（检测技术与自动化装置专业论文）基于ddn网络的环境辐射监测系统.pdf

浙江丈学硕士学位论义 摘要 l 秦山核电站坯境辐射监钡4 系统是一个全自动智能化连续在线辐射监澳4 系统，它配备了离灵 敏度、宠量程懿y 辐射探溪l 仪稳蠡魂采样设备，该系统功畿强，可靠性离。能及耩寸菱瀚射水 平的异常，并估箅附加剂量值。该系统包括9 个现场监测站( 其中个还是数据汇总站中心) 和一个杭州中心站。系统网终是d d n 专线组成的局域网，数攒传竣采用s o c 媳遇讯方式。y 本文讨论了系统通讯软硬件平台豹设计，戳及现场盗溺点和汇总点的程净设计实现。在程 序设计中，我们用软件工程中系统分析的方法实现了系统的霈求分析和用例分析，从鞋贱4 出 详细黔业务实瑗滚稔，并运髑瑟翔对象愚怨移设计模式愚憋来撂导系统软 牛熊并发。 在软件设诵立穗中，运用m v c 设计模式实现软件的界面和功能完垒的分离，这样给系统 的界面设计畿来了极大的自幽度：丽且创建了系统讽度者模块，由它负责系统中务个模块之间 的相互通讯系统谲发者模浚采精8 舒搿sp 黼既n 设计模式来实现，减小了软 率中备个模块 的藕合，方便了程序开发过稳中功能模块的复用。 本文最慝对质镦魄王作避短了总结，势提嫩了令后进步碟究鼷嚣要镦的工佟e 关键字：环境辐射监测系统、面向对象思想、软件工程、设计横式 v 塑垩查芏堡主兰堡堡壅 a b s t r a c t t h e q i i l s h a n p o w 职s 嘶0 n 晌姗饥ts u p c r v i s o rs y s 劬细血en u c i e 盯删o n d o s a g e i s a n i 心m 鲫1 tc o 面m l a lo m 诗es u p e r v i s o rs y s 嘧n i ti se q u i p p e dw 陆h i 曲a ha l 尬m a 捌d e v i c e 、v j 山 r s l 3 l ，w k c h m a k e s i t g 咖n g 峨e r 删0 n s 锄d k g b 廿蛐e s w 弛吐l ed 如鼬na l l 龇o f 姊嗵谳，妇咖c a n 蛐恤黜r o n 衄c a n d 抵i t m 妇l e 町咖h a s 豳 f i e i d c d i l g 蛳矾do n e 凼u h o s t 咖1 h e 唧o f d 撒呦妇i s 岫础蝴 o d l m n l 】l 】i c 面o nb a s e do nd d nn 毗w o 血 t l 】i sa 疵i cd i s _ c l l s s c dm e i l a i d w a r e 煳d e 颤弘o f m e s y s 蜘la n d s o f 、v 凇o f t h e 嗣dp o i 哟 锄dh o s t 础h l s o f l w 犹p m 鲫：i l i n 岵b ys y s 劬蝴蜘i si i ls 0 脚勰w a y s ，w e 五1 1 i 删血e 如n 锄d i f l g 燃h 删妞删e r e s 凇l ls 0w c 删妞删舯d 嗽o f 岫p o w 盯 蛐m 叫e a tm es a m ed m e ，、；v e 峨d p m 劬o d t 0 跏峒s 珊l d 呶嘲0 p 也es 0 f h v 玳o f 血e 、v h o l es ) 哂e m 蛐g 缸1 ep r d 寥姐邶f i i l 昏iu s e dm v d e s i 弘m o d et 0i 1 1 】p l 1 e n tt 1 1 ed e t a c 城n gl 量l e s y s t e r n n 妇胁n 沁f u i 她t k s c a n r n a k c i n t 妇d e s i 髓0 f 血e $ s 呦m o 砖n e x i b l e m o 嘴仃v i c r e 蹴d 惋町豫ms c h e 酗w b i c h 蠹o m0 _ b s 盯v e r sp 啦弧d e s i 弘m o d e 锄dr e s p o n s i ：b l ef o r 位 c o 础n u 触no f d i l 融龃t m o 血l e s ，i i lo 出t 0 捌血两疆吐l ec o 印l i n g0 fd i l i 酿斌m o d u ba n dr r 比 nm o r ec o n 、 巴i l i e mt 0r e u m ec l m e ms o f h 硼r em 0 ( h d e s h l t h e i a s t p a r to f n l ea r 6 c k ，is u r 哪a r i z e dm e 删ea n d 劬删咖s h o u l db ed o n e0 n n e ) ( t s c e d k o y w o r d s ：髓v i r o 眦e n ts u l ) 刊s o rs y s 衄n 、o 蚜e c c0 r 删m 弛o d 、s o 丘w a r e 曲g i n e e r i n g 、d e s i 趴 p a 触1 i i 浙江丈学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言卜2 l 核电厂外围环境y 辐射连续监测系统是整个核电基地外围辐射环境监测体系中的 重要一环，通过监测环境中y 辐射剂量率的实时变化，能及时发现核电厂外围环境y 辐 射的异常，在事故监测中能快速提供环境y 辐射剂量的变化情况，还能提供可用于受照 剂量评估的数据。