在放射性区域中干预的方法和组件

技术领域

本发明涉及放射性区域中的干预操作。

背景技术

在核设施中进行维护操作的情况下，在受控区域内工作的操作员面临多种风险：

-放射风险(环境剂量率、热点、放射污染)。

-常规安全性(在同一水平跌落、负载处理、高空作业、缺氧、烧伤等风险)。

考虑这些各种风险能在完全安全的情况下进行维护操作，同时将整体剂量(integrated dose)限制在严格的最低水平(ALARA原则)。

这些风险中有许多是人类感官无法检测到的(污染、电离辐射)，或者可以被工作环境所掩盖(掉入地板开口中的风险、在负载处理操作期间没有通行区域的风险，或更一般地说不能被永久标记的任何风险情况)。另外，防护装备可能限制操作员的视野，这进一步增加了处理负载时的风险，或防止操作员查阅其操作剂量仪。

当前，如下处理风险。

-通过使用测量仪和每个操作员穿戴操作剂量仪来覆盖辐照风险。如果超过预定阈值，则声音和发光警报会警告操作员。

-通过使用便携式污染仪进行测量或可能使用气溶胶标志相应地测量固定污染或大气污染的水平来覆盖污染的风险。

-在地板上有开口或重载处理区域的情况下，传统的材料风险通过安装物理标志来物理地具体化(materialised)。

另外，在受控区域中开始操作之前：

-将纸上的初步地图(剂量测定和污染水平)发送给工人或张贴在工作区域的入口处；该地图由RPS服务(风险防范服务)产生；如果该区域有热点(强辐射点或强放射污染点)，则可以通过RPS服务将标准化标牌(热点处的彩色选择器和剂量率值)放置在适当位置；

-在初次访问期间或在最后的汇报会议期间对常规风险进行口头讨论，之后进进行干预。

最近提出了在放射性区域进行干预期间限制风险的技术方案。

第一种方案包括通过外部督察室提供附加的视觉和声音监视，由督察员对操作员进行远程剂量测定(teledosimetric)监测。该系统特别适合于在游泳池底部进行干预或需要穿着防漏通风服(法语为TEV)的干预的情况。

根据现有的第二种方案，督察和风险防范站允许将摄像机、远程剂量测定计(teledosimeter)或其他传感器互连，并在督察应用程序中归档数据。

尽管上述技术方案带来了改进，但是当前的方法具有明显的缺点。

关于与剂量测定有关的风险：

-操作员依靠先前测量的状况(自上次读数以来可能已经改变的纸制图表)，并且必须使用辐射计检查其干预周界的剂量测定；

-与其他操作员的信息共享是通过口头方式进行的，并且没有考虑干预期间场所放射情况的潜在形态变化；

-由于缺乏对剂量率地图的了解，特别是在诸如反应堆池等强辐射环境中，没有ALARA类型的后备(fallback)点(干预区域中剂量率最小的点)；

-根据所穿衣服的类型，各个操作剂量难以实时读取，并且通常在班次结束时进行检查，但使用远程剂量仪或可以实现从督察员到操作员的口头信息的备用语音系统时除外；

-在上述第二种技术方案的情况下，语音、督察和远程剂量测定系统直接受到通过反应堆建筑中遇到的电磁波进行数据传输的问题的影响，特别是由反应堆池的金属衬里或将各个场所分隔开来的厚实的混凝土块引起的干扰。

关于与污染有关的风险，情况与剂量测定有关的风险或多或少相同。

关于典型风险：

-在初步现场访问和开发会议期间评估这些风险；

-甚至纸上也没有地图规定风险的位置或其演变；

-只有在穿戴TEV(防漏通风服)的操作员的干预期间进行的语音交流才能使该操作员与和他一起工作的其他操作员直接或通过督察员分担这些风险。

这样，有关这些不同风险的信息：

-不实时处理；

-难以具体化；

-仅通过口头分享。

在这种情况下，本发明的第一方面在于提出一种用于在放射性区域进行干预以更好地管理风险、特别是与辐射有关的风险的方法。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于通过至少一个操作员在放射性区域中进行干预的方法，该方法包括以下步骤：

