一种长距离多点位环境氡浓度实时在线监测系统及方法

本发明属于辐射防护与环境监测，具体涉及一种长距离多点位环境氡浓度实时在线监测系统及监测方法。

背景技术：

1、氡(222rn)是一种无色无味的放射性气体，是地壳中238u和230th衰变链的短寿命子体，可以通过土壤、建筑材料甚至水源进入室内环境。氡气的主要危害在于其衰变产物，如218po和214po等固态放射性微粒，它们可以附着在空气中的尘埃粒子上，当这些被污染的粒子被人吸入后，会附着在肺部的气管和肺泡表面，其放射性衰变能够损伤肺组织，增加罹患肺癌的风险。根据世界卫生组织(who)和美国环境保护局(epa)的报告，氡气是继吸烟之后第二大肺癌致死原因，即便是低浓度的氡暴露也存在健康风险。因此，实时准确地监测环境中的氡浓度，尤其在核材料生产、核设施退役以及放射性废物处理等场景中显得尤为重要。

2、地下工程、隧道施工、粒子加速器和核设施等大型项目中，氡辐射的危害尤为显著。这些项目往往涉及深入地壳或使用大量天然材料，这些条件极易导致氡气的积累和浓度升高。例如，地下工程和隧道施工常常接触到富含铀和钍的岩石，从而增加了氡气通过土壤进入工作环境的可能性。同样，粒子加速器和核设施由于其特殊的操作环境和材料使用，也可能成为氡气积累的高风险区域。在这些环境中，氡的监测和管理成为确保工作人员健康和安全的重要组成部分。因此，实施有效的氡浓度监测和安全预警系统，对于预防和减少由氡辐射引起的健康风险至关重要。目前应用在这些特殊场景的传统测氡仪目前最大的痛点在于，需要人工通过串口数据线将测量周期内的数据导入pc设备才能进行校核和分析；在氡浓度较高浓度的作业环境下，数据的滞后性会致使不可估量的辐射危害；除了无法保证数据时效性外，传统的测氡设备在应用于大型地下掘进工程以及大型科学装置的辐射防护监测中，尤其是面对多点位环境监测时，还存在诸多局限：

3、①部署和维护成本高：在大型地下掘进项目或大型科学设施中，需要监测的点位可能非常多，而且分布广泛。传统设备的部署和维护不仅物力消耗巨大，也需要大量的人力资源，这在长期运营中可能导致显著的成本增加。

4、②数据集成难度大：将来自多个点位的数据有效地集成到一个统一的分析和报告平台上是一大困难。这种集成对于实时响应和长期的环境监测分析至关重要，但现有测氡仪技术只能在单一位点进行近距离数据传输，缺乏易于集成的特性，这限制了其在复杂项目中的应用效果。

5、③适应性与可靠性不足：大型地下掘进工程和大型科学装置的环境复杂多变，可能涉及极端温度、湿度、灰尘以及其他干扰因素，这对监测设备的适应性和可靠性提出了高要求。传统测氡设备可能在这些条件下表现不佳，易受环境变化的影响而产生误差，从而影响监测数据的准确性和监测结果的可靠性。

6、中国专利(cn117111131a)公开了一种放射性废物处置岩洞内放射性物质监测系统及其方法。但只能基于气溶胶监测装置进行测量，且未提供数据集成分析与上位机控制软件，仍需要耗费人力成本进行现场读数与维护。

7、因此，传统测氡设备在大型地下掘进工程及大型科学装置的辐射防护监测中存在的诸多局限，特别是长距离多点位环境监测，现有监测装置只能基于气溶胶监测装置测量，无数据集成分析模块，需要耗费人力成本进行现场读数与维护，数据集成难度大，部署维护成本高，可靠性和适应性不足等问题，且面对高湿度、高粉尘的测量条件，数据的稳定与准确性同样难以保证。

技术实现思路

1、针对长距离多点位环境监测，现有监测装置只能基于气溶胶监测装置测量，无数据集成分析与上位机控制软件，数据集成难度大，需要耗费人力成本进行现场读数与维护，部署维护成本高，可靠性和适应性不足的技术问题，本发明旨在于提供一种用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统及基于该系统的监测方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统，包括：

4、数据采集模块：用于通过测氡仪对环境多点位实现实时在线采集；

5、上位机控制与监测模块：用于监测分析所述数据采集模块采集的数据，并对超限数据及时采取报警处理，同时根据实时监测数据更改上位机控制模块参数，向数据采集模块发送控制命令；

6、数据传输模块：用于通过无线或有线上传所述数据采集模块采集的数据至所述上位机控制与监测模块，并传输所述上位机控制与监测模块对所述数据采集模块发送的控制命令；

7、所述数据采集模块、所述上位机控制与监测模块和所述数据传输模块之间为通信连接和/或电性连接。

8、本发明用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统中，所述上位机控制与监测模块包括上位机控制模块，总结数据库，参数设置模块和氡浓度监测数据模块；

9、所述上位机控制模块用于修改参数设置模块参数，向数据采集模块发送控制命令，并通过上位机的软件界面显示；

10、所述总数据库为云端服务器，用于储存通过上位机控制模块传输的子项目数据；

11、所述参数设置模块用于用户配置和调整测量设备的参数；

12、所述氡浓度监测数据模块用于监控数据采集模块实时采集的数据。

13、本发明用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统中，所述数据传输模块包括数据传输路径，数据传输协议和数据模块；

