Способ цифрового хранения данных при проведении радиационных обследований объектов окружающей среды Российский патент 2024 года по МПК G01T1/167 G01V5/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Способ разработан для проведения радиационных обследований в лесном хозяйстве, но его использование также возможно в сельском хозяйстве, геологии, гидробиологии и т.д. Описанный способ предназначен для лабораторий и исследовательских центров, занимающихся радиоспектрометрическими методами определения источников ионизирующего излучения (далее - радионуклидов) в окружающей среде.

Уровень техники

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению является патент на изобретение «Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона» [1]. В отличие от описанного прототипа, способ подразумевает не создание постов постоянного радиационного мониторинга окружающей среды, а внедрение в уже действующих лабораториях, оснащенных спектрометрическим оборудованием для определения содержания радионуклидов в пробах окружающей среды, обеспечивая автоматический механизм накопления первичных данных в облачное хранилище, сохраняя на долгие годы описание исследуемых образцов, географические точки их отбора, программные конфигурации приборов, спектры измерений радионуклидов и их результаты. Сохранение информации в едином формате позволяет систематизировать многочисленные данные содержания радионуклидов в окружающей среде для дальнейшего анализа их распределения и миграции в природе.

Существующие методические рекомендации по проведению радиационного обследования окружающей среды [2] не требуют обязательного хранения первичной информации, ведения электронных форм журналов отбора проб и долгосрочного хранения конечных результатов исследования. Действующие методики не содержат требований к программному обеспечению спектрометрического оборудования, в том числе унификации информации об объектах исследований, а также необходимости хранения первичных спектров определения радионуклидов в образцах [3-6]. Все это усложняет возможность анализа многолетней информации о содержании радионуклидов в природных ресурсах и не позволяет оценить все аспекты последствий радиационного загрязнения окружающей среды.

Раскрытие сущности изобретения

Способ описывает методы хранения первичной информации при проведении радиационного обследования окружающей среды, включая полное описание отобранных проб, систематизацию данных, методы хранения результатов спектрометрического анализа, а также вывода результатов обследования для конечных пользователей. Способ подразумевает автоматический сбор результатов спектрометрических измерений и объединение их в один информационный буфер.

Способ позволяет создать единую информационную систему содержания радионуклидов в компонентах окружающей среды. Он обеспечивает сохранение информации на всех этап радиационного обследования окружающей среды, начиная с журналов отбора проб, заканчивая – результатами радиоспектрометрических измерений. Способ обеспечивает возможность удаленного контроля ввода и вывода данных, создание резервных копий программных конфигураций спектрометрических приборов, создание централизованных баз данных содержания радионуклидов в объектах окружающей среды. Описанная методология дает возможность организовать настройки доступа к накопленной информации в зависимости от прав доступа пользователя, что позволяет объединять все результаты в одну цифровую систему, но при этом сохранить безопасность данных пользователя от стороннего доступа.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 в виде схемы представлен способ хранения информации и основные принципы взаимодействия работы радиоспектрометрического оборудования и конечного пользователя результатами исследований.

Принятые сокращения:

С.м. – спектрометры ионизирующего излучения, определяющие содержание радионуклидов в исследуемых образцах окружающей среды (растительность, вода, минералы и т.д.);

АРМ (конф. с.м.) – Компьютер оператора, с которого происходит управление спектрометрическим оборудованием, хранение его программной конфигурации, настройки, результаты измерений и т.д.;

Ж.о.э. – электронные журналы проб и участков отбора, записанные в едином формате. Информация из электронных журналов автоматически загружается в конфигурации приборов в том формате, в котором она будет отображаться в конечных базах данных радиационного загрязнения окружающей среды;

АРМ (к.п.) – компьютер конечного пользователя результатами радиационного обследования;

БД р.з.о.с. – базы данных радиационного загрязнения окружающей среды.

Осуществление изобретения

Реализация способа цифрового хранения информации при проведении радиационных обследований окружающей среды возможна при выполнении следующих условий.

