一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，属于放射源定位技术领域，在疑似丢失放射源所在的区域随机选取不在同一个平面内的四个位置，分别记为A点，B点，C点和O点，根据这四个点的剂量率的大小关系分情况计算放射源的坐标，可以使用最少的测量点位得到放射源的精确位置，最大程度地减少由于不同点位处的测量产生的时间。不同点位处的测量产生的时间。不同点位处的测量产生的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法


[0001]本专利技术属于放射源定位
，具体涉及一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法。

技术介绍

[0002]随着近些年核技术应用越来越广泛，使用放射源的场所越来越多，虽然国家在放射源的使用和保存等方面有着严格的要求，但是各种放射源丢失、被盗的案件依然不断发生。丢失、被盗的放射源会对暴露在周边的人员和动植物等产生极大的危害，且时间越久危害越大，所以需要动用人力或使用机器人等智能设备带着相应的探测器使用最快的速度找到该放射源并进行处理。
[0003]现在常用的放射源定位方法在寻找丢失的放射源的时候，一般先将疑似丢失放射源所在的区域进行划分，得到大量的节点，并在每个节点处进行测量，得到每个节点的放射性剂量率，再根据放射性剂量率的分布最终确定放射源的位置。这样的寻找放射源的方法极其繁琐，而且需要耗费大量时间，不利于进一步降低放射源对于环境的危害。
[0004]在单个γ射线点源形成的辐射场中，某点的γ射线剂量率可以用式
①
计算：
[0005][0006]其中：D——剂量率；A——放射源的活度；E——放射源发射的γ射线的能量；I——每次衰变放出γ射线的概率；r——该点与放射源之间的距离；——介质的质量能量吸收系数。根据公式
①
，可以得到公式
②
。公式
②
表示同一个γ射线点源形成的辐射场中，一个点的剂量率D与该点到放射源的距离r的平方成的乘积是同一个常数。
[0007]
技术实现思路

[0008]为了解决传统寻找放射源的方法极其繁琐，而且需要耗费大量时间，不利于进一步降低放射源对于环境的危害的问题，本专利技术提供了一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，通过该方法可以快速准确地定位放射源，达到提高放射源丢失事故处理效率，减少辐射对工作人员损害的目的，理论上适用于所有需要定位放射源的情况。
[0009]为达到上述目的，本专利技术所述一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、设S为被寻找和定位的放射源，其坐标为(x，y，z)，在疑似丢失放射源所在的区域随机选取不在同一个平面内的四个位置，分别记为A点，B点，C点和O点；
[0011]将A点处测得的剂量率记为D
a
，将B点处测得的剂量率记为D
b
，将C点处测得的剂量率记为D
c
，将O点处测得的剂量率记为D
o
；
[0012]建立三维空间直角坐标系，O点为所述三维空间直角坐标系的原点；O点和A点所在
直线为三维空间直角坐标系的x轴，x轴正方向为由O点指向A点的方向；在O点、A点和B点所在平面内，经过O点且垂直于x轴的直线为该三维空间直角坐标系的y轴，y轴正方向为指向B点一侧的方向；经过O点且垂直于O点、A点和B点所在平面的直线为三维空间直角坐标系的z轴，z轴正方向为指向C点一侧的方向，此时O点在该直角坐标系中的坐标为(0，0，0)，A点在该直角坐标系中的坐标记为(x
a
，0，0)，B点在该直角坐标系中的坐标记为(x
b
，y
b
，0)，C点在该直角坐标系中的坐标记为(x
c
，y
c
，z
c
)；同时经过O点、A点、B点和C点的球记为辅助球体OABC；
[0013]步骤2、根据D
a
、D
b
、D
c
和D
o
的值，利用下式求解x、y和z：
[0014](x2+y2+z2)
·
D
o
＝[(x
‑
x
a
)2+y2+z2]·
D
a
＝[(x
‑
x
b
)2+(y
‑
y
b
)2+z2]·
D
b
＝[(x
‑
x
c
)2+(y
‑
y
c
)2+(z
‑
z
c
)2]·
D
c
。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0016]本专利技术所述的定位算法可以使用最少的测量点位得到放射源的精确位置，最大程度地减少由于不同点位处的测量产生的时间。
[0017]本专利技术所述的定位算法是以公式
①
为基本原理给出的。公式
①
是计算点状γ射线放射源辐射场中某一点的放射性剂量率的基本公式，所有的点状γ射线放射源辐射场中的点的剂量率都符合公式
①
，故而基于公式
①
所给出的本专利技术所描述的定位算法计算出的结果很准确。