-获得表示放射性区域的三维形貌的数字模型；

-至少一个操作员在放射性区域中进行干预，该干预步骤至少包括以下子步骤：

*通过便携式检测器、特别是通过由至少一个操作员穿戴的便携式检测器，反复地测量放射性辐射的强度，并在测量时确定便携式检测器的空间坐标；

*在数字模型中记录多个所述测量和对应的空间坐标；

*使用数字模型通过多个离散的全息符号在由至少一个操作员携带的增强现实设备中具体化记录的测量，每个全息符号指示记录的一个测量的放射性辐射的强度，并且被放置为在对应的空间坐标处可见地呈现给至少一个操作员。

由于在至少一个操作员穿戴的增强现实设备中具体化记录的测量，因此操作员可以轻松地访问数据并实时知道其环境中的剂量率。

使用被放置为在对应的空间坐标处呈现给至少一个操作员的、指示放射性辐射的强度的离散的全息符号可以使信息以清晰的方式传输给该操作员。该信息以填充整个区域的点云的形式传输时不清晰。

相反，本发明提供了仅在有限数量的点处具体化剂量率测量，通常在操作员穿戴便携式检测器时沿着操作员在放射性区域中行进的路径。

本发明的方法还可具有被单独考虑或以任何技术上可行的组合考虑的以下一个或多个特征：

-增强现实设备包括由至少一个操作员穿戴的至少一个头盔，该头盔具有被放置在至少一个操作员的眼睛前面的半透明的显示表面，全息符号被显示在显示表面上，使得它们在对应确定的空间坐标处可见地呈现给至少一个操作员；

-获得步骤包括以下子步骤：利用至少一个摄像机、特别是由至少一个操作员携带的至少一个摄像机来记录放射性区域的图像；以及使用所记录的图像确定数字模型；

-获得阶段与干预阶段同时进行，利用在干预阶段期间记录的图像来逐步确定或丰富数字模型；

-一个测量的记录及其具体化由至少一个操作员触发，所述离散的全息符号具体化在触发时由便携式检测器测量的放射性辐射的强度；

-当由便携式检测器测量的放射性辐射的强度大于预定值时，触发向增强现实设备添加离散的全息符号；

-该方法包括以下步骤：在数字模型中记录与对应的空间坐标相关联的至少一个以下要素：ALARA后备区域、常规的非核危害；

-干预步骤包括以下子步骤：通过在对应的空间坐标处以可见的方式呈现给操作员的特定全息符号在增强现实设备中具体化所述至少一个要素；

-数字模型由多个操作员共享，每个操作员都配备有使用数字模型通过多个离散的全息符号来具体化记录的测量的增强现实设备，每个全息符号指示记录的一个测量的放射性辐射的强度，并且被放置为在对应的空间坐标处可见地呈现给所述操作员；

-操作员全都在干预阶段期间在放射性区域中进行干预，该干预阶段至少包括以下子步骤：

*通过由每个操作员携带的便携式检测器反复地测量放射性辐射的强度，并在测量时确定便携式检测器的空间坐标；

*在公共数值模型中记录多个测量和对应的空间坐标。

根据第二方面，本发明涉及一种用于放射性区域中的至少一个操作员的干预套件，该套件包括：

-表示放射性区域的三维形貌的数字模型；

-用于测量放射性辐射的强度的便携式检测器；

-用于在每次测量时确定便携式检测器的空间坐标的模块；

-用于在数字模型中记录多个所述测量和对应的空间坐标的模块；

-由至少一个操作员携带的增强现实设备；

-用于使用数字模型在增强现实设备中通过多个离散的全息符号来具体化记录的测量的模块，该模块被配置为使得每个全息符号指示记录的一个测量的放射性辐射的强度，并且被放置为在对应的空间坐标处可见地呈现给至少一个操作员。