这对核电厂的安全运行，安定核电厂周围公众有着重要作用。 浙江省在1 0 年前针对秦山核电厂一期工程的建成和运行建立了一个外围环境辐射 监测系统。该系统从投入至今采集了大量的环境辐射数据，成为对秦山核电厂外围环境 监督监测不可缺少的重要组成部分，也为国家有关部门提供了重要的数据和经验。但由 于设备长期在野外环境下工作，系统损耗严重，同时随着秦山核电厂二、三期的即将投 产运行，这将大学控制系仪表所和浙江省环境辐射监测局合作建设了新的秦山基地外围 环境y 辐射监测系统。 1 2 国内外环境辐射监测系统综述p ”】 在2 0 0 0 年维也纳i a e a 核合作大会的成员国为深入到2 l 世纪的以全球安全可持续 发展问题为目标的国际核合作确定了具有挑战性的议程。他们通过了认可机构旨在加强 其三个主要工作支柱( 核检查、安全与技术) 的活动计划的决议，这些活动与世界面临 的重大挑战密切相关。大会于9 月1 8 2 2 日召开，l 垭a1 3 0 个成员国的高级政府代表 出席了会议。采取的主要行动就包括在增强核安全、辐射安全和废物安全以及促进这一 领域的国际合作。我国也推出了环境核辐射监测规定，以此来确保核安全。 对于核辐射的环境监测，在国外是必须的，并且技术很成熟，日本、瑞典等都己在 全国范围内经建成了完善的环境辐射监测系统。目前我国正在建一个全国性的环境辐射 监测系统，而秦山核电站环境辐射监测系统正是这整个系统的一部分。为了借鉴国外的 经验，本文通过检索文献，详细分析了日本的国家环境监测系统的组成。 1 3 日本环境辐射监测系统的分析砧 l 浙江大学硕士学位论文 在日本，环境辐射调查以及核设施周围环境的辐射监测评价是由日本科技厅组织和 领导的。并在有核电站的1 5 个县设立了当地的环境辐射监测中心，监测内容与所用方 法大致相同。日本全国环境辐射监测的体系见图卜l 监测结果公报 核设旅 运营者 实施监控 辐射监测 审议会 地方自治 体( 县) 辐射监测 交付金支付 数据比对 国家卜瑟装毂鎏蕞嚣；1 1 i 贽助 _ j 分析测量方j 去标准化 j( 辐射监测技术审议会) 地方自治 体( 县) 黧刮：糍嚣帮竹 委员会辐射f ：嚣雾蓄主蓄品”“ 中央评价专i 辜设蓝溺弄鲡 门委员会) 实施质量像证中对数据的比对 。黼虢胼管舫法的 图1 1 ：日本全国环境辐射监铡体系结构 日本科技厅负责发布日本全国环境辐射水平调查结果及评价公报。有核设施的1 5 个县，由该县的环境辐射安全审议会( 有的称为原子力发电所环境安全协议会) 向本县 公众发布公报。科技厅对各县环境辐射监测中心起技术指导和财政支援作用。而实施环 境辐射监测的单位不全归科技厅领导。 日本科技厅以合同方式与原子力安全技术中心、日本( 化学) 分析中心和4 7 个都道府 县监测单位确立业务关系，组成全国环境辐射监测网。有核电站的1 5 个县由“县环境 放射能测定技术会”领导本县的环境监测中心和县境内各核电站的环境监测课( 站) 组成 本县的环境辐射监测体系，重点对核电站周围环境辐射水平进行监测。 日本实施环境辐射监测主要机构的职能分别为： 1 原子力安全技术中心 该吲甸组织实际上是科技厅的核安全技术后援单位，其主要业务有 浙江大学硕士学位论文 a ) 指定业务。检查与核实践有关的事务。包括贯彻“放射线院害防火法”和“原 子炉规制法”，有关放射性废物处置的审查、确认，有关原子力防灾( 核事故应 急) 的业务。 b ) 受国家委托，运行与维护s p e e d i ( 事故时环境剂量预测系统) 程序。 s p e e d i 程序是日本原研东海所开发的核电站事故时环境辐射影响快速预测系统。 包括源项输入和估算、风场模拟、扩散计算、剂量计算，并备有配套的数据库。该程序 可以给出图像和数值显示。日本有核电站的1 5 个县的环境监测中心、县原子力设施环 境安全协议会、核电站环境监测站都有终端与s f e e d i 系统的主机联网。 c ) 举办与核安全、辐射防护有关的讲习班，开展研究和调查、搜集情报和资料、 出版书籍等。 2 日本( 化学) 分析中心 该中心负责指导国内环境辐射水平监测工作，工作内容主要包括： a ) 环境样品分析。样品包括：核舰船停靠港口采集的样品、核试验监测站采集的 样品和核电站附近采集的样品。 b ) 分析比对。包括与全国4 7 个地方团体分析单位间的比对和与有核电站的1 5 个 县监测中心的比对，参与w h d 一承c 、i a e a 组织的国际比对。 c ) 环境放射性监测数据的收集和管理。根据科技厅的委托，分析中心( j c a c ) 进行 监测数据的收集、累积、和应用，定期向公众公布监测结果a d ) 研究开发工作。主要是放射性核素标准分析方法的研究，现已出版2 3 种分析操 作程序。 e ) 化学和仪器分析。包括中子活化分析、原子吸收光谱测定、玻璃和硅酸盐分析 等，为普通环境公害监测与防治提供服务。 