[0018]本专利技术所述的定位算法中，在三维环境中获得准确放射源位置所需要选取的测量点的数量是最少的(4个或5个)，少于这个数量则在三维环境中不能得到准确的放射源位置。实际测量过程中，放射性探测器测得准确的放射性剂量率是需要时间的。虽然不同探测器所需要的时间会有不同，但是测量点的数量选取的越少整体测量时间就越少，获得放射源的准确位置的速度就越快。
[0019]在情况五中，中间变量a4‑0和b4‑0中，出现了D
a
‑
D
o
在分母上的情况；中间变量a4‑1、b4‑1、c4‑1、a4‑2、b4‑2和c4‑2中，出现了D
b
‑
D
o
在分母上的情况。当D
o
＝D
a
时，D
a
‑
D
o
＝0，则D
a
‑
D
o
在分母上的这一项的值是无穷大，无法进行后续计算；同样的，当D
o
＝D
b
时，D
b
‑
D
o
＝0，则D
b
‑
D
o
在分母上的这一项的值是无穷大，无法进行后续计算。故而将D
o
＝D
a
的情况独立出来作为情况四出现，将D
o
＝D
b
的情况独立出来作为情况三出现。
[0020]在情况四中，中间变量a3‑1、b3‑1、a3‑2和b3‑2中出现了D
b
‑
D
o
在分母上的情况。当D
o
＝D
b
时，D
b
‑
D
o
＝0，则D
b
‑
D
o
在分母上的这一项的值是无穷大，无法进行后续计算。故而将D
o
＝D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设S为要被寻找和定位的放射源，其坐标为(x，y，z)，在疑似丢失放射源所在的区域随机选取不在同一个平面内的四个位置，分别记为A点，B点，C点和O点；将A点处测得的剂量率记为D
a
，将B点处测得的剂量率记为D
b
，将C点处测得的剂量率记为D
c
，将O点处测得的剂量率记为D
o
；建立三维空间直角坐标系，O点为所述三维空间直角坐标系的原点；O点和A点所在直线为三维空间直角坐标系的x轴，x轴正方向为由O点指向A点的方向；在O点、A点和B点所在平面内，经过O点且垂直于x轴的直线为该三维空间直角坐标系的y轴，y轴正方向为指向B点一侧的方向；经过O点且垂直于O点、A点和B点所在平面的直线为三维空间直角坐标系的z轴，z轴正方向为指向C点一侧的方向；此时，O点在该直角坐标系中的坐标为(0，0，0)，A点在该直角坐标系中的坐标记为(x
a
，0，0)，B点在该直角坐标系中的坐标记为(x
b
，y
b
，0)，C点在该直角坐标系中的坐标记为(x
c
，y
c
，z
c
)；同时经过O点、A点、B点和C点的球记为辅助球体OABC；步骤2、根据D
a
、D
b
、D
c
和D
o
的值，利用下式求解x、y和z：(x2+y2+z2)
·
D
o
＝[(x
‑
x
a
)2+y2+z2]
·
D
a
＝[(x
‑
x
b
)2+(y
‑
y
b
)2+z2]
·
D
b
＝[(x
‑
x
c
)2+(y
‑
y
c
)2+(z
‑
z
c
)2]
·
D
c
。2.根据权利要求1所述的一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，其特征在于，所述步骤2中，分以下五种情况求解x、y和z：情况一：当D
o
＝D
a
且D
o
＝D
b
且D
o
＝D
c
时：情况二：当D
o
＝D
a
，D
o
＝D
b
，且D
o
≠D
c
时，x、y和z的值为或其中，a1、b1和c1均为中间变量；a1＝D
o
‑
D
c
，b1＝2z
c
D
c
，，情况三：D
o
＝D
b
，D
o
≠D
a
，且D
o
≠D
c
时，x、y和z的值为
或其中，a2‑1、b2‑1、a2‑2、b2‑2、c2‑2、a2、b2和c2均为中间变量；均为中间变量；均为中间变量；均为中间变量；情况四：当D
o
＝D
a
，D
o
≠D
b
，且D
o
≠D
c
时，x、y和z的值为或其中，a3‑1、b3‑1、a3‑2、b3‑2、a3、b3和c3均为中间变量，均为中间变量，均为中间变量，均为中间变量，情况五：D
o
≠D
a
且D
o
≠D
b
，x、y和z的值为
或其中，a4‑0、b4‑0、a4‑1、b4‑1、c4‑1、a4‑2、b4‑2、c4‑2、a4、b4和c4均为中间变量；均为中间变量；均为中间变量；均为中间变量；均为中间变量；3.根据权利要求2所述的一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，其特征在于，所述步骤2中，在情况二下：根据放射源和辅助球体OABC的位置关系确定x、y和z的值：1)如果能根据现场情况确定放射源在辅助球体OABC内部，则x、y和z的值由公式给出；2)如果能根据现场情况确定放射源在辅助球体OABC外部，则x、y和z的值由公式给出；3)如果不能根据现场情况确定放射源和辅助球体OABC的相对位置，或放射源位于辅助球体OABC的球面处，则用下述方法确定z的值：步骤SA1、在疑似丢失放射源所在的区域再次随机选取一个位置，记为E点，所述E点不在辅助球体OABC的球面上，将E点处测得的剂量率记为E