Требуется, чтобы при отборе проб использовался заранее подготовленный «полевой блокнот паспортизации проб». Каждый лист такого блокнота должен состоять из двух частей: отрывной части и корешка. Обе части содержат один и тот же идентификатор (код пробы) и ее описание. Отрывная часть блокнота является паспортом пробы и помещается между двумя полиэтиленовыми пакетами, в которые упаковывается проба. Оставшиеся корешки блокнота являются бумажной версией полевого журнала отбора и служат основой для составления электронного журнала проб. В паспорт пробы записывается следующая информация: код участка, дата отбора, тип пробы, вид пробы, а также любая необходимая дополнительная информация. Информацию с корешков полевых блокнотов заносят в электронный «журнал отбора проб» в установленном едином формате. При проведении радиационного обследования пробной площадке присваивается уникальный идентификатор (код участка). Описание пробной площадки и её идентификатора записывается в специальный полевой «журнал участков отбора». Основной информацией, которую необходимо зафиксировать при описании участка - это координаты отбора, а также любые дополнительные данные, необходимые для идентификации точки отбора в природной среде. Для примера, в системе лесного хозяйств при закладке пробной площади или стационарного участка необходимо фиксировать: лесничество, участковое лесничество, квартал, выдел, тип леса, тип почвы, и по возможности, описать подрост, подлесок и основной древесный ярус. Также необходимо сделать замер мощности дозы гамма-излучения не менее чем в 5 точках на участке и записать усредненное значение в «журнал участков отбора». Кроме этого в журнале необходимо зафиксировать текущую дату и Ф.И.О. сотрудника, ответственного за зафиксированную информацию. Сразу после проведения отборов требуется информацию, записанную в полевой журнал пробных площадок, переписать в электронную форму журнала. Идентификация участков отбора упрощает систему паспортизации проб, исключая необходимость записывать в каждом паспорте пробы полную информацию об участке отбора.

Если при планировании отборов известно количество проб и их описание, допускается использовать готовые паспорта с описанием проб. В этом случае нет необходимости в использовании блокнотов. Достаточно распечатать паспорт пробы с идентификатором и описанием пробы, который будет упаковываться при отборе в пакет с пробой. Но в таком случае, обязательно должен быть заранее подготовлен электронный «журнал отбора проб». Если при планировании отборов нет предварительной информации о полевых участках обследования, то в паспорте пробы можно прописать планируемый идентификатор участка, и в процессе полевых работ в полевом «журнале участков отбора» сделать его полное описание. Дата отбора также может быть вписана в паспорт пробы в процессе полевых работ.

Таким образом при передаче проб в лабораторию радиационного контроля вместе с пробами в обязательном порядке должны передаваться электронные журналы проб и участков. Отсутствие электронных журналов повлечет методологические нарушения в процессе радиоспектрометрического анализа радионуклидов в образцах.

При подготовке счетных образцов в лаборатории, для спектрометрического анализа содержания радионуклидов, требуется использовать отрезную этикетку из паспорта пробы, в которой автоматически прописан присвоенный код пробы. На случай если планируется подготовка нескольких счетных образцов - в паспорте пробы имеются две таких этикетки. Если информация об общей массе пробы необходима для дальнейших аналитических расчетов, то ее необходимо фиксировать в отрезной этикетке, даже если она совпадает с текущей массой счетного образца. Основная (верхняя) часть паспорта пробы должна быть сохранена. После проведения спектрометрических измерений, этикетка счетного образца может быть утилизирована, а сама проба объединяется с ее остатками вместе с основной частью паспорта пробы. После чего пробу необходимо сохранить в архиве проб [7].

Проводимые спектрометрические измерения счетных образцов на содержание в них радионуклидов требуется фиксировать в лабораторном журнале измерений на бумажном носителе. В журнале измерений важно указать дату и время начала измерения, полное описание пробы, переписанное с отрывной этикетки паспорта пробы, включая дату отбора, и при необходимости общую массу отобранной пробы. Также в лабораторном журнале измерений требуется записать номер детектора и указать планируемое время измерения образца. Эта информация может быть важной, если возникнут нестыковки в конечных результатах. Время измерения может быть больше или меньше планируемого, так как оно зависит от фактической активности радионуклидов в счетных образцах.

Для возможности повторного проведения спектрометрического анализа, либо для проведения других исследований пробы, важно вести базу данных отобранных проб, в которой фиксируется не только описание образца, но и какие виды измерений проведены с пробой, какая масса пробы осталась, в каком виде, и где ее при необходимости найти [7].

Для создания информационной системы с возможностью дистанционного управления данными, требуется использовать спектрометрическое оборудование с таким программным обеспечением, которое бы позволяло автоматически создавать резервную копию конфигурации прибора на облачное хранилище данных, вместе с настройками прибора и результатами проведенных измерений. Это дает возможность дистанционной проверки настройки прибора, его параметров и оценки качества проводимых измерений, а также возможность администратору системы вносить все необходимые изменения в набранные спектры, дистанционно проводить дополнительную настройку калибровку приборов, при условии, что это повысит качество полученных результатов. Также сохранение конфигурации приборов на облачное хранилище позволяет ее восстановить при замене рабочего компьютерного оборудования оператора спектрометра.