f ) 开办训练斑，以普及推广标准分析方法。 g ) 国际协作。接受邻近国家派来的分析人员，并派出自己的专家进行学术交流。 3 浙江大学硕士学位论文 3 地方( 县) 监测中一c 日本有核设施的1 5 个县都组建了县环境监测中心，其余县也由相应的机构进行当 地环境放射性水平监测。有核电站的县由“县放射能测定技术会”在技术上组织领导本 县的环境辐射监测，“县原子力发电所环境安全协议会”每年审议一次县内各监测机构 的上报数据，并向公众发表公报。县监测中心监测人员可进入核电站厂区内进行辐射监 测，核电站的监测结果须报监测中心。县监测中心的监测点布置在核电站边界外1 0 k m 范围内，有l 2 个监测点与核电站的环境监测点相重合。县监测中心的监测结果得到 公众的信赖。 例如：静冈县环境监测中心的业务主要有： _ 对其境内的滨冈核电站周围环境进行监测。 进行本县环境放射性水平调查及研究。1 9 8 7 1 9 8 8 年调查了本县环境放射性。 本底水平，现正在调查海底沉积物的放射性水平。 核电站事故时实施应急监测。 在滨冈核电站附近5 k m 内，监测中心设立了8 个监测站、7 个监测亭。监测站内有 n a i 闪烁计数器和高压电离室连续测y 辐射水平，t l d 测累积y 剂量；另外还有气溶胶 和碘采样器，连续取样。监测亭内只有连续y 测量装置。 4 核电站的环境监测站 每个核电站都在其电力公司领导和当地环境监测中心指导与配合下进行核电站周 围环境影响监测。监测结果直接传输到县环境辐射监测中心，每季向县原子力设施环境 安全协议会报告监测与评价结果，并由该协议会审议后公布。 以滨冈电站为例，核电站的环境监测由辐射管理课领导。该课约5 0 人( 占电站放射 性工作人员的1 0 ) ，环境监测系( 组) 7 人。监测范围一般为5 k m ，重点是厂区边界。它 在厂区边界上布置了7 个监测亭，连续测量y 辐射水平，在主控制室有显示和报警( 超 过限值时) 。在5 k m 内布了8 个站( 分布在3 个镇) ，测量数据传播到静冈县环境监测中 4 浙江大学硕士学位论文 心。为消除仪器的温度效应，监测站( s 诅t i o n ) 和监测亭( p o s t ) 内都装有空调装置，温度， 控制在2 0 或3 8 2 ，厂区内设立气象站。并且核电站有专用环境监测车。 由于历史原因，日本公众对放射性特别敏感，因此在日本兴建核电厂所遇到的心理 阻力是很大的。但是，由于他们采取了一些得力措施，日本该电事业的发展还是比较顺 利的。其中原因之一就是日本通过已经建成了覆盖全国的环境辐射监测系统，让它负责 全国及一般核设施周围环境辐射侦测与调查工作外，亦积极针对各项辐射侦测技术与剂 量评估进行研究与开发，出版了一系列的研究作品和教材。并且实现辐射监测数据的网 上公开查询。增强人民的核安全认识。 1 4 通讯的硬件平台，l 环境辐射监测系统的数据信息需要网络上传输，由于条件限制，没有现成的网络， 所以需要建设系统数据传输硬件平台。数据传输可以简单地分为有线( 包括架设光缆、 电缆或租用电信专线) 和无线( 无线电台或者用g s m 、g p r s 等通讯模块组建无线数据 传输网络) 两大类方式。这里我们考察了各种通讯方式，以便为我们的系统通讯选择性 价比比较好的硬件通讯平台。 1 4 1 架设光缆电缆组建局域网 目前，大多数的数据传输都是采用电缆或者光缆组成的局域网方式。而通讯电缆通 讯的极限距离为4 公里，光缆通讯距离最远可以达到4 0 公里。采用局域网方式进行数 据传输通讯速率快、可以用各种方式进行通讯如：t c p i p ，u d p ，f t p ，h t t p 等。但局域网 组网费用很大，特别是远距离通讯需要用到铺设电缆或者光纤。环境辐射监测系统的监 测点间分散、距离远，若采用局域网通讯方式，组网费用非常高。 1 4 2 无线电台通讯方式 无线电台通讯资金投入少，可以连续进行通讯，组建点对点通讯系统方便，但通讯 距离一般比较短。若希望提高通讯距离需要自己建设电台发射塔，这样的话，投入成本 将急聚上升；并且维护费用也相应的上升。并且无线电台通讯方式受天气、电磁辐射等 浙江大学硕士学位论文 因素影响非常因素，属于不可靠通讯方式；而我们的数据传输要求准确、有序，这一点 上无线电台通讯方式并不符合要求。 1 4 3g s m g p r s 通讯方式 在无线数据传输中，目前大多采用g s m 或者g p r s 通讯方式。 g s m 是全球移动通信系统的2 g 数据蜂窝电话技术，可以传输语音和数据，传输数据 是采用短消息方式，但是g s m 短消息只能作单向传送，每次的字符数不能多于1 6 0 个， 并且需要每次重新建立连接。虽然这种通讯方式经济，但通讯效率低下，可靠性差( 线 路繁忙时候容易产生短消息堵塞、丢失等情况) 。所以现在的无线数据传输大多已经升 级到g p r s 通讯方式。 g p r s 即”通用分组无线业务”( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 的英文简称) ，是在 现有g s m 网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。