)外觀監(jiān)測。包括大地測量法、近景攝影測量法、INSAR 干涉雷達測量法、地表傾斜監(jiān)測法等。用到的主要監(jiān)測儀器有全站儀、表面傾角計、伸縮自記儀、位移計等。(2)環(huán)境因素監(jiān)測。包括土壤含水量監(jiān)測、水位監(jiān)測、滲壓監(jiān)測、流量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、降雨量監(jiān)測、地震監(jiān)測等。使用的監(jiān)測儀器有土壤含水率儀、水位自動記錄儀、流量儀、雨量計、地震監(jiān)測儀等。(3)內(nèi)觀監(jiān)測。如巖體應力應變監(jiān)測、深部傾斜監(jiān)測、內(nèi)部相對位移監(jiān)測、沉降觀測等。監(jiān)測儀器有巖體應力計、鉆孔測斜儀、鉆孔多點位移計、靜力水準儀、收效儀等。(4)輻射監(jiān)測。包括γ 劑量率、氡析出率、α、β、γ 總活度、中子劑量、x 射線劑量率等。使用的監(jiān)測儀器有α、β 表面污染測量儀、測氡儀、x-γ 劑量率儀等。

2.3.2 系統(tǒng)設計

(1)電源與功耗設計。整個設備采用低功耗設計，采用20 瓦太陽能電池板配合蓄電池供電，支持掉電、節(jié)電、工作三種電源管理模式。(2)通訊鏈路設計。采用多種方式相結合的無線通信技術進行數(shù)據(jù)傳輸，以便克服諸多山地間傳播信息的困難。設備設計采用無線通訊為主、有線通訊為輔的設計。設備支持GPRS、Zigbee 無線自組網(wǎng)、衛(wèi)星通信三種無線數(shù)據(jù)傳輸方式。(3)異常與安全設計。設備對電源設計狀態(tài)檢測電路，可以實時傳回設備電源狀態(tài)，滿足可靠性管理要求;設計傳感器接入異常狀態(tài)檢測電路，可及時獲知傳感器的異常，方便了排除;設備采用低阻接地防雷設計，防止雷擊損害。(4)其他設計。設備提供聲光報警功能，預留紅外夜視攝像功能接口，提高設備的可擴展性。

2.4 網(wǎng)絡發(fā)布系統(tǒng)設計

(1)用戶管理模塊。系統(tǒng)的用戶管理包括添加用戶、刪除用戶、修改用戶、瀏覽查看用戶以及用戶權限管理。(2)監(jiān)測點管理模塊。監(jiān)測點管理包括添加監(jiān)測點、刪除監(jiān)測點、修改監(jiān)測點、瀏覽查看監(jiān)測點以及監(jiān)測點遠程控制。遠程控制功能包括數(shù)據(jù)采集時間間隔的設置、對設備狀態(tài)的重置、聲光報警器的啟動等。一個監(jiān)測點可以獨立設置運行參數(shù)，如傳感器種類與數(shù)量、數(shù)據(jù)曲線繪制參數(shù)等。(3)數(shù)據(jù)管理模塊。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理主要針對各個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，設計有數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)備份等功能。數(shù)據(jù)接入采用自定的標準化的數(shù)據(jù)分組方式，采集的一次數(shù)據(jù)為一個數(shù)據(jù)分組，對應一個數(shù)據(jù)包，分組中依次為監(jiān)測點標號、數(shù)據(jù)實時時間、雨量、γ 劑量率……。(4)互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布模塊。系統(tǒng)面向用戶提供信息發(fā)布功能，用戶可查看監(jiān)測點監(jiān)測參數(shù)信息，可以對任何一個監(jiān)測點可以打開實時監(jiān)測曲線，曲線設計有自動靜默更新，還可以查看實地照片以及提交群策群防建議等。管理員用戶可實現(xiàn)對監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報表輸出等功能。(5)系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)日志、系統(tǒng)幫助、預警日志。系統(tǒng)日志記錄用戶的使用足跡，實現(xiàn)對用戶使用過程的追蹤，分析系統(tǒng)的運行狀況。系統(tǒng)幫助為方便用戶使用的系統(tǒng)操作說明。預警日志記錄了系統(tǒng)發(fā)送的預警記錄，管理員用戶可以進行查看。

2.5 數(shù)據(jù)庫設計

(1)基礎地理/地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。主要是GIS 數(shù)據(jù)，實現(xiàn)GIS 地圖背景以及與GIS 相關的各種功能。目前系統(tǒng)采用的為Google Map 提供的免費數(shù)據(jù)。(2)自然災害監(jiān)測專題數(shù)據(jù)庫。主要是監(jiān)測儀傳回的關于自然災害的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，如降雨量、位移、內(nèi)摩擦角、γ 劑量率等。這些數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運行的基礎，進行永久保存，不能修改和刪除。(3)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫。主要包括用戶信息數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)、用戶配置數(shù)據(jù)等，用以支撐系統(tǒng)正常的運行。

2.6 平臺接口設計

平臺對鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出均設計有數(shù)據(jù)接口。平臺在數(shù)據(jù)輸入端，提供監(jiān)測設備的數(shù)據(jù)入庫接口，提供氣象局、民政局等部門的數(shù)據(jù)接入接口。在數(shù)據(jù)輸出端，提供數(shù)據(jù)的讀取接口，用戶可對數(shù)據(jù)進行其它利用。

3 結論

根據(jù)需求分析結果，提出了鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預警系統(tǒng)總體結構方案，研究了適合于鈾廢礦石堆環(huán)境安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的監(jiān)測儀器設計、通訊鏈路設計、數(shù)據(jù)庫存儲、網(wǎng)絡軟件發(fā)布等方法，實現(xiàn)了系統(tǒng)的網(wǎng)絡軟布，為后期系統(tǒng)的開發(fā)提供關鍵保障。

［1］貴慧宏，張錦.自動變形監(jiān)測系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)［J］.測繪工程，2010，01:53 -57.

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