本發(fā)明涉及核工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷變革，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類能源消費(fèi)的不斷加劇，以化石燃料為主的不可再生能源正日益呈現(xiàn)枯竭的情形。另一方面，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展下人們生活水平的提高，人們也開始尋求能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以改善生活環(huán)境。核能作為這一具有重大潛力的能源，在近些年來開始展現(xiàn)大發(fā)展的態(tài)勢(shì)。國內(nèi)外，一大批核電機(jī)組開工建設(shè)或籌備?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，核能將成為人類發(fā)展的主要依靠。

目前，核電站對(duì)于核輻射防護(hù)已經(jīng)有了較為周到的措施。但是，對(duì)于那些工作與核設(shè)施密切相關(guān)的員工，卻也是難免受到少量輻射。尤其是，當(dāng)反應(yīng)堆核燃料包殼破損等情況發(fā)生時(shí)，就會(huì)使冷卻回路中冷卻劑的放射性活度增加，當(dāng)維修人員在進(jìn)行檢修工作時(shí)便會(huì)遭到輻射的威脅。這些輻射雖然大部分都在可控范圍內(nèi)，但對(duì)他們?nèi)杂袧撛陲L(fēng)險(xiǎn)，這些輻射應(yīng)當(dāng)在核電事業(yè)發(fā)展中減少或避免。對(duì)于檢修人員來說，在每次停堆檢修或者日常檢修時(shí)，他們往往需要到達(dá)多個(gè)目標(biāo)地，而他們隨機(jī)化的路徑選擇，其實(shí)對(duì)他們的身體健康有著很大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。如果他們不經(jīng)意走到輻射嚴(yán)重的區(qū)域，這更將對(duì)他們?cè)斐蓸O大的危害。如果我們能為他們?cè)O(shè)計(jì)合理的路徑，讓他們受到的輻射量最小化，將對(duì)員工個(gè)人和核電站檢修與維護(hù)工作產(chǎn)生重大影響。

目前，核能領(lǐng)域雖然存在各種探測(cè)、檢測(cè)設(shè)備，但這些設(shè)備只能起到監(jiān)控的作用。雖然這些設(shè)備在一定程度上已經(jīng)確保了核電站的安全運(yùn)行，但對(duì)于核電站維修人員的日常檢修以及停堆檢修卻不能起到減少他們所受輻射的作用。因此，在核能發(fā)展過程中，解決好這方面的問題不容忽視。而本發(fā)明就旨在為核電站維修人員進(jìn)行快速路徑規(guī)劃，為他們選擇最安全的檢修路徑，避免他們長期受到大量輻射的威脅。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，為核電站檢修人員提供快速且規(guī)劃合理的檢修路徑，使他們?cè)跈z修工作中盡可能少遭受核輻射，確保他們的職業(yè)健康。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)，包括探測(cè)設(shè)備、信號(hào)傳輸裝置、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)同步處理模塊、路徑規(guī)劃模塊、結(jié)果顯示模塊、輸入接口以及用戶操作界面，其中

所述探測(cè)設(shè)備用于探測(cè)核電站內(nèi)各處輻射劑量率，并通過所述信號(hào)傳輸裝置將輻射劑量率傳輸至所述數(shù)據(jù)庫；

所述數(shù)據(jù)庫用于接收信息并進(jìn)行存儲(chǔ)；

所述數(shù)據(jù)同步處理模塊用于調(diào)用數(shù)據(jù)庫的信息并進(jìn)行同步處理，將同步處理后的信息返回給所述數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)；

所述路徑規(guī)劃模塊用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)信息以及用戶選擇的目標(biāo)位置，給用戶規(guī)劃出合理路徑；

所述結(jié)果顯示模塊用于顯示核電站的地圖信息和所述路徑規(guī)劃模塊已規(guī)劃出的合理路徑，并反映給所述用戶操作界面；

所述輸入接口用于提供給用戶連接并操作所述用戶操作界面，從而使得用戶在所述用戶操作界面上選擇目標(biāo)位置。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)設(shè)備包括若干γ探測(cè)器，所述γ探測(cè)器用于測(cè)量核電站內(nèi)的輻射劑量率；所述γ探測(cè)器覆蓋所有檢修路徑，從而形成核輻射探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)庫即時(shí)存儲(chǔ)所述信號(hào)傳輸裝置傳輸?shù)男畔?，以及?jīng)所述數(shù)據(jù)同步處理模塊同步處理后的返回信息。