相对于原来g s m 以拨号接入的电 路交换数据传送方式，g p r s 具有永远在线、自如切换、流量计费、高速传送等优点， 它能全面提升移动数据通信服务。数据传输速率可达到1 1 5 k b p s ；其短信收发类似于 g s m ，但其信息字数不受1 6 0 个字符限制，并且可以双向通讯。总的说来，这种无线传 输方式特别适合于远距离的数据传输。 目前支持g p r s 工业应用的主要有西门子的g p r s 通讯模块，但它采用r s 2 3 2 点到 点通讯协议，而我们的控制点很多，而且希望能达到局域网的效果，可以采用深圳倚天 公司的产品：e t p r o + + 。倚天公司的产品e t p r o 枷t p r 0 + 是针对g p r s 技术开发的外 置式无线g p r si pm o d e m 。它包含普通g p r s 模块的所有功能，又进行了t c p i p 协议 的扩展。通讯方式可以采用点对多点方式：本系统有一个中心监控室和多个监控点。由 于监控点比较分散，故选用e t p r o + 组成一点对多点的无线数传系统作为通讯手段。在 中心有一台通讯服务器与i n t e m e t 相联，且使用静态i p 地址。服务器运行有中心监控例 程，使用s o c k e t 套接字与i n t e m e t 通讯。通讯过程如下： 1 ) ：终端分别拨号联接到i n t e h l e t 。 6 浙江大学硕士学位论文 2 ) ：终端使用a t + ( 一种扩展了的m o d e m 通讯命令集) 指令集与中心建立t c p 或 u d p 连接通道。 3 ) ：双向传输数据。 遗憾的是g p r s 通讯网络在我们项目建设时候只是实验阶段，电信部门还没有开通 这项业务，所以我们只好考虑其他方法了。在今后的系统扩展过程中，可以优先考虑这 种通讯方式。 1 4 4 电话线通讯方式 电话线通讯方式就是每个监测站和中心站都安装固定电话，并且向电信 部门申请采用电话专线的方式接入( 可以拨入的号码固定，这样可以防止 通讯被外界的拨号所中断) 。而计算机采用拨号方式通过m o d e m 来与远程 站进行建立连接。电话线通讯方式下，软件采用r s 2 3 2 方式通过m o d e m 来 互相通讯，所以数据传输过程中，软件中需要对自定义通讯握手协议、数 据打包格式和校验方式：这样大大增加了编程的工作量；通讯速率不高， 并且由于m o d e m 容易经常掉线和损坏，所以系统维护麻烦。 所以该方案优点是：一次性投资很低，而系统运行费用也不高( 电话专 线月租费低) 。缺点是编程复杂、系统通讯可靠性和实时性低下、系统维护 量大。所以在资金紧张的情况下，可以考虑该方案。 1 4 5 专线通讯方式 专线方式大多为d d n 专线，就是租用电信部门的d d n 专线。这种通讯方式的优点 是几乎没有一次性投入，平时也几乎没有维护量；线路安全可靠，数据流量符合要求并 可以任意提速，可以通过路由器把各个监测点和杭州中心站组成跨网关网络。虽然缺点 是每月需要付比较高的月租费，但相对于自己组建局域网，成本低的多。 i 5 通讯的软件实现方式 在通讯的硬件平台上，我们综合比较了各个通讯方案，最终根据性能价格比和用户 浙江大学硕士学位论文 意见选择了d d n 专线方式。数据传输的真正实现需要软件来实现，由于系统需要传输 很多数据信息( 实时、历史数据；报警信息；系统运行状况信息) 和控制信息，所以通 讯的灵活性很大，需要易于添加新的自定义通讯协议( 握手传输信息的协议) 。目前， 网络通讯大体有如下几种方案：分布式系统通讯方式、b s 通讯方式、s o c k e t 通讯方式 等。下面分别考察其在本项目中的适用性，从而选取种合适的通讯方式。 1 _ 5 1 分布式系统通讯方式 分布式系统应用程序大多采用c l i e n t s e r v e r 结构，而这种结构根据通讯的实现机理 可以分为一下三种：d c o m 、c o b r a 、s o c k e t 。在c 1 i e 州s e r v e r 结构中，各个现场点采集 ( c l j e n t 端) 的信息可以远程提交到服务器的数据库上，c 1 i e n t 端需要服务器上的数据则需 要向服务器申请，而服务器信息主动往客户端传送各种信息功能不能实现，所以这种方 式适合传输存放到数据库的数据信息，并不适合传输控制信息和其他系统运行信息。所 以这种通讯方式并不适合整个环境监测系统网络的通讯。而杭州中心站，需要服务器支 持多个客户端查询数据，所以建议杭州中，心站的软件方案采用c 1 j 锄s e n ，e r 多层分布式 应用程序结构。 1 5 2b s 结构通讯方式 b s 结构适合那些用户提交信息的系统，因为w 曲方式是没有保持状态的，也就是 无状态连接，所以w 曲客户端需要人为的触发，而我们的主要通讯信息是在网络上自 动的、实时的、双向流动。所以并不适合用该种通讯方式。但对于杭州中心站，由于需 要一些数据以及报表对公众公开( 通过h 她m e t ) ，这种软件结构适用于杭州中心站的w 曲 服务器。 1 5 3s o c k e t 通讯方式 s o c k e t s 有两种主要的操作方式：面向连接的( t c p i p ) 和无连接的( u d p ) 。