Роботизированный поиск источников ионизирующего излучения на местности Российский патент 2025 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области радиационного контроля (РК) с использованием специализированных блоков детектирования, расположенных на воздушных и наземных робототехнических средствах и предназначено для поиска, обнаружения и локализации источников ионизирующих излучений (ИИИ).

В настоящее время существует актуальная задача - поиск, обнаружение обозначение и изъятие источников гамма- и нейтронного излучения, образующихся в результате радиационных аварий и представляющих собой фрагменты радиационного загрязнения, разбросанные на значительные по протяженности участки местности, образуя при этом зоны радиоактивного загрязнения. Существующие способы и реализующие их технические средства не могут выполнить данную задачу с достаточной эффективностью и безопасностью для обслуживающего персонала, и не обеспечивают полноты решения указанной выше актуальной задачи.

Известен патент РФ №RU 2562142 С1 «Способ поиска, обнаружения и локализации источников ионизирующих излучений», бюллетень №25 от 10.09.2015, патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «ГАММА» (RU). Изобретение относится к области радиационного контроля и предназначено для поиска, обнаружения и локализации источников ионизирующих излучений наземными или морскими мобильными комплексами РК и стационарными устройствами РК. Сущность изобретения заключается в определении точки пересечения обнаруженных линий-направлений на ИИИ из двух различных мест с использованием устройств детектирования, снабженных экранами-поглотителями излучения и поворотной платформой, кинематически связанной с двигателем. При этом измеряют средние скорости счета аддитивной суммы сигнала и фона каждым из не менее двух установленных на платформе одинаковых устройств детектирования с направленными в противоположные стороны входными окнами, образующими острый двугранный угол. Далее вычисляют разность полученных значений скоростей счета, ненулевое значение которой означает факт обнаружения ИИИ. После чего, поворотом платформы достигают минимума этой разности, а по углу поворота платформы определяют направление на обнаруженный ИИИ.

Известен патент РФ №RU 2655044 С1 «Способ поиска источников ионизирующих излучений», бюллетень №15 от 23.05.2018, патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «ГАММА» (RU). Изобретение относится к области радиационного контроля и предназначено для поиска (обнаружения и определения местоположения) источников ионизирующих излучений наземными малогабаритными мобильными комплексами РК в случае радиационных аварий, утери или незаконного обращения с ИИИ и радиоактивными отходами, при проведении радиационного мониторинга территорий. Сущность изобретения заключается в том, что сначала решают задачу обнаружения ИИИ, а затем - задачу локализации обнаруженного ИИИ. При этом решение обеих задач осуществляют при помощи одной и той же детектирующей аппаратуры с изменением ее структуры применительно к решаемой задаче.

Недостатками обоих способов является необходимость использования поворотной платформы для установки широкоугольных устройств детектирования, разделенных экраном-поглотителем излучения, кинематически связанной с двигателем носителя, и предусматривает использование автомобильной техники, а не робототехнических средств. Также недостатком указанных способов является то, что в представленной конфигурации детекторы эффективно контролируют пространство лишь при поиске ИИИ. После поворота платформы в сторону источника эффективность детектирования заметно снижается, так как излучение приходит не перпендикулярно поверхности, а под острым углом к ней. Снижение эффективности регистрации излучения слабого или удаленного ИИИ может стать причиной неверного определения искомого направления.

Известен патент РФ №RU 2748937 С1 «Способ локализации источников ионизирующих излучений мобильными комплексами радиационного контроля», бюллетень №16 от 01.06.2021, патентообладатель: Федеральное государственное казенное учреждение «12 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства обороны Российской Федерации (RU). Сущность изобретения заключается в определении точки пересечения обнаруженных линий-направлений на источник ионизирующего излучения из двух различных мест проведения измерений с использованием штатной детектирующей аппаратуры мобильного комплекса радиационного контроля. При этом между гамма-нейтронными детекторами, установленными на поворотной платформе, устанавливают экраны-поглотители, обеспечивающие анизотропию регистрации излучений. Пеленг на ИИИ вычисляют по заданной формуле, по результатам двух измерений, выполненных до и после поворота платформы на определенный угол в сторону детектора с большими показаниями.

К недостаткам данного способа также относится необходимость использования поворотной платформы и установки дополнительных экранов поглотителей.

Известен патент РФ №RU 2698496 С1 «Способ определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности», бюллетень №25 от 28.08.2019, патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение «33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт» Министерства обороны Российской Федерации (RU). Способ определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности содержит этапы, на которых осуществляют ведение радиационной разведки с измерением мощности дозы гамма-излучения. Измерения проводят в точках, лежащих на окружности с радиусом R, внутри которой находится источник. Определяют точки с наименьшим Pmin и наибольшим Pmax значениями мощности дозы. Полагают, что искомый источник находится на линии, проходящей через эти точки. Затем рассчитывают расстояние от точки с наибольшим Ртах значением мощности дозы до источника гамма-излучения по заданной формуле.