進(jìn)一步地，所述輸入接口，用戶通過其在所述用戶操作界面上自由輸入所要到達(dá)的目的地。

進(jìn)一步地，所述結(jié)果顯示模塊顯示內(nèi)容包括：核電站的地圖信息、已規(guī)劃出的合理路徑、路徑的行進(jìn)時(shí)間和路徑的輻射劑量。

本發(fā)明另一目的是提供一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括下述步驟：

s1、用戶通過用戶操作界面選擇在核電站內(nèi)需要到達(dá)的多個(gè)目標(biāo)地址；

s2、從起始地址到目標(biāo)地址，探測(cè)設(shè)備探測(cè)核電站內(nèi)各處的輻射劑量率，并將輻射劑量率存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫內(nèi)；

s3、數(shù)據(jù)同步處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫的輻射劑量率，并對(duì)輻射劑量率進(jìn)行同步計(jì)算處理，得到任意兩目標(biāo)地址之間路徑的有效輻射劑量；

s4、路徑規(guī)劃模塊根據(jù)有效輻射劑量，采用混沌粒子群算法，以行進(jìn)路程中所受輻射劑量為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)任意兩目標(biāo)地址之間路徑進(jìn)行組合優(yōu)化，給用戶規(guī)劃出合理路徑。

進(jìn)一步地，所述步驟s3中對(duì)輻射劑量率進(jìn)行同步計(jì)算處理，得到任意兩目標(biāo)地址之間路徑的有效輻射劑量，具體為：

s31、若核電站內(nèi)只存在單個(gè)輻射源，則將此輻射源視為點(diǎn)模型，已知γ探測(cè)器探測(cè)到某一距離處的放射性劑量率，那么通過公式求出任意地方的輻射劑量率；其中，r1、r2表示不同地方的輻射劑量率，d1、d2表示不同地方到輻射源的距離；

s32、若核電站內(nèi)存在多個(gè)輻射源，則將每一個(gè)輻射源在各處的輻射劑量率進(jìn)行疊加；

s33、將任意兩地址之間的路徑劃分n個(gè)分段，并用平均輻射劑量率ari來代表各分段的輻射情況,i＝1、2、...、n；其中，平均輻射劑量率ari通過公式得到，a、b表示第i個(gè)分段的兩端，ra、rb表示第i個(gè)分段的兩端輻射劑量率；

s34、根據(jù)各分段的長度l和人行走速度v，計(jì)算行走時(shí)間t；平均劑量率ari與行走時(shí)間t的乘積，即為該分段的有效輻射劑量ei；將任意兩目標(biāo)地址之間路徑上的所有分段的有效輻射劑量ei相加，即為任意兩目標(biāo)地址之間路徑的有效輻射劑量

進(jìn)一步地，所述步驟s34中，在分段無限小的情況下，根據(jù)某點(diǎn)的放射性劑量率，使用積分公式來計(jì)算任意兩地址之間路徑的有效輻射劑量；其中r0表示某點(diǎn)的放射劑量率，d0表示該點(diǎn)到輻射源的距離，d為任意點(diǎn)到輻射源的距離，l為兩目標(biāo)地址之間路徑長度。

進(jìn)一步地，所述步驟s4具體為：

s41、首先，在0到1之間且除去0、0.25、0.5、0.75和1，隨機(jī)產(chǎn)生若干組初始混沌變量，根據(jù)初始混沌變量的大小排序產(chǎn)生相應(yīng)初始路徑；同時(shí)，確定出個(gè)體最優(yōu)路徑和群體最優(yōu)路徑，并計(jì)算出路徑相對(duì)應(yīng)的輻射劑量；

s42、利用logistic映射公式cxi+1＝4cxi(1-cxi)產(chǎn)生下一代混沌變量，并根據(jù)新的混沌變量的大小排序產(chǎn)生下一代優(yōu)化路徑；

s43、更新個(gè)體最優(yōu)路徑和群體最優(yōu)路徑，判斷是否滿足迭代次數(shù)，如果滿足，則進(jìn)行下一步優(yōu)化，否則重復(fù)步驟s42；

s44、利用公式進(jìn)行路徑更新；式中,表示不同迭代次數(shù)下的優(yōu)化路徑，pbesti^t、gbest^t分別表示個(gè)體最優(yōu)路徑和群體最優(yōu)路徑,f1、f2表示交叉操作，f3則表示變異；

s45、在滿足迭代次數(shù)或輻射劑量達(dá)到可接受范圍的情況下，完成路徑規(guī)劃。

進(jìn)一步地，所述步驟s41、s42中根據(jù)大小排序的具體方式為：若某組混沌變量中的五個(gè)元素按順序排列為：0.6200、0.4100、0.7300、0.2600、0.9100，則根據(jù)排序規(guī)劃出路徑xi^k為：4→2→1→3→5→4；