面向连接 的s o c k e t s 操作就像一部电话，他们必须建立一个连接和一人呼叫。所有的事情在到达 时的顺序与它们出发时的顺序时一样。无连接的s 。c k e t s 操作就像是一个邮件投递，没 浙江大学硕士学位论文 有什么保证，多个邮件可能在到达时的顺序与出发时的顺序不一样。面向连接的操作使 用t c p 协议。一个这个模式下的s o c k e t 必须在发送数据之前与目的地的s o c k e c 取得 个连接。一旦连接建立了，s o c k e t s 就可以使用一个流接口：打开一读一写一关闭。所 有的发送的信息都会在另一端以同样的顺序被接收。面向连接的操作比无连接的操作效 率更低，但是数据的安全性更高。可见这种通讯方式可靠并且实现方式灵活，比如可以 传输字符串、数据流、文件等。 1 6 主要研究内容 秦山核电站环境辐射监测系统是一个全自动智能化连续在线辐射监测系统，它配备 了高灵敏度、宽量程的y 辐射探测仪和自动采样设备，该系统功能强，可靠性高。系统 数据分析软件结合了各种监测手段获得的数据。系统能及时发现辐射水平的异常，并估 算附加剂量值。它包括9 个现场监测站、一个数据汇总站以及杭州中心站。整个系统通 过d d n 网络实现跨网关通讯。 本课题研究方向是实现系统通讯软硬件平台方案的选择与设计，以及现场监测点和 汇总点程序的设计。在程序设计中，我们应用了软件工程中系统分析的方法来实现系统 的需求分析和用例分析，从而设计了完整的系统实现模型；并通过在编码中运用面向对 象和设计模式思想实现了系统中各个软件功能模块的程序设计。 全文共分五章。 第一章：绪论 综述了核环境辐射监测技术在国内外的发展，并以日本为例，详细介绍了其全国范 围内环境辐射监测系统的结构和重大意义。其次，绪论里还讨论了数据传输的各种软硬 件方案的优缺点。 第二章：环境辐射监测系统的方案设计 本章对环境辐射监测系统进行了整体介绍，并用软件工程中的分析方法，对系统进 行了需求分析和用例分析，提出了详细的业务功能实现流程。 9 浙江大学硕士学位论文 第三章：环境辐射监测系统的软件实现 介绍了面向对象编程思想和设计模式思想在系统软件实现中的应用，以及系统各个 功能模块的设计方法；并提出了运用m v c 设计模式实现软件功能界面分离的方法，运 用o b s e r v e r sp 毗e m 设计模式减少软件功能模块间的耦合、实现软件模块复用。 第四章：系统软件的功能界面 介绍了运用m v c 设计模式实现软件功能界面的分离设计方法的一些优点，以及设 计出来的软件部分功能界面 1 0 浙江大学硕士学位论文 第二章环境辐射监测系统的结构和需求分析 由于环境辐射监测系统需要实现的功能点多并且复杂、用户的需求灵活多变。并且 整个系统软件分为现场监测站、汇总点服务器、汇总点客户端、杭州站服务器、杭州站 客户端、杭州站w e b 服务器几个部分，各个部分有着很多类似的功能需求。在软件设计 过程中需要考虑系统的功能复用( 甚至是组件复用) 、系统完善的容错性、可扩展性等 个方面扩展性能，这些工作需要在系统方案设计阶段就要进行，所以我们根据系统的建 设要求，运用软件工程中的用户需求分析方法详细的设计了系统软件的功能实现方案。 2 1 辐射监测系统的总体介绍 2 1 1 监测系统监测点分布 秦山核电站环境辐射监测系统包括9 个无人监测点( 其中个是数据汇总 点) 和一个杭州中心站。9 个无人监测点的地理位置是秦山核电一期、二期、三期 工程的五个反应堆的位置。y 辐射连续监测系统各监测点按以下原则布点： ( 1 )主要监测点分布在核电厂周围5 公里范围内； ( 2 )尽可能按方位角均匀布点； ( 3 )按主导风向、居民分布、关键居民组所在位置布点； ( 4 ) 考虑各反应堆的不同位置； 根据以上原则，监测系统设9 个监测点。另外在海盐县政府所在地武 原镇设立一个监测中心点。监测点在地图上的分布如下图2 一l ： 浙江大学硕士学位论文 图2 - l ：监测点位置不葸圈 2 1 2 监测点的监测内容1 1 7 “1 现场监测系统除了测量y 辐射剂量率外，还需配置了若干气象监测装 置。配置气象监测装置的作用主要是为了更好的解释监测结果。由于环境 辐射、环境放射性的情况与气象情况密切相关，因此为了使监测系统能采 集到具有说服力的数据，在实时获取辐射剂量率值的同时实时监测气象参 浙江大学硕士学位论文 数是必要条件之。要采集的气象参数主要由：室内外温度、湿度、雨量、 感雨、气压、风向、风速以及太阳辐射。因为局部地区的气象状况差不多， 所以不需要每个点都要建立完善的气象监测系统。 监测点拟监测的参数汇总如表2 1 所示。 y 辐 监测点 太阳 温湿 质量 射剂风向风速感雨雨量气压 数据 量率 辐射 度 二期码头 o0o o 秦联 oooo 秦山镇 o oooooooo ( 汇总点) 夏家湾 ooooooo 0 秦山顶 o o 杨柳村东 o o 杨柳村 ooooo oo o 鸽山 ooo 0 武原镇 oo o o 表2 1 各监测点监测内容汇总表 2 1 3 系统建设要求【2 l 。8 】 用户对整个系统的建设要求包括： ( 1 ) 要求所建系统实现每天2 4 小时不间断实时监测，实时传递数据，当测量数据 超限或不正常时，能自动报警。