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港口泄漏辐射剂量计算机监控预警系统设计

时间:2020-11-26 22:15 | 栏目:计算机论文 | 浏览:

硕士论文网第2020-11-26期,本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇计算机论文文章《港口泄漏辐射剂量计算机监控预警系统设计》,供大家在写论文时进行参考。
  本篇论文是一篇计算机硕士论文范文,为了保证港口集装箱透视安检通道系统附近区域辐射水平及放射性污染水平低于设定的安全阈值,确保在该区域环境内的人员处于相对安全的环境中,提出了港口泄漏辐射剂量监测预警系统。根据国家安全标准规定公众受照射的个人剂量每年不能超过1m Sv,因此该系统需要不间断监测港口安检区域的辐射剂量数据,以便发现异常及时报警,以便现场人员及时采取防护措施。同时加入预警模块,使得系统能够预测未来某一时刻安检区域环境内辐射剂量数据,提前采取相应的安全防护措施,以确保周围环境人员安全。

  第一章 绪论

  1.1 研究目的及意义 
   随着我国的经济发展以及进出口贸易业务的增长,1998 年 6 月,国家要求在所有海关货运量大的港口设立大型集装箱透视安检通道系统。该安检系统用来检查集装箱中运输货物是否存在违禁危险品等,具有查验速度快以及查验准确的特点,节约了大量的管理资源,社会效益良好。由于集装箱透视安检通道系统中的加速器在工作状态下会产生一定量的电离辐射,会对现场人员造成放射性损伤并且污染周围环境,因此港口泄漏辐射安全问题不容忽视。在传统的辐射剂量监测系统中,工作人员现场操作辐射监测仪进行测量,存在测量次数有限、现场工作人员容易受到辐射损伤等弊端。与此同时,大部分辐射监测系统仅仅实现了对辐射剂量的实时监测。当系统监测到港口安检区域的辐射泄漏剂量率已经超过安全阈值时,引起系统报警。本文提出了基于 BP 神经网络的港口泄漏辐射剂量预警算法,实现了泄漏辐射剂量预警功能。通过已采集的泄漏辐射剂量信息数据来预测未来泄漏辐射剂量的变化情况,不仅可以实时监测当前港口泄漏辐射剂量的变化,而且还能提前发出报警信号,通知现场人员及时撤离,预防事故发生。
  1.2 本文研究内容和章节安排
  本文在阅读大量相关文献的基础上,结合项目现场情况,确定了港口泄漏辐射剂量监测预警系统的设计需求,提出了 RS-485 总线总线监测仪的自控系统设计方案,对系统硬件部分和软件部分进行设计。硬件设计主要包括硬件设备选型与硬件连接;软件设计主要包括复杂报表处理软件设计、组态监控软件设计以及系统仿真预警功能设计。论文提出了基于 BP 神经网络的监测预警系统,通过组态王 King View 设计监测预警系统界面,通过串口通讯对辐射剂量数据进行传输实现系统的监测功能,利用 DDE 通讯获取 MATLAB 预测数据实现系统的预警功能,同时采用 Power Builder 开发工具实现系统复杂报表处理功能。主要研究内容包括:查阅大量相关文献,对港口泄漏辐射剂量监测预警系统需求进行分析,系统功能主要包括实时监测、显示报警、复杂报表处理等。组态界面主要包括密码登录界面、工况图显示界面、系统监测预警界面。本文选取 BP 神经网络预测方法,通过确定神经网络隐含层节点,设置预测模型的重要参数,在 MATLAB 完成系统实验仿真。MATLAB 与组态王之间的数据通过 DDE 通讯进行传输,继而设计组态王监控界面将 MATLAB 的预测结果图示化显示出来,完成系统预警功能。由于组态王生成的报表文件只能在组态王软件上查看,无法在其他应用软件中浏览,因此客户下载组态王软件增加成本的同时给客户带来不便。相比之下,Power Builder 开发软件具有强大的查询、报表和图形功能,该系统采用 Power Builder 开发工具对辐射剂量数据进行处理分析,实现系统复杂报表功能。论文的章节安排如下:第一章:绪论,讨论了课题研究的目的及意义,对港口泄漏辐射剂量监测预警系统的国内外现状进行调查分析,介绍了本文主要研究内容及章节安排。第二章:分析了港口泄漏辐射来源以及电离辐射的危害,介绍软件相关技术包括软件系统架构以及数据通信协议,在港口泄漏辐射计算机监测预警系统开发过程中涉及到的相关技术理论概述做了简单介绍。第三章:根据系统的功能需求分析、设计原则以及系统特点制定港口泄漏辐射剂量监测预警系统的总体设计方案。第四章:港口泄漏辐射剂量监测预警系统的硬件方案设计,包括了硬件接线和系统硬件选型,完成系统的硬件设计。第五章:对比分析现有预测方法后选取 BP 神经网络对本系统的数据进行预测仿真。通过介绍在 MATLAB 中的构建过程以及各个参数的确定过程,最后对系统进行仿真实验。第六章:设计了港口泄漏辐射剂量监测预警系统的软件方案,通过组态王 King View软件设计监测预警系统界面,利用串口通讯完成上位机与现场之间的数据传输,采用DDE 通讯方式完成 MATLAB 与组态王之间预测结果数据的传输,实现了对现场泄漏辐射剂量预警。同时利用 Power Builder 开发工具完成港口泄漏辐射剂量监测预警系统的复杂报表功能。第七章:论文结论和展望。