所述步驟s41、s43、s44中，個(gè)體最優(yōu)路徑為某初始解經(jīng)過迭代更新而找到的歷史最佳優(yōu)化路徑，群體最優(yōu)路徑為整個(gè)群體中所遍歷的所有解中最佳的優(yōu)化路徑。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明克服了傳統(tǒng)探測(cè)設(shè)備只能監(jiān)測(cè)、監(jiān)控的缺點(diǎn)，可以為核電站檢修人員規(guī)劃合理的檢修路徑，減少他們所受職業(yè)輻射；

(2)本發(fā)明運(yùn)用了混沌粒子群算法，在路徑規(guī)劃上反應(yīng)迅速，準(zhǔn)確率高，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地為核電站檢修工作規(guī)劃出合理的路徑；

(3)本發(fā)明的路徑規(guī)劃具有即時(shí)性特點(diǎn)；

(4)在用戶界面上，本發(fā)明不僅可以清晰明確地呈現(xiàn)整條路徑的狀況，還可以展現(xiàn)行進(jìn)路程、時(shí)間和所受輻射劑量；

(5)本發(fā)明中，用戶可以通過輸入接口在用戶界面方便靈活地選擇多個(gè)目的地。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)，包括探測(cè)設(shè)備、信號(hào)傳輸裝置、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)同步處理模塊、輸入接口、用戶操作界面、路徑規(guī)劃模塊和結(jié)果顯示模塊。其中，探測(cè)設(shè)備將所探測(cè)的信息通過信號(hào)傳輸裝置傳入數(shù)據(jù)庫，后由數(shù)據(jù)同步處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，再將處理后的數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)庫，用戶通過輸入接口在用戶操作界面選擇目標(biāo)位置，然后由路徑規(guī)劃模塊規(guī)劃出合理路徑，通過結(jié)果顯示模塊反映在用戶操作界面。

各組成部分具體情況如下：探測(cè)設(shè)備主要是以γ探測(cè)器為主的可以測(cè)量具體輻射劑量率的且覆蓋檢修路徑的核輻射探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)庫可以即時(shí)存儲(chǔ)由信號(hào)傳輸裝置和數(shù)據(jù)同步處理模塊傳回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)同步處理模塊可以根據(jù)傳回的各探測(cè)器周圍的輻射劑量率計(jì)算出各段路徑的輻射劑量；用戶可以通過輸入接口輸入所要到達(dá)的目的地；路徑規(guī)劃模塊中應(yīng)用了混沌粒子群算法，以行進(jìn)路程中所受輻射劑量為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化；結(jié)果顯示模塊可以清楚地在用戶界面顯示整條路徑、行進(jìn)時(shí)間及路程和所受輻射劑量；由探測(cè)設(shè)備通過信號(hào)傳輸裝置連接的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以被數(shù)據(jù)處理模塊處理和隨時(shí)被路徑規(guī)劃模塊調(diào)用；同時(shí)，路徑規(guī)劃模塊還與用戶界面相連，用戶界面可以通過指令隨時(shí)觸發(fā)路徑規(guī)劃模塊；路徑規(guī)劃完成后自動(dòng)觸發(fā)結(jié)果顯示模塊，將結(jié)果顯示在與其相連的用戶界面上。

根據(jù)上述一種核電站檢修路徑智能規(guī)劃系統(tǒng)，其具體應(yīng)用方法包括下述步驟：

s1、用戶通過用戶操作界面選擇在核電站內(nèi)需要到達(dá)的多個(gè)目標(biāo)地址；

s2、從起始地址到目標(biāo)地址，探測(cè)設(shè)備探測(cè)核電站內(nèi)各處的輻射劑量率，并將輻射劑量率存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫內(nèi)；

s3、數(shù)據(jù)同步處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫的輻射劑量率，并對(duì)輻射劑量率進(jìn)行同步計(jì)算處理，得到任意兩目標(biāo)地址之間路徑的有效輻射劑量；

s4、路徑規(guī)劃模塊根據(jù)有效輻射劑量，采用混沌粒子群算法，以行進(jìn)路程中所受輻射劑量為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)任意兩目標(biāo)地址之間路徑進(jìn)行組合優(yōu)化，給用戶規(guī)劃出合理路徑。