在各现场测量点能显示最近4 0 天的数据；在现场汇总 中心能显示所有各监测点的数据、报聱信息、历史系统运行信息；在杭州数据处理中心 接收现场汇总中心所接收到的监测点各种信息，必要时可直接与某一现场监测点通信取 得数据，当通信出现故障或监测数据出现故障时能产生报警信息，通知有关人员。 ( 2 ) 由于现场监测点条件较差，监测仪表需要安装在室外，设备必须经得起风吹、 雨淋、日晒以及腐蚀等各种恶劣环境，此外。对y 辐射剂量率测量仪，要有较高的精度、 灵敏度和较宽的量程。 浙江大学硕士学位论文 ( 3 ) 设计的系统要求具备长期运行的可靠性和稳定性。由于当地供电质量较差， 又属雷电多发区，因此在系统设计中包含能很好地提供后备电源的方案和严格的防雷措 施，并加以实施。另外，鉴于现场监测点是无人值守的，系统应有自动故障监测系统， 并能及时将信息传递到杭州中心站。 ( 4 ) 设计的系统应具有先进性，使用的设备、软件、通信方式以及系统结构应达 到国内领先水平，同时系统应有较强的扩展能力，可以为其他监测设备、监测点的接入 留有接口，有灵活扩充输入输出接口能力：而软件设计中也应该预留各种接口，以便 扩充各种功能和监测点。 2 1 4 系统数据传输方式 参考绪论中各种数据传输方式的性价比和用户意见，我们最终采用d d n 专线进行 数据传输网络。整个环境辐射监测系统可以通过路由器组建d d n 专线网络，这样整个 系统形成一个单独的内部局域网，该局域网内部可以用如：t c p i p 、u d p 、h t t p 、f t p 等各种通讯方式进行通讯。给软件方案的设计带来极大的灵活性。系统基于d d n 专线 的网络拓扑图如图2 2 1 4 浙江大学硕士学位论文 图2 2 ：基于d d n 专线的网络拓扑图 弼络拓扑函的说明： l ：整体网络通过路由器羊n 路由模块组成跨网关蜀域两，现场站翻汇总点d d n 专线的通讯速率 为6 4 k j 杭炳翻现场汇总点的d d n 专线通讯速率为1 9 。2 k ， 2 ：路自器c i s c 0 1 7 2 0 ( 或者c i s c 。i 7 2 1 ) 有两个端口可接al t 通讯模块1 t 模块为路由挨块 它配合路由器实现跨两关通讯，路由器c 证2 6 1 0 套一个8 口同步异步通讯端0 ( 司搂入同步异步 通讯模块8 旬s ) 和两个可以接入l t 的通讯端口， 3 ：现场汇总蠢的酪由器c i s c 0 2 6 l o 接在8 口交换枫3 c o m l 7 5 0 上两汇总点的通讯骚务器和汇 总站客户端电脑也是结在该交换机上，这样宅疆i 或7 一个内部局域两， 浙江大学硕士学位论文 考虑到系统的通讯是实行性和可靠性，以及我们需要双向传输各种数据、文本等信 息，所以数据传输软件实现方式s o c k e t 软件通讯方案更合适。这样我们可以灵活的自定 义通讯协议来实现高效的通讯。例如，对于存储于本地数据库的历史数据，我们可以按 照文本( 二进制流文件) 的传输方式来传送到汇总站和杭州站，然后再由汇总站或者杭 州站来自动从文本中解码得到所有的历史数据。而对于通讯中断的控制信息和握手信 息，传送方式可以是字符串方式；当然这里需要完善的握手才能完成如此复杂的传输协 议。 2 2 应用系统各个站点的系统结构和功能 2 2 1 监测点系统 现场监测点系统除了测量y 辐射剂量率外，还需配置了若干气象监测装置。气象监 测装置的作用主要是为了更好的解释监测结果。由于环境辐射、环境放射性的情况与气 象情况密切相关，因此为了使监测系统测量结果具有说服力，在实时获取辐射剂量率值 的同时必须实时采集监测气象参数。 该系统由传感器( y 辐射仪，气象传感器等) ，数据采集器，工控机，通讯系统和 电源系统等几部分组成。y 辐射仪以及各气象传感器的信号先进入数据采集器p l c 进 行统一的数据采集和必要的处理，并利用串行口接到工控机中以便保存实时数据，再通 过m o d e m 实时地将数据发送到现场汇总中心。室内可安装若干个传感器( 如室温、避 雷器、u p s 的故障信号等) ，它们一并进入数据采集器。数据采集系统如图2 3 。 1 6 浙江大学硕士学位论文 图2 3 ：现场监测点数据采集系统 工控机是数据采集系统的中心设备，也是数据采集系统人机接口的主要媒介。现场 监测站应用程序软件为实时多任务工作方式。其完善的处理功能包含了数据采集、预处 理、计算参数修正、数据质量控制、数据存储、数据显示、外部数据通信以及数据采集 系统的自检，故障自诊断等功能。另外为了实现无人操作站功能，防止p c 机的w i n d o w s 系统的可能死机问题，可用对主板上的看门狗用上位机软件进行设置，开启死机后自动 重启功能，并且启动后自动运行检测站应用程序。 2 2 2 现场汇点系统 现场汇总站主要是位于海盐地区的数据汇总点，各个监测站的实时、历史采样 数据以及系统运行的各种信息都传输汇总到该站的通讯服务器。然后数据信息再由通讯 服务器处理后传输到杭州中心站和汇总点客户端，整个网络的数据传输就是s o c k e t 通讯 方式。因为巡查人员和系统维护人员都需要根据现场汇总点的各种信息来监控整个网络 环境，所以该点应该保证有足够的信息来实时显示各个站点的运行情况，特别是各种异 常状况。