Требуется соблюдать единый формат описания проб, который будет сохраняться на всех этапах проведения исследовательской работы. При этом важно, чтобы в программном обеспечении прибора сохранялась структура систематизации проб, идентичная «журналу отбора проб». Рекомендуется в программном обеспечении управления спектрометрами реализовать функцию автоматической загрузки описания образцов из электронного журнала проб. При реализации такого алгоритма, оператор вводит в программу только код пробы, а все остальные параметры описания, включая участок и дату отбора загружаются в программу автоматически из электронного «журнала отбора проб». Оператор должен правильно указать в программе геометрию и массу счетного образца, а также сравнить автоматически заполненное в программе описание счетного образца с тем, что записано в лабораторном журнале измерений. Автоматическое заполнение данных обеспечивает сохранение стандарта первичной информации и значительно упрощает работу оператора. Если описание пробы в программе и лабораторном журнале различаются, необходимо проверить правильность введенного кода пробы. Если код пробы введен правильно, то тогда необходимо проверить всю последовательность записи первичной информации, начиная с полевого паспорта пробы и электронного «журнала отбора проб».

Создание единых стандартов результатов спектрометрического анализа позволяет оптимизировать процесс хранения данных о радиационном загрязнении окружающей среды, а также создает возможность дифференцировать данные по пользователям, обеспечив доступ к данным в соответствии с правами доступа пользователя. Тем не менее, на этапе сбора, первичные результаты спектрометрического анализа разного типа (альфа-, бета, -гамма) невозможно объединить в одну базу данных. Это связано прежде всего с тем, что для разного спектрометрического анализа требуется разного рода подготовка проб. Если для гамма-спектрометрии достаточно доведения проб до сухого состояния или озоление, с целью повышения концентрации радионуклидов в счетных образцах [8]. При бета- и альфа-спектрометрии, в виду сложности разделения линий спектра, необходимо радиохимическое выделение радионуклидов [9-13] из образца. Таким образом, для каждого типа спектрометрического анализа требуется отдельная база данных.

Если объединить электронный «журнал участков отбора» с базой данных результатов спектрометрических измерений, то можно получить базу данных радиационного загрязнения окружающей среды в едином формате данных с привязкой к картографическим параметрам.

Для работы с результатами радиационного загрязнения в одной информационной системе предусматривается использование специального программного обеспечения. Разделение данных по имени детектора или организации позволит разделять доступ к информации по пользователям. Расположение баз данных с результатами радиационного обследования на облачном сервере позволяет не только сохранить накопленные многолетние данные от потери, но и обеспечить удаленный оперативный к ним доступ.

Создание единой информационной системы радиационного обследования, способной объединить в себе множество результатов о радиационном загрязнении окружающей среды, наиболее эффективно реализовать при использовании единого программного обеспечения спектрометрического оборудования и одних методик спектрометрического анализа. Единство программного обеспечения поможет минимизировать количество дополнительных программных надстроек, тем самым обеспечив высокое качество результатов исследования и автоматическое сохранение данных на всех его этапах. Кроме этого, единство программного обеспечения позволит проводить межлабораторный внутренний контроль измерений на программном уровне. В качестве примера такого программного обеспечения может выступать программный пакет SpectraLine, в котором есть все необходимые требования для создания единой системы хранения данных, а программная надстройка «HelpMate» имеет возможность автоматизировать процессы сохранения данных в едином формате [14].

Источники информации

1. Патент на изобретение: Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона [RU 2257598 C1].

2. Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гамма-спектрометра с программным обеспечением «Прогресс» (Аттестована ГНМЦ «ВНИИФТРИ», Свидетельство об аттестации 40090.3Н700 от 22.12.2003).

3. МИ 2453-2015 Методика радиационного контроля. Общие требования.

4. ГОСТ 8.638-2013 Метрологическое обеспечение радиационного контроля. Основные положения.

5. СТО 95 12067-2020. Приборы и аппаратура для измерения или обнаружения ионизирующих излучений. Обработка результатов измерений.

6. Методика организации и ведения радиационного мониторинга в лесах, Минск, 2006, 55 с.

7. Архив учета и контроля отобранных лесных биоматериалов всероссийского НИИ лесоводства, и механизации лесного хозяйства (ФБУ ВНИИЛМ) / Карпов А.Д., Радин А.И., Раздайводин А.Н., Лебедев А.Г., Горбунов И.Ю. // Свидетельство о государственной регистрации БД № № от 2022620775 08.04.2022.