  第二章 港口泄漏辐射剂量监测预警系统相关技术

  2.1 工程背景
  本文研究对象是上海吴淞口岸集装箱安检区域,港口安检区域如图 2-1 所示。
港口安检区域
  当车辆从检入室一侧进入,通过道闸进入安检区域,在安检通道停下后进行透视监测,司机下车从司机通道通过安检区域。港口安检区域主要包括检入室、车辆入检室、图像分析室、司机通道、车辆出检口以及检出室。本文以泄漏辐射剂量为监测对象,将监测系统与预警系统结合起来,对港口区域环境内的辐射污染实时监测预警。港口集装箱透视安检通道系统利用加速器产生高强度具有穿透能力的放射性射线,在不开箱的情况下通过辐射成像技术就可以看到集装箱内的货物,是一种结合计算机、精密机械等技术的大型装备。集装箱透视安检通道系统示意如图 2-2 所示。
集装箱透视安检通道系统示意
  辐射成像技术是利用辐射源产生的射线来观察物体内部。当射线源发出的射线穿透集装箱时,由于集装箱内部的货物密度不同,安检通道另一侧的探测器吸收的射线程度不同,输出的信号强弱也不同。系统将探测器输出信号转化为数字信号并通过图像处理系统将集装箱内的物品图像显示出来。港口集装箱透视安检通道系统的射线分为两种,一种是利用加速器产生的 X 射线成像,另一种是利用放射源产生射线成像。由于第二种安检系统的放射源时刻产生射线,并且在安全防护方面要求更高,同时增加了维护难度,因此港口一般选取第一种加速器安检系统。X 射线是波长介于 0.01-100 埃之间的粒子流,长时间照射 X 射线会破坏人体的白细胞使得白细胞个数减少,从而降低人体免疫功能。接触 X 射线时间越久,致病的概率越高。X 射线的危害主要与接触时间、照射次数以及累积剂量有关,X 射线辐射对身体的伤害主要分为随机效应和确定性效应两种,随机效应指的是产生恶性肿瘤,其中发病率与照射剂量有关,其严重程度与照射剂量无关。确定性效应是指照射剂量超过一定的阈值会给人体带来损害。射线是一种波长短、穿透力很强的电磁波,主要是通过外照射对人体造成伤害,破坏人体造血功能,射线穿透物体后能量不会消减,长时间照射容易致癌。国际癌症研究机构公布的致癌物清单中,将 X 射线和伽马射线辐射归于一类致癌物。  
  2.2 系统软件相关技术
  为了实现港口泄漏辐射剂量数据的采集与传输,界面数据实时监测以及预警功能,采用了以下三种计算机软件,分别是 King View、Power Builder 以及 MATLAB。由于Word 以及 Excel 无法对组态王生成的报表进行浏览,用户必须使用组态王软件打开并且查看,因此本文采用 Power Builder 超强的报表功能及打印功能,通过数据库与组态王的数据收集功能相结合。同时 MATLAB 和组态王具有借助动态数据交换 DDE 与其他应用软件程序通讯的功能,因此可以实现 MATLAB 与组态王之间的数据通信,继而通过设计组态王监控界面将 MATLAB 的预测结果图示化显示出来。MATLAB 即矩阵实验室,起初是用于工程方向的包含数据分析的开发软件,后来随着发展变成人们公认的工程开发平台。同时 MATLAB 应用软件含有丰富的工具箱(Toolbox)和强大的集成仿真系统 Simulink。主要优点有:功能强大,拓展性强;拥有的强大的工具箱,功能类的可完成数学建模仿真,学科类的比如实现模糊控制或者神经网络算法预测等功能。强大的数值计算功能采用 IEEE 标准进行计算,另外 MATLAB 提供丰富的图表命令可以便于实现数据的可视化操作。语言简单,编程效率高;MATLAB命令易读懂便于掌握,并且提供丰富的数学计算函数方便调用,例如求和求积、标准差与相关系数以及多项式之间的计算等等,只要按照矩阵计算要求编写输入和表达式,将为方便用户的计算得出好的结果。其所进行的编译和应用程序执行的速度都远远超过了使用传统和其它语言进行系统设计的应用程序,可以说是在应用工程矩阵计算技术方面的应用编程系统设计效率超过了其它的编程系统设计语言。King View 具有运行稳定以及可以实现多任务的特点,因此在工控领域得到了广泛应用。组态王开发软件是一个标准的工业计算机软件和硬件相结合的工业自动控制系统平台。对于组态开发需要考虑的动画界面以及数据传输方面,可以通过对监测预警系统的研究分析,利用 King View 对系统进行设计。充分利用组态王软件强大的数据库功能以及动画功能设计可以完成对监控系统的实时监测与控制。其优点是适应性强以及开放性强、系统运行稳定且易于扩展,适用于开发周期较短的自动控制系统中。使用组态王数据库的方式有两种,一种是组态王内部数据库,在数据词典中设置变量时可以对数据变化进行记录,数据将自动保存到组态王自带的数据库中,方便操作,但是由于数据格式的不开放性,必须调用组态王软件才可以对数据进行查看,并且数据容量小,不适用于处理复杂数据;另一种是外部数据库,例如 SQL Server、Oracal 等数据库,通过 ODBC 通信协议将数据源链接到外部数据库中。利用外部数据库不仅格式开放,便于查看,而且可以处理大型复杂数据。