另外汇总点客户端有着4 0 天的数据存储、各个监测站的各种信息汇总；可以 浙江大学硕士学位论文 方便的通过这些数据分析监测站的运行状况， 现场汇总站系统的硬件平台如图2 4 ： 汇总点通过路由器实现与整个系统的网络 通讯，包括与各个监测点和杭州中心站，另外 汇总点通讯服务器还实现了汇总点的环境辐射 监测，也就是汇总点也是一个监测站，通讯服 务器也实现了监测站的功能( 和监测站一样接 入y 计和p l c 采样系 统) ，这就需要通讯服务器程序和监测站程序同时运 图2 4 ：汇总站硬件平台 行在通讯服务器的机器上。而汇总点客户端通过交换机访问汇总点通讯服务器，实现数 据的实时传输，通讯方式为s o c k e t 方式。 2 2 3 杭州中心站系统 杭州中心控制室系统组成如图2 5 所示， 由路由器接入d d n 通讯专线。 中心站通过交换机组成一个内部局域网 而d d n 网络通过路由器接入。中心服务器 程序自动接收d d n 网络传输过来的数据， 最后将数据送到数据库中，所以该服务器有 通讯服务器功能和数据库服务器功能。 在数据处理中心通过交换机建立局域 图2 5 ：杭州数据处理中心 网，在该网中数据库服务器两个，两个数据 库服务器在工作时形成一样的数据文件，做到数据库的双备份。这样，一旦有一个服务 器出现故障系统可照样正常工作，保证了系统的可靠性。数据库管理软件拟采用s q l s e v e r ，这是一个使用十分广泛、适合于中小系统的数据库软件。 1 8 浙江大学硕士学位论文 局域网设工作站若干台( 根据需要可扩) 用于进行各种数据的汇总、分析和处理， 还可以随时查询历史数据，报表、曲线等。设输出工作站一台，负责报表的打印输出， 数据文件的即时打印，各种数据的永久保存，保存方式建议采用c d r ( 双备份) 和磁 备份机 2 3 环境辐射监测站的需求分析【3 9 “o 】 通过需求分析可以对用户的需求做出最为准确的说明，并且可以在过程中发现很多 隐藏的用户需求，虽然这些需求用户的要求中没有，但若这些需求遗漏，那么系统的功 能就是不完善的，甚至不能正常运行，这种软件错误就是系统需求阶段的b u g 。这里， 我们按照需求分析的格式对环境辐射监测系统的监测站、汇总站通讯服务器、以及杭州 中心站和汇总站客户端的通讯部分进行了详细的需求分析。 总体问题陈述 目的是用于创建基于网络的环境辐射监测系统， 顾客 浙江省环境监测站 目标 总体上讲 _ 提供监测点的实时采样，以及各种故障处理 - 提供数据的实时传输报警信息的网络实时传输 _ 实现无人工作站的维护信息远传以及远程控制 一提供信息完整性分析和处理 - 并起创建一个可维护的、利于扩展的系统。 _ 支持w e b 浏览 _ 支持多客户访问系统 _ 系统可以方便的升级和增加新的功能。 1 9 浙江大学硕士学位论文 需求分析中各种术语的定义：系统功能是系统应该做的事：而系统属性是系统的非 功能特性，例如易于使用等特性。对于系统功能应该进行分类，以便区分开各类功能的 优先次序和识别出哪些是理所当然应该具备的系统功能。功能分类有以下三种：明显的； 隐藏的；修饰性的。 2 3 1 现场监测点 基本功能 功能 标号( r e 伴) 功能分类 采样 r 1 1p l c 数据的定时采样 明显 r 1 2y 计数据的定时采样 明显 数据处理 r 1 3 采样数据的处理隐藏 r 1 4 采样数据的完整性检查隐藏 数据存储 r 1 5 采样数据的存储( 4 0 天) 隐藏 r 1 6 本地数据库的维护隐藏 数据的网络传 r 1 7维护远程s o c k e t 通讯隐藏 输 r 1 8 远程交互控制隐藏 r 1 9 实时历史数据的传输明显 校准时间 r 1 1 0网络校准时间系统、y 、p l c 整体校准时间明显 r 1 1 ly 、p l c 和系统校准时钟隐藏 系统的u i 设计 r 1 1 2 实时历史数据的查看明显 r 1 1 3实时历史数据的趋势图明显 r 1 1 4 系统运行状况显示 明显 r 1 1 5y 计标定设置明显 系统的自动维 r 1 1 6 系统故障报警以及处理 隐藏 护 r 1 1 7 日志文件的维护 隐藏 可选功能 功能标号r e 脚功能 分类 其他运行状况 r 2 1p l c 运行状况记录隐藏 日志r 2 2y 计运行状况记录隐藏 r 2 3d d n 通讯运行状况记录隐藏 r 2 4 系统运行状况记录隐藏 系统属性 系统属性是系统的特性或者系统的度量，它们并不是系统的功能 属性标号( r e 例) 细节约束条件 易用 r 3 1 界面简洁易用 减少不必要的交互 容错 r 3 6 界面交互的容错机制安全性检查 r 3 6采样通讯的容错机制数据格式的检查通 讯检查 浙江大学硕士学位论文 r 3 7数据库的容错机制数据检查 数据的格式检查 r 3 8d d n 通讯的容错机制 数据格式的检查 r 3 9 应用程序的运行容错机制错误处理 r 3 ，1 0文件操作的容错机制错误处理 r 3 1 1系统断电的容错机制 断电能自动关机来 点自动恢复 响应时间r 3 1 ly 计采样的响应时间 部分代码为m m 自动生成的) ： 呻e t s u b j e c t 2c l 豳s ( t o b j c c t ) o v 8 i c f