8. Активность радионуклидов в счетных образцах. Методика измерений на гамма-спектрометрах с использованием программного обеспечения «SpectraLine» (Аттестована ГНМЦ «ВНИИФТРИ», Свидетельство об аттестации № 00000243.02.22-30058-13 от 28.02.2014).

9. Методика приготовления счетных образцов проб почвы для измерения активности 90Sr на бета-спектрометрических комплексах» (Свидетельство об аттестации №42090.6Г032)

10. Методика измерений удельной активности изотопов урана в пробах почв, грунтов, донных отложений и горных пород альфа-спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой (Аттестована ФГУП ВНИИФТРИ, Свидетельство об аттестации № 40181.3Г182 / 01.00294-2010 от 22.04.2013).

11. Методика измерений удельной активности изотопов плутония в пробах почв, грунтов, донных отложений и горных пород альфа-спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой (Аттестована ФГУП ВНИИФТРИ, Свидетельство об аттестации № 40181.3Г186 / 01.00294-2010 от 22.04.2013).

12. Методика измерений активности радионуклидов в счетных образцах на альфа-спектрометрах с использованием программного обеспечения «SpectraLine». (Аттестована ФБУ «УРАЛТЕСТ», Свидетельство об аттестации № 42152.4Б206/01.00294-2010 от 28.02.2022).

13. Активность радионуклидов в счетных образцах. Методика измерений на бета-спектрометрах с использованием программного обеспечения «SpectraLine». (Аттестована ГНМЦ «ВНИИФТРИ», Свидетельство об аттестации № 42152.4Б206/01.00294-2010 от 28.02.2014).

14. Development of the automated data management system for radiation monitoring of forests // A D Karpov et al 2021 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 875 012090.

Способ относится к системе радиационного контроля как в лесном хозяйстве, так и в других объектах окружающей среды. Разработанный способ предназначен для автоматического накопления и долгосрочного хранения результатов спектрометрического анализа содержания радионуклидов в образцах окружающей среды с привязкой к описанию местности, в которой проводился отбор проб. Предлагаемый способ может создать как одну, так и множество независимых цифровых информационных систем сбора данных о содержании радионуклидов в окружающей среде. Способ подразумевает работу со спектрометрическим оборудованием вне зависимости от количества приборов и места их нахождения. Для долгосрочного хранения информации об образцах и содержания в них радионуклидов используются технологии облачного хранилища данных. Способ обеспечивает сохранение первичной информации на всех этапах проведения радиационно-исследовательских работ, включая полевые данные и результаты спектрометрических измерений радионуклидов в образцах. Способ дает возможность вести дистанционный контроль за спектрометрами ионизирующего излучения, автоматически создавать резервные копии программных конфигураций приборов, а также создавать единые базы данных содержания радионуклидов в объектах окружающей среды. Способ позволяет организовать настройки удаленного доступа пользователя к накопленной информации в соответствии с его правами доступа, что защищает частные данные пользователя от стороннего доступа. Технический результат - создание единой информационной системы радиационного обследования, способной объединить в себе множество результатов о радиационном загрязнении окружающей среды. 1 ил.

Способ радиационного обследования окружающей среды, включающий фиксирование информации об отбираемых образцах в полевых блокнотах паспортизации проб и полевом журнале описания природных точек исследования, содержащих данные о дате отбора, идентификационный код пробы, идентификационный код точки отбора, координаты точки отбора, мощность дозы, подробное описание проб, подробное описание точек отбора проб, причем после завершения отборов информация из полевых журналов переносится в их шаблонизированную электронную форму, а также проведение спектрометрического анализа альфа, и/или бета, и/или гамма типа отобранных проб окружающей среды для определения в них содержания природных и/или техногенных радионуклидов с использованием автоматической загрузки описания проб из электронного журнала и автоматической выгрузки результатов измерений, причем электронные журналы отборов, программные конфигурации приборов, а также полученные результаты спектрометрического анализа автоматически сохраняются в облачном хранилище данных с возможностью удаленного доступа к ним, при этом для каждого типа спектрометрического анализа используют отдельные базы данных содержания радионуклидов в исследуемых образцах, а на всех этапах проведения обследований автоматически сохраняется единство формата данных, и при этом результаты проведенных исследований о содержании радионуклидов в объектах окружающей среды разделены по пользователям и доступ к этим данным осуществляется по логину и паролю для обеспечения защищенного доступа к данным в соответствии с правами пользователя.