【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核辐射探测，具体涉及一种γ辐射场景三维剂量率分布测量装置及性能测试方法。
技术介绍
1、核设施现场安全高效的运维、检修和退役需要全面、准确和精确的地形数据和放射性分布数据。全面的地形数据和放射性分布数据能够为现场作业方案制定、工作人员的个人和集体辐射剂量优化、现场辐射动态追踪与应急响应方案的制定提供关键且极其重要的信息依据。核设施现场工作人员急需一种能够高效提供测量现场辐射分布并能够辅助指导现场作业方案、应急处置方案和数字化互联协同终端。
2、现有的辐射测量技术难以满足上述需求，主要存在如下问题：
3、(1)测量仪器功能单一、数字化程度低
4、辐射信息与场景信息分开测量，依靠卷尺或全站仪等额外设备提供测量位置处的坐标信息、场景信息，无法智能生成测量数据表格等。
5、(2)依赖劳动和管理密集型数据收集方法
6、设备测量对于后端数字信息化系统的便利性、兼容性等较差，辐射测量工作效率较低，并对辐射防护人员等专业力量依赖过高。
7、(3)传统的辐射测量方法也很难适应不断变化的环境
8、例如退役或检修期间，因为关键组件被拆除，实际辐射场数据每天甚至每小时动态发生变化，辐射防护工作人员需要付出很大的代价来跟踪辐射场的变化。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种γ辐射场景三维剂量率分布测量装置及性能测试方法，根据该装置可实时构建核设施现场三维地形点云、定位γ辐射剂
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，包括：设备外壳、计算机处理中心、γ剂量率仪、场景传感器和无线通讯模块；所述计算机处理中心和所述场景传感器设置在所述设备外壳内，所述γ剂量率仪设置在所述设备外壳的外部侧板上；所述无线通讯模块贴在所述设备外壳上，并通过通讯线与所述计算机处理中心连接；
4、所述γ剂量率仪负责采集待测场景的剂量率数据；所述场景传感器包括深度相机和惯性测量单元，所述深度相机负责采集三维场景点云所需的深度图像，所述惯性测量单元负责采集所述γ剂量率仪测量辐射数据所在的位置及其运动轨迹；所述计算机处理中心负责采用实时且同时场景构建与地图定位技术将辐射剂量率数据和三维场景信息关联融合，然后采用三维空间插值算法根据γ剂量率值以及其在三维场景中测量位置获得场景中辐射剂量场分布，从而重建三维场景辐射剂量场。
5、进一步，如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，所述γ剂量率仪采用即插即用的固定方式，其类型为gm管、闪烁体探测器或半导体探测器。
6、进一步，如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，所述设备外壳的侧板上设置有γ剂量率仪夹具安装槽和γ剂量率仪夹具，所述γ剂量率仪插在所述γ剂量率仪夹具上，所述γ剂量率仪夹具通过所述γ剂量率仪夹具安装槽与所述设备外壳连接。
7、进一步，如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，所述深度相机为结构光相机、tof相机或双目相机。
8、进一步，如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，所述设备外壳从前到后依次包括设备外壳前安装板、设备壳体中间安装板和设备外壳后安装板，触摸显示屏固定设置在所述设备外壳前安装板上；所述计算机处理中心和场景传感器固定设置在所述设备壳体中间安装板上。
9、进一步，如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，所述三维空间插值算法为反距离加权插值算法或三维克里金空间插值算法。
10、进一步，如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，所述无线通讯模块为wifi模块或5g模块，所述装置通过所述无线通讯模块与互联网连接，从而实现与数字化核设施信息化平台的信息共享与协同。
11、如上所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置的性能测试方法，包括以下步骤：
12、s1、采用γ射线空气比释动能(防护水平)标准装置、x射线空气比释动能(防护水平)标准装置和γ射线空气比释动能(治疗水平)标准装置对γ剂量率仪的校准因子、能量响应和角度响应规律进行测试；
13、s2、将深度相机测量的深度数据和激光测距仪测量的参考深度数据进行对比，计算绝对最邻近距离分布以及平均匹配距离，从而评估深度相机深度采集数据的质量；
14、s3、将视觉slam构建的三维场景点云与三维激光扫描仪获取的高精度稠密的参考三维场景点云进行对比，从而评估slam构建的三维模型的质量；
15、s4、利用动作捕捉系统结合反光小球追踪slam建模中亚毫米级精度的设备移动的轨迹作为参考轨迹，并将slam估算的移动轨迹与参考轨迹进行时间和空间对齐，计算得到轨迹测量精度评估指标。
16、进一步，如上所述的性能测试方法，步骤s2中深度数据质量评估方法具体为：使用装置上的深度相机对墙面进行测量，并与激光测距仪测量的参考深度数据进行对比，分析深度相机测量深度的相对误差和准确率，并进一步分析平面拟合均方根误差和平面上点云稠密度，从而评估深度相机深度采集数据的质量。
17、进一步，如上所述的性能测试方法，步骤s3中还可根据设计图纸构建模型并根据模型生成参考三维场景点云。
18、进一步，如上所述的性能测试方法，步骤s4中采用时间戳进行时间对齐，采用刚性变换进行空间对齐，轨迹测量精度评估指标包括绝对平移误差、相对位姿误差或绝对位姿误差。
19、与现有技术相比，本专利技术提供的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置及性能测试方法，具有以下有益效果：