Известен также патент РФ №RU 2620449 С2 «Способ определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности», бюллетень №15 от 25.05.2017, патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение «33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт» Министерства обороны Российской Федерации (RU). Способ определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности заключается в измерении мощности дозы гамма-излучения в процессе полета. Измерения осуществляются детектором гамма-излучения с коллиматором в виде круговой щели конической формы, размещенным на базе беспилотного летательного аппарата. Предложены три последовательные стадии: - вертикальный подъем аппарата с заданной точки на земле до достижения высоты, на которой срабатывает датчик обнаружения излучения, с последующим проведением геометрического определения участка в форме кольца с центром в точке взлета; - второй подъем с любой точки внутри первого кольца с повторением всех операций первой стадии и геометрическим определением точек пересечения обоих колец; подлет на малой высоте к одной из точек, определенных на второй стадии, для точного определения местоположения источника на местности.

Недостатком обоих способов поиска точечного источника гамма-излучения заключается в необходимость априорного знания о его местонахождении для определения начальной точки поиска, что не всегда возможно на практике.

Известен Комплекс радиационной разведки и поиска ионизирующих источников («КРПИ»), разработанный ЦНИИ РТК, зарегистрированный в 2006 году в Государственном реестре средств измерения за №32566-06. КРПИ состоит из трех комплексов: воздушного комплекса разведки (ВКР); наземного комплекса разведки (НКР) и наземного вычислительного комплекса (НВК). Комплекс КРПИ относится к области радиационного контроля и предназначен для нахождения и определения границ радиационного заражения и обнаружения локальных источников гамма- и нейтронного излучений.

Способ применения по назначению комплекса КРПИ является ближайшим аналогом предлагаемого способа и выбран в качестве прототипа.

Суть способа заключается в том, что комплекс ВКР, размещенный на борту пилотируемого вертолета типа МИ-8МТ осуществляет облет заданного района с целью обнаружения и регистрации характеристик точечных гамма- или нейтронных ИИИ с помощью блоков детектирования: обнаружительного (БДО), сцинтилляционного (БДС) и детектирования нейтронов (БДН), и осуществляет запоминание, хранение и передачу на НВК результатов измерений. Одновременно осуществляется фиксация и передача на НВК по радиоканалу данных с систем топопривязки и радиовысотомера для привязки результатов измерений к координатам местности.

На основании полученной от ВКР информации оператор НВК передает целеуказание оператору НКР и поддерживает с ним обмен информацией в диалоговом режиме с помощью аппаратуры передачи данных. Оператор НКР для обследования района поиска с борта транспортного средства (машины радиационной и химической разведки (РХМ) с экипажем на борту), выводит его на точку, указанную оператором НВК. Далее с помощью бортовой аппаратуры (блоков детектирования нейтронного и гамма излучений, в том числе угломерного) оператор определяет направление (измеряет угол) на обнаруженный источник гамма-излучения при статическом положении транспортного средства, а затем осуществляет движение в направлении обнаруженного источника и повторяет измерение угла. Далее оценивается дальность до ИИИ. По мере приближения к источнику мощность сигнала возрастает, и, следовательно, возрастает точность оценки его положения. Полученная информация постоянно передается оператору НВК для обработки и документирования, включая построение карт с указанием уровней мощности экспозиционной дозы на местности и местоположения обнаруженных гамма- и нейтронных источников.

Недостатком способа применения по назначению комплекса КРПИ является высокий риск радиационного поражения персонала (операторов и, в первую очередь, экипажа машины РХМ), наличие только одного транспортного средства-носителя блоков детектирования в составе НКР, что существенно снижает его поисковые возможности, а также отсутствие возможности оперативного изъятия обнаруженных ИИИ.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение риска для жизни и здоровья персонала при осуществлении роботизированного поиска ИИИ на местности с помощью беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и мобильных робототехнических средств (РТС), повышение оперативности обнаружения локальных ИИИ, обозначение на местности и последующее их контейнирование для изъятия.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что ВКР состоит из двух БЛА самолетного типа и пультов управления (ПУ) операторов, а НКР - из двух РТС с блоками детектирования на борту и ПУ операторов, аппаратуры приема и передачи данных (АПД) и автоматизированного рабочего места (АРМ) командира комплекса в составе НВК, которые размещаются на двух транспортных машинах, оснащенных измерителями мощности дозы. Способ включает три этапа: этап автоматического построения карты-схемы на АРМ по данным с борта БЛА с нанесением зон положения ИИИ и маршрутов проходимости РТС, этап одновременного поиска ИИИ с двух различных направлений с помощью РТС и этап обозначения, контейнирования и изъятия ИИИ с помощью РТС. При этом на втором и третьем этапах согласованные действия РТС корректируются по радиоканалу на основании данных от БЛА с оптико-электронной аппаратурой операторами ПУ, объединенных в локальную сеть (ЛС) с АРМ командира комплекса на борту НВК.