14、所述数据模块用于储存上位机控制指令和数据采集模块采集的数据；

15、所述数据传输路径为局域网或者光纤任意一种传输路径；对于基础网络设施完善且距离较近的环境，局域网提供了一种稳定的通信手段，实现数据和指令的有效交换；在数据量大且测点分散的情况下，仍可通过提供长效电源支持的以太网或wi-fi确保数据的稳定传输；

16、所述数据传输路径为局域网和光纤任意一种传输路径；对于基础网络设施完善且距离较近的环境，局域网提供了一种稳定的通信手段，实现数据和指令的有效交换；在数据量大且测点分散的情况下，仍可通过提供长效电源支持的以太网或wi-fi确保数据的稳定传输。

17、所述数据传输协议为http和mqtt协议中的任意一种。

18、本发明用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统中，所述监测数据包括实时电量、测量具体时间、测量周期、测量次数、氡浓度误差、测量环境的温度、相对湿度，抽气泵泵速。

19、本发明用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统中，所述上位机控制指令包括开始或终止当前测试、选择测量模式、设置测量循环次数、设置单次测量时间、调节单次测量过程中测氡仪抽气、测量、排气时间、设置不同测量环境下的校正系数、设置各点位氡浓度上限阈值。

20、本发明用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统中，所述数据采集模块包括光纤转换器，串口-网口-光口转换器和测氡仪，串口-网口-光口转换器分别与光纤转换器和测氡仪电性连接。

21、所述测氡仪装有usb、rs485或串口传输数据。

22、一种用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测方法，基于上述用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统，该监测方法包括以下步骤：

23、s1，通过测氡仪对环境多点位实时在线采集数据，获得数据；

24、s2，将步骤s1采集数据转换打包，传输至上位机，同时传输上位机对测氡仪的控制命令；测氡仪通过局域网或光纤连接到工业级光口交换机，建立与上位机的通信链接；

25、s3，监测分析步骤s2传输至上位机的数据，并对超限数据及时采取报警处理，同时更改上位机控制参数，根据修改后的上位机控制参数同步修改测氡仪参数，并在上位机的软件界面显示。

26、所述步骤s1中，布设各个位点的测氡仪13、串口-网口-光口转换器12及光口转换器11用于采集数据，所述测氡仪13与光纤转换器11采用220v交流电供电；

27、所述步骤s2中，出现突发的网络中断或硬件损失，数据将暂存在工业级交换机内，恢复通讯后，系统可以将暂存数据继续传递。

28、所述步骤s2中，测氡仪13通过连接局域网路由器6或光纤接入工业级光口交换机7，以建立与上位机的通信链接，通过以太网线缆5连接至上位机1，监测数据通过串口-网口-光口转换器12与光纤转换器11转换和打包，传递至上位机1；

29、所述步骤s3中，测氡仪13测量到一组数据后，将数据打包9后通过步骤s2传递给上位机1，通过上位机软件界面显示；修改上位机软件针对测氡仪修改设置界面的参数后，将上位机指令通过步骤s2布设的数据传输模块传递给测氡仪13实现控制测氡仪。

30、所述步骤s3中，上位机软件中设置氡浓度安全阈值上限阈值，当某处测氡仪监测数值超出阈值上限，氡浓度超限结果通过上位机的应用软件界面显示，上位机针对具体位点进行蜂鸣报。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

32、本发明提供的用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测系统，上位机控制与监测模块通过集成控制同时监测多个点位，将各类指令及测氡数据通过无线或有线通讯与上位机的交互，实现长距离各点位测氡仪控制与氡浓度实时监测，显著提升监测效率，中心化管理简化了监测网络；基于工业级光口交换机的数据传输模块，可支持多种通信协议和传输媒介，增强了系统的数据传输能力，提高了监测系统的灵活性和扩展性；数据采集模块适用于各类型号测氡仪，无需频繁维护，解决了现有监测装置只能基于气溶胶监测装置测量，数据集成难度大，部署维护成本高的问题；本系统上位机软件支持http、mqtt等多协议，能在大型数据库中实时进行数据汇总和可视化，利用先进的网络安全技术和协议(如数据加密、访问控制及安全认证)可保障了高湿度和高粉尘恶劣的环境中数据的稳定性和安全性。

33、本发明用于长距离多点位环境的氡浓度实时在线监测方法，通过提供各类测氡仪串口转换器，将各类指令及测氡数据通过无线或有线通讯技术达成与上位机的交互，实现长距离各点位测氡仪控制与氡浓度监测，通过对各点位的氡浓度进行实时超限报警，极大地增强了作业人员的安全保障，工业级光口交换机的故障检测和自我修复功能可在链路故障时迅速切换到备份链接，确保监测系统的连续运行，有效防止数据泄露或未授权访问，本发明提供的在线监测方法为氡浓度布点广，安全需求高的应用场景提供了一种数据可靠性高、维护成本低且能根据氡浓度超限安全报警的集成式氡浓度安全监测方法。