  第三章 港口泄漏辐射剂量监测预警系统总体方案设计

  3.1 系统需求分析
  3.2 系统设计原则
  3.3 系统特点
  3.4 系统总体方案设计
  3.5 本章小结

  第四章 港口泄漏辐射剂量监测预警系统硬件设计

  4.1 系统硬件构成
  4.2 系统硬件实现
  4.3 系统硬件连接
  4.4 本章小结

  第五章 BP 神经网络预测模型构建与仿真

  5.1 BP 神经网络简介
  5.2 BP 神经网络的学习过程
  5.3 BP 神经网络模型部分重要参数研究
  5.4 仿真及实验结果分析
  5.5 本章小结

  第六章 港口泄漏辐射剂量监测预警系统软件设计

  6.1 港口泄漏剂量辐射监测预警系统软件结构设计
  6.2 监测预警系统软件设计
  6.3 复杂报表处理软件设计
  6.4 本章小结

  第七章 结论与展望

  本文提出了 RS-485 总线总线监测仪的自控系统设计方案,设计了基于 Power Builder开发工具与组态软件相结合的港口泄漏辐射剂量计算机监测与预警系统设计。PowerBuilder 强大的报表功能,解决了系统中复杂报表问题,应用效果良好。系统分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括设备选型与硬件连接;软件设计主要包括复杂报表处理软件设计、监测预警系统软件设计以及预测系统软件设计。港口泄漏辐射剂量计算机监测与预警系统的功能主要包括复杂报表处理、实时监测、提前报警。组态王 King View软件设计监测预警系统界面,利用串口通讯完成上位机与现场之间的数据传输。提出了基于 BP 神经网络的港口泄漏辐射剂量预警模型,采用 DDE 通讯方式完成 MATLAB 与组态王之间预测结果数据的传输,实现了泄漏辐射剂量预警功能。建立的预测模型也具有较高的准确率,满足项目整体设计要求。主要工作如下:(1)讨论了港口集装箱透视安检通道系统产生辐射原理以及泄漏辐射的危害,介绍系统相关技术,包括系统软件相关技术以及监测预警系统相关技术。通过对项目的需求分析,完成系统总体方案设计。(2)介绍了港口泄漏辐射剂量监测预警系统的硬件设计过程,从系统监控层以及系统采集层两个层面上具体介绍了每一层的硬件组成与选型,同时介绍了系统硬件连接方式。(3)建立 BP 神经网络预测模型的方法做出详细介绍,讨论了从网络层数到传递函数、阈值和连接权值以及学习速率等主要参数的设定,并且对预测模型和设计方案进行仿真验证,验证误差大小在合理的范围内,证明了该预测模型的可靠性。(4)港口泄漏辐射剂量监测预警系统的软件开发部分,利用 Power Builder 软件进行报表显示功能与打印功能设计,并在组态王界面上完成监测预警系统工况图界面的设计,以便于现场人员听到报警紧急撤离并启动安全应急预案对危险事故及时处理,满足了工业现场的实际运行需求。出于对该系统的实时性和安全性的考虑设计了港口区域环境内的泄漏辐射剂量监测预警系统,不仅实现了对辐射剂量数据的实时监测,而且还实现了对辐射剂量预测的功能。通过此系统,不仅保障了现场人员的安全,也方便现场工作人员的监控和管理。本文设计的港口泄漏辐射剂量监测预警系统还有许多地方不足需要改进和完善,主要有如下这几点:(1)添加监测种类,本系统的监测预警的数据过于单一,由于在系统的监测过程中只通过探测器去采集了港口安检系统周围的辐射剂量数据。接下来我们可以添加其他的环境传感器,比如 DHT11 温湿度传感器、GP2Y1014PM2.5 浓度传感器以及甲醛浓度ZE08-CH2O 传感器等等,将环境监测预警系统内容做到更加完善和全面。(2)改进预测算法,每种算法在实际运运用中都会产生误差,由于误差的产生会对实际问题的预测结果不那么准确,因此我们会引进组合型预测算法,例如结合遗传算法或者别的预测算法,建立新的预测模型,使得系统误差减小从而输出的预测结果更为精准。

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