Сущность изобретения заключается в выполнении следующей последовательности операций.

На первом этапе поиска ИИИ осуществляют облет зоны вероятного местонахождения ИИИ параллельными галсами двумя БЛА самолетного типа из состава ВКР: с оптико-электронной аппаратурой и с блоками детектирования на борту. При этом режимы полета БЛА по скорости, высоте и маневрированию имеют характеристики, обеспечивающие оптимальное решение соответствующей задачи. Полученные по результатам облета данные по радиоканалу поступают на ПУ операторов БЛА и далее по ЛС на АРМ командира, расположенные в транспортной машине командной (связи и управления). По результатам облета, на АРМ командира в автоматическом режиме выполняется построение карты радиационной обстановки и определение границ заражения на местности путем комплексирования данных инструментальной и визуальной разведки, а также топографической привязки к картографической основе. На карте местности отображается наиболее вероятное местоположение ИИИ. На базе полученной карты-схемы рабочей зоны с разрешением, сопоставимым с линейными размерами РТС, в автоматическом режиме формируется комплексная карта проходимости, которая служит основой для планирования маршрутных заданий РТС. При расчете оптимальных маршрутов учитывается возможность согласованных действий двух РТС для поиска и локализации ИИИ (формирование треугольника пеленга с двух точек одновременно). На базе имеющейся информации операторы получают на ПУ по ЛС от АРМ командира маршрутные задания для отработки РТС.

На втором этапе поиска ИИИ операторы осуществляют развертывание РТС и выполняют отработку маршрутных заданий посредством согласованного перемещения двух РТС в зоне поиска ИИИ. При отработке маршрутных заданий БЛА с оптико-электронной аппаратурой ведет визуальное сопровождение РТС, а также выполняет ретрансляцию управляющих команд с ПУ на РТС и данных с РТС на ПУ по радиоканалу.

На третьем этапе операторы ПУ осуществляют телеуправление РТС при выполнении работ по обозначению местоположения ИИИ, его контейнирования и последующего изъятие в специальном контейнере. При этом БЛА с оптико-электронной аппаратурой ведет визуальное сопровождение РТС, а также выполняет ретрансляцию управляющих команд с ПУ на РТС и данных с РТС на ПУ по радиоканалу.

Техническим результатом изобретения является снижение риска для жизни и здоровья персонала (за счет снижения радиационной нагрузки), повышение оперативности обнаружения локальных ИИИ, их обозначения на местности, контейнирования и изъятия с помощью РТС.

Пример осуществления способа роботизированного поиска ИИИ с использованием мобильного роботизированного комплекса МРК-РХБЗ.

Комплекс МРК-РХБЗ представляет собой две транспортные машины с установленными на них измерителями мощности дозы, доставляющие к месту развертывания два БЛА самолетного типа с оптико-электронной аппаратурой и блоками детектирования на борту, два РТС с блоками детектирования, манипуляторами и специальным оборудованием, а также расчет комплекса в составе шести человек. На борту транспортной машины командной (ТМ-К) установлены связанные локальной сетью ПУ операторов и АРМ командира комплекса, предназначенные для обработки информации, планирования маршрутных заданий, а также управления БЛА и РТС по радиоканалу.

До начала выполнения работ по указанному способу осуществляют выдвижение комплекса МРК-РХБЗ к месту развертывания с учетом априорных данных о вероятном расположении участков загрязненной местности. Ориентировочно в середине пути следования комплекса МРК-РХБЗ выполняют облет местности в направлении движения к месту развертывания двумя БЛА с оценкой радиационной обстановки и состояния подъездных путей для уточнения безопасного маршрута по ходу следования и выбора места развертывания на безопасном расстоянии от границы превышения порогового уровня мощности дозы ионизирующего излучения.

Рабочий цикл применения комплекса МРК-РХБЗ при осуществлении способа можно разделить на три основных этапа.