o b s c r v e r s ：t l i s t ： p r o t e c t c d p m c c d u mc h 锄g c ； c a i lt i l i sm e t l o d t od i s p g c c hc h 柚g c p u b i i c p m c c d u r cr c g i s # e r o b s c r v e o b s c r v c r ：t s u b j c c t o b r v c r ) ； p r o c c d u 托u n r c g i s t c m s c r v 呱o b s c r v c r ：t s u b j c b s c r v 叫； e n d ： t s u b j e c t o b s e r v e r 。c l s ( t c o m p o m o d v 删 f e n a b l c d ：b o o l c 柏： ) f o n c h 蚰g e ：t n o t i 母e v e t ； d r o t e c t c d p r o c e d u 他c h 如g e ： p u b i i s h c d p m p c 哪e n a b l 甜：b o o l c 柚r c a df e n 曲l c d w t cf e n a b l c d ； p m p e 啊o n c h 锄g c ：t n 嘶分e v t r e a df o l l c h 柚g ew r 他f o n c h 蚰g e ； c n d ： i m d l c m c n t a n o n p r o c c d u mt s u b j 。吐c h 鲈； v a r o b s ：t s u b j c c t o b s c r v c r ； i ：i n t c g c r ； b e g i n f o r i ：= 0 t o f o b s c r v c r s c o u n t 1d o b e g i n 浙江大学硕士学位论文 o b s ：= p o b s c r v c r s 【i 】； i f o b s e n 曲l c dt h o b s c h 柚g c ； c n d ： e n d ： p m c c d u 他t s u b j c c t r c g i s t c 而b s c r v c b s e r v c f ：t s u b j c c t o b s c r v e o ； b c g i n i f f o b s e r v e 陪i i l d “o o b s c r v c r ) = - lt h f 0 b s c r v e 飓a d d ( 0 b s e r v 哪； c n d ： p r o c c d u 托t s u b j e c t u n r e g i s t c r o b 靶r v e f ( o b s c r v 盯：t s u b j e c t o b s e r v 盯) ； b e g i n f o b r v c r s r c m o v c ( o b s e r v 哪； 锄d ： p m c c d u 他t s u b j c c t o b s c r v e l c h 蚰g c ； b c g i n i f a 5 s i 鲷c d ( f o n c h 蛐铲) t i i 眦f o n c h 衄g s c l d ； e n d ： 注意上述代码中： _ t s u b j e c t c h 锄g c 方法通过调用每一个o b s e r v 盯的c h 蛐g c 方法来遍历已注册的o b s e f v c r s 这就是实际上的一对多 通知当然这里可以选择通知特定的o b 辨n t f s 对象 o b s c r v 盯的e n a b l e d 属性用来检查是否让o b s c r v 盯得到通知 t s u b j e c t o b s e r v e r 类中的o n c h 蚰铲事件可以用0 b j c c ti n s p 。c c 0 徕齄发 3 4 3 2 系统调度者需要扩展的业务功能 实际上，系统调度者处于采样模块、数据存储模块、s o c k e t 通讯模块的核心，他负 责整个系统的自定义的关于业务事件的调度。系统调度者充当o b s e r v e r s 对象，而各个 与系统调度者通讯的模块相当于s u b j e c t 对象。这样系统调度者负责把s u b j e c t 对象的事 件信息转发给需要知道该事件的模块。例如运行日志模块需要知道全部的事件信息，以 便记录系统运行状况：数据存储模块需要帧听s o c k e t 通讯模块的历史数据申请事件以便 对数据进行打包等等。 需要扩展的业务功能主要有： y 计采样模块：y 计采样成功事件 y 计采样失败事件 y 计设定成功事件 y 计设定失败事件 y 计通讯失败事件 s l 浙江大学硕士学位论文 y 计通讯恢复事件 p l c 采样模块：p l c 采样成功事件 p l c 采样失败事件 p l c 设定成功事件 p l c 设定失败事件 p l