其中，步驟s3數(shù)據(jù)同步處理模塊的計(jì)算方式如下：假設(shè)在單個(gè)輻射源的輻射環(huán)境中，將輻射源視為點(diǎn)模型，已知某一距離處的放射劑量率，那么通過公式(r1、r2表示不同點(diǎn)的放射劑量率，d1、d2表示不同點(diǎn)到輻射源的距離)可以求出任意地方的放射劑量率。甚至可以使用積分來計(jì)算該路徑的有效輻射劑量(r0表示某點(diǎn)的放射劑量率，d0表示該點(diǎn)到輻射源的距離，d為任意點(diǎn)到輻射源的距離，l為任意兩目標(biāo)地址之間的路徑)。若在多輻射源環(huán)境中，其值則進(jìn)行疊加。然后，將任意兩目標(biāo)地址之間的路徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)确?，并用平均劑量率ari(i＝1,2,...n)來代表各分段輻射情況。其中，平均輻射劑量率通過公式(a,b為第i段兩端點(diǎn))得到。根據(jù)各分段長度l和人行走速度v，計(jì)算出行走時(shí)間t。平均劑量率與時(shí)間的乘積則為該分段有效輻射劑量ei，任意兩目標(biāo)地址之間路徑上的所有分段的有效輻射劑量相加則為兩目標(biāo)地址之間路徑的有效輻射劑量，即

步驟s4，路徑優(yōu)化算法為混沌粒子群算法，以人員所受輻射劑量為目標(biāo)函數(shù)，前期應(yīng)用混沌優(yōu)化算法進(jìn)行迭代優(yōu)化，后期則運(yùn)用粒子群算法迭代優(yōu)化，在滿足迭代次數(shù)或目標(biāo)函數(shù)要求后結(jié)束算法。該算法在路徑規(guī)劃上，反應(yīng)速度快，準(zhǔn)確率高，可以很好地應(yīng)用在核電站檢修路徑智能規(guī)劃領(lǐng)域。其具體操作如下：

(1)首先，在0到1之間(除去0、0.25、0.5、0.75、1)隨機(jī)產(chǎn)生初始混沌變量，根據(jù)初始混沌變量的大小排序產(chǎn)生相應(yīng)初始路徑。同時(shí)，確定出個(gè)體最優(yōu)路徑和群體最優(yōu)路徑，并計(jì)算出路徑相對(duì)應(yīng)的輻射劑量。舉例說明：若某組混沌變量中的五個(gè)元素按順序排列為：0.6200、0.4100、0.7300、0.2600、0.9100，則根據(jù)排序規(guī)劃出路徑xi^k為：4→2→1→3→5→4。

(2)利用logistic映射公式cxi+1＝4cxi(1-cxi)產(chǎn)生下一代混沌變量，并根據(jù)新混沌變量的大小排序產(chǎn)生下一代路徑。

(3)更新個(gè)體最優(yōu)路徑和群體最優(yōu)路徑。判斷是否滿足迭代條件，如果滿足進(jìn)行下一步優(yōu)化，否則，繼續(xù)進(jìn)行混沌優(yōu)化。其中，個(gè)體最優(yōu)路徑為某初始解經(jīng)過迭代更新而找到的歷史最佳優(yōu)化路徑，群體最優(yōu)路徑為整個(gè)群體中所遍歷的所有解中最佳的優(yōu)化路徑。

(4)利用公式進(jìn)行路徑更新。式中,表示不同迭代次數(shù)下的路徑，pbesti^t、gbest^t分別表示個(gè)體最優(yōu)路徑和群體最優(yōu)路徑,f1、f2表示交叉操作，f3則表示變異。

(5)在滿足迭代要求的情況下，完成路徑規(guī)劃。

其中，交叉操作為將個(gè)體最優(yōu)路徑或群體最優(yōu)路徑的某個(gè)連續(xù)元素段插入當(dāng)前路徑，并刪除當(dāng)前路徑中與插入元素段相同的元素。變異操作為交換原路徑中的任意兩個(gè)元素的位置。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。