20、本专利技术将γ剂量率仪与视觉slam相关传感器相结合，利用多传感器数据融合算法，实现γ辐射剂量率信息与三维场景信息的实时且同时测量，并将这些传感器与嵌入式微型计算机数据处理中心结合形成便携式辐射信息与地形数据采集终端，并与数字化核设施系统互联协同，形成集辐射信息与地形信息采集，作业方案和应急处置方案辅助决策于一体的智能辐射测量装置。该装置可实时构建核设施现场三维地形点云、定位γ辐射剂量率测量位置，根据辐射分布重构算法重构γ辐射场，进一步定位辐射热点位置，并作为数字化互联交互终端，为现场作业方案、应急处置方案制定提供决策用关键信息支持。
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1.一种γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述装置包括：设备外壳、计算机处理中心(105)、γ剂量率仪(109)、场景传感器(112)和无线通讯模块；所述计算机处理中心(105)和所述场景传感器(112)设置在所述设备外壳内，所述γ剂量率仪(109)设置在所述设备外壳的外部侧板上；所述无线通讯模块贴在所述设备外壳上，并通过通讯线与所述计算机处理中心(105)连接；
2.根据权利要求1所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述γ剂量率仪采用即插即用的固定方式，其类型为GM管、闪烁体探测器或半导体探测器。
3.根据权利要求2所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述设备外壳的侧板上设置有γ剂量率仪夹具安装槽(104)和γ剂量率仪夹具(107)，所述γ剂量率仪(109)插在所述γ剂量率仪夹具(107)上，所述γ剂量率仪夹具(107)通过所述γ剂量率仪夹具安装槽(104)与所述设备外壳连接。
4.根据权利要求3所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述深度相机为结构光相机、TOF相机或双目相机。p>
5.根据权利要求1-4任一项所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述设备外壳从前到后依次包括设备外壳前安装板(110)、设备壳体中间安装板(111)和设备外壳后安装板(113)，触摸显示屏(108)固定设置在所述设备外壳前安装板(110)上；所述计算机处理中心(105)和场景传感器(112)固定设置在所述设备壳体中间安装板(111)上。
6.根据权利要求1所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述三维空间插值算法为反距离加权插值算法或三维克里金空间插值算法。
7.根据权利要求6所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述无线通讯模块为WIFI模块或5G模块，所述装置通过所述无线通讯模块与互联网连接，从而实现与数字化核设施信息化平台的信息共享与协同。
8.权利要求1-7任一项所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置的性能测试方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的性能测试方法，其特征在于，步骤S2具体为：使用装置上的深度相机对墙面进行测量，并与激光测距仪测量的参考深度数据进行对比，分析深度相机测量深度的相对误差和准确率，并进一步分析平面拟合均方根误差和平面上点云稠密度，从而评估深度相机深度采集数据的质量。
10.根据权利要求8所述的性能测试方法，其特征在于，步骤S3中还可根据设计图纸构建模型并根据模型生成参考三维场景点云。
11.根据权利要求8-10任一项所述的性能测试方法，其特征在于，步骤S4中采用时间戳进行时间对齐，采用刚性变换进行空间对齐，轨迹测量精度评估指标包括绝对平移误差、相对位姿误差或绝对位姿误差。
...【技术特征摘要】
1.一种γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述装置包括：设备外壳、计算机处理中心(105)、γ剂量率仪(109)、场景传感器(112)和无线通讯模块；所述计算机处理中心(105)和所述场景传感器(112)设置在所述设备外壳内，所述γ剂量率仪(109)设置在所述设备外壳的外部侧板上；所述无线通讯模块贴在所述设备外壳上，并通过通讯线与所述计算机处理中心(105)连接；
2.根据权利要求1所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述γ剂量率仪采用即插即用的固定方式，其类型为gm管、闪烁体探测器或半导体探测器。
3.根据权利要求2所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述设备外壳的侧板上设置有γ剂量率仪夹具安装槽(104)和γ剂量率仪夹具(107)，所述γ剂量率仪(109)插在所述γ剂量率仪夹具(107)上，所述γ剂量率仪夹具(107)通过所述γ剂量率仪夹具安装槽(104)与所述设备外壳连接。
4.根据权利要求3所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述深度相机为结构光相机、tof相机或双目相机。
5.根据权利要求1-4任一项所述的γ辐射场景三维剂量率分布测量装置，其特征在于，所述设备外壳从前到后依次包括设备外壳前安装板(110)、设备壳体中间安装板(111)和设备外壳后安装板(113)，触摸显示屏(108)固定设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘立业，李会，李华，樊清，林海鹏，陈法国，曹勤剑，高怀众，王崇扬，夏三强，李德源，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：
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