e
；步骤SA2、假设公式得到的x、y和z的值为准确值，计算O点到放射源位置S点的距离r
o
‑
13
；计算A点到放射源位置S点的距离r
a
‑
13
；计算B点到放射源位置S点的距离r
b
‑
13
；计算C点到放射源位置S点的距离r
c
‑
13
；计算E点到放射源位置S点的距离r
e
‑
13
；假设公式得到的x、y和z的值为准确值，计算O点到放射源位置S点的距离r
o
‑
14
；计算A点到放射源位置S点的距离r
a
‑
14
；计算B点到放射源位置S点的距离r
b
‑
14
；计算C点到放射源位置S点的距离r
c
‑
14
；计算E点到放射源位置S点的距离r
e
‑
14
；步骤SA3、判断公式和公式是否成立：若公式成立则公式得到的x、y和z的值为准确值；
若公式成立则公式得到的x、y和z的值为准确值；得到的x、y和z的值为准确值；4.根据权利要求3所述的一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，其特征在于，所述步骤SA3中，判断公式和公式的方法，包括以下步骤：步骤SA31、处理公式和公式处理公式第一步，令第一步，令t
o
‑
13
、t
a
‑
13
、t
b
‑
13
、t
c
‑
13
、t
e
‑
13
、t
o
‑
13
、t
a
‑
13
、t
b
‑
13
、t
c
‑
13
和t
e
‑
13
均为中间变量；第二步：计算t
o
‑
13
、t
a
‑
13
、t
b
‑
13
、t
c
‑
13
和t
e
‑
13
的平均值并将其记作E
r
‑
13
；第三步，计算t
o
‑
13
、t
a
‑
13
、t
b
‑
13
、t
c
‑
13
和t
e
‑
13
的标准偏差并将其记作D
r
‑
13
；第四步，令得到DE
13
，DE
13
为t
o
‑
13
、t
a
‑
13
、t
b
‑
13
、t
c
‑
13
和t
e
‑
13
这五个数据的相对偏差；处理公式第一步，令第一步，令t
o
‑
14
、t
a
‑
14
、t
b
‑
14
、t
c
‑
14
和t
e
‑
14
均为中间变量；第二步：计算t
o
‑
14
、t
a
‑
14
、t
b
‑
14
、t
c
‑
14
和t
e
‑
14
这五个数据的平均值并将其记作E
r
‑
14
；第三步，计算t
o
‑
14
、t
a
‑
14
、t
b
‑
14
、t
c
‑
14
和t
e
‑
14
这五个数据的标准偏差并将其记作D
r
‑
14
；第四步，令得到DE
14
，DE
14
为t
o
‑
14
、t
a
‑
14
、t
b
‑
14
、t
c
‑
14
和t
e
‑
14
这五个数据的相对偏差；步骤SA32、比较DE
13
和DE
14
的大小：若DE
13
<DE
14
，则公式成立；若DE
13
>DE
14
，则公式成立。5.根据权利要求2所述的一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，其特征在于，所述步骤2中，在情况三下：公式和公式中的z都有一正一负两个解，确定z的准确值的方法，包括以下步骤：步骤一：假设z的正数解为准确值，此时z>0，计算O点到放射源位置S点的距离并记作r
o+
；计算A点到放射源位置S点的距离并记作r
a+
；计算B点到放射源位置S点的距离并记作r
b+
；计算C点到放射源位置S点的距离并记作r
c+
；步骤二：假设z的负数解为准确值，此时z<0，计算O点到放射源位置S点的距离并记作r
o
‑
；计算A点到放射源位置S点的距离并记作r
a
‑
；计算B点到放射源位置S点的距离并记作
r
b
‑
；计算C点到放射源位置S点的距离并记作r
c
‑
；步骤三：判断公式和公式是否成立：若公式成立，则z的正数解为准确值；若公式成立，则z的负数解为准确值；成立，则z的负数解为准确值；6.根据权利要求5所述的一种三维空间环境内快速准确定位放射源的定位方法，其特征在于，所述步骤三中，判断公式和公式是否成立，包括以下步骤：步骤B1、处理公式和公式处理公式第一步，令得到中间变量t
o+
、t
a+
、t
b+
和t
c+
；第二步：计算t
o+
、t
a+
、t
b+
和t
c+
这四个数据的平均值并将其记作E
r+
；第三步，计算t
o+
、t
a+
、t
b+
和t
c+
这四个数据的标准偏差并将其记作D
r+
；第四步，令得到DE
+
，DE为t
o+
、t
a+
、t
b+
和t
c+
这四个数据的相对偏差；处理公式第一步，令t
o
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺朝会，曹煜，李永宏，刘书焕，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：