Первый этап - уточнение места дислокации комплекса средствами АРМ командира с учетом наилучших условий для выхода РТС в зону проведения работ путем анализа комплексных данных о возможных энергозатратах с учетом наличия различимых с воздуха препятствий и рельефа местности, выявленного видеосъемкой, уточнение радиационной обстановки на месте развертывания, в том числе построение обобщенной карты обстановки путем комплексирования данных инструментальной и визуальной разведки. Детальный облет двумя БЛА зоны планируемой работы наземных робототехнических средств галсами для уточнения границ радиоактивного загрязнения. Построение по результатам облета уточненной карты-схемы зоны радиоактивного загрязнения - зоны проведения работ, автоматическое формирование комплексной карты-схемы проходимости, как основы планирования маршрутных заданий, которые учитывают возможность согласованных действий двух РТС при поиске и локализации источников радиоактивного загрязнения посредством формирования треугольника пеленга с двух точек одновременно. Далее передача маршрутных заданий по локальной сети ТМ-К с АРМ командира на пульты управления операторам РТС.

Второй этап - развертывание РТС и отработка маршрутных заданий. В процессе отработки маршрутных заданий, БЛА с оптико-электронной аппаратурой ведет визуальное сопровождение РТС и ретрансляцию управляющих команд с ПУ на РТС и получаемых от них данных через АПД по радиоканалу на ПУ. При этом реализуется пошаговый поиск в режиме непосредственного управления операторами с измерением и мощности поглощенной дозы гамма- и нейтронного излучения по сравнению с фоновой при перемещении РТС по местности. Далее полученная информация о радиационной обстановке от РТС поступает на АРМ командира комплекса по локальной сети от ПУ операторов, установленных совместно на борту ТМ-К для автоматической обработки и документирования с учетом проделанной работы.

Третий этап - производится обозначение границ зоны загрязнения и местоположения ИИИ на местности с использованием средств обозначения. Затем посредством согласованных действий РТС выполняется изъятие ИИИ и помещение его в специальный контейнер для последующей утилизации. При этом БЛА с оптико-электронной аппаратурой ведет визуальное сопровождение РТС, а также выполняет ретрансляцию управляющих команд с ПУ на РТС и данных с РТС на ПУ при помощи АПД по радиоканалу.

По результатам выполнения предыдущих этапов и продолжительности работ в пределах рабочего цикла применения комплекса, командир принимает решение на возвращение РТС и БЛА из зоны проведения работ к месту дислокации комплекса, на специально выделенную площадку для дезактивации. После чего производится последовательное свертывание комплекса в исходное положение. Затем комплекс на двух транспортных машинах возвращается к месту постоянного базирования.

Непосредственное отношение к реализации способа роботизированного поиска локальных источников ионизирующего излучения имеют первый, второй и третий этапы рабочего цикла.

Изобретение относится к области радиационного контроля. Технический результат – повышение оперативности обнаружения локальных источников ионизирующего излучения (ИИИ), снижение радиационной нагрузки персонала. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что воздушный комплекс разведки (ВКР) состоит из двух беспилотных летательных аппаратов (БЛА) самолетного типа и пультов управления (ПУ) операторов, а наземный комплекс разведки (НКР) – из двух мобильных робототехнических средств (РТС) с блоками детектирования на борту и ПУ операторов, аппаратуры приема и передачи данных (АПД) и автоматизированного рабочего места (АРМ) командира комплекса в составе наземного вычислительного комплекса (НВК), которые размещаются на двух транспортных машинах, оснащенных измерителями мощности дозы.

Способ роботизированного поиска локальных источников ионизирующего излучения (ИИИ) на местности с помощью комплекса радиационной разведки, отличающийся тем, что в состав комплекса включены два беспилотных летательных аппарата (БЛА) самолетного типа, один с оптико-электронной аппаратурой и другой с блоками детектирования на борту, и два мобильных наземных робототехнических средства (РТС), оснащенных блоками детектирования и манипуляторами, при этом операторы управляют движением обоих БЛА с пульта управления (ПУ) по радиоканалу, полученная информация передается по локальной сети (ЛС) на автоматизированное рабочее место (АРМ) командира комплекса, где автоматически формируется электронная схема с указанием зоны поиска обнаруженных ИИИ и маршрутные задания для РТС, которые поступают с АРМ командира на ПУ операторов по ЛС, после чего операторы ПУ выводят оба РТС в зону поиска, определяют направления на ИИИ с разных точек и осуществляют скоординированное движение к ИИИ для их обозначения на местности, последующего контейнирования и изъятия, при этом БЛА с оптико-электронной аппаратурой ведет визуальное сопровождение РТС, а также выполняет ретрансляцию управляющих команд с ПУ на РТС и полученных данных с РТС на ПУ по радиоканалу.