附图说明

在下面参照附图给出的详细描述中将示出本发明的其他特征和优点，该详细描述是指示性的而不是限制性的，在附图中：

-图1是本发明的总体干预的简化示意图；

-图2是图1的要素的变焦图；以及

-图3是示出由增强视觉设备在操作员的视野中添加的全息图的立体图。

具体实施方式

因此，本发明涉及一种由至少一个操作员在放射性区域1中进行干预的方法。

该区域在其位于含有放射性物质的设施中的意义上被称为放射性区域。它本身含有或可能含有放射性物质。

该设施是基础核设施(BNI)，例如核反应堆、核燃料循环设施或实验室。替代地，该设施是ICPE(环保分类设施)或任何其他设施。

该区域是任何类型。该区域例如是反应堆池、热室或被归类为维护操作的INB开口通道的污染区域的任何场所。

干预旨在在放射性区域中进行各种工作：维护工作、清洁、拆卸等。

干预是由单个操作员在放射性区域1中进行，或者相反由多个操作员组成的团队同时或相继地在放射性区域1中进行。

该方法至少包括以下步骤：

-获得表示放射性区域1的三维形貌的数字模型；

-至少一个操作员在放射性区域1中进行干预，该干预步骤至少包括以下子步骤：

*利用便携式检测器3(图2)反复地测量放射性辐射的强度，并在测量时确定便携式检测器3的空间坐标；

*在数字模型中记录多个所述测量和对应的空间坐标；

*使用数字模型通过多个离散的全息符号7(图3)在由至少一个操作员携带的增强现实设备5(图2)中具体化记录的测量，每个全息符号7指示记录的一个测量的放射性辐射的强度，并且被定位为在对应的空间坐标处可见地呈现给至少一个操作员。

手持式检测器3优选由至少一个操作员穿戴。它被配置为测量操作员站立处的剂量率。

通常，通过便携式检测器3连续地测量放射性辐射的强度。

当涉及多个操作员时，每个操作员都配备有便携式检测器3。

便携式检测器是任何合适的类型。例如，它被设计为测量辐射γ或β或任何其他类型的辐射。

增强现实设备5通常包括由至少一个操作员穿戴的头盔9，该头盔具有被放置在至少一个操作员的眼睛前面的半透明的显示表面10。

例如，增强现实设备5是Microsoft

通常，每个操作员都配备有具有头盔9的上述类型的增强现实设备5。

督察站11(图1)被放置为与放射性区域1相距一定距离，例如在放射条件允许永久存在的房间13中。通信装置15被配置为允许在一个或每个增强现实设备5与督察站11之间交换数据。

在图1所示的例子中，通信装置15包括例如通过RJ45类型的链路有线地连接至督察站11的一个或多个WiFi收发器17。

所述或每个增强现实设备5(图2)配备有wifi通信模块，使得能够在所述或每个wifi发送器/接收器17处发送或接收数据。

由操作员携带的便携式检测器3优选使用蓝牙通信协议与由该操作员携带的增强现实设备5进行通信。

被称为督察员的附加操作员管理督察站11，优选还配备有与由所述或每个其他操作员穿戴的增强现实设备5相同类型的增强现实设备5、虚拟现实头盔或允许可视化操作员看到的图像的计算机。

在测量放射性辐射的强度时确定便携式检测器3的空间坐标由地理定位模块18进行，该地理定位模块通常被集成在增强现实设备5中(图2)。替代地，该模块独立于增强现实设备5。

数字模型表示整个放射性区域1或仅其一部分的形态，即几何形状。它描述了位于放射性区域1的土木工程结构和装备。

数字模型被存储在增强现实设备5中。当涉及多个操作员时，它被存储在每个操作员的增强现实设备5中。在每个增强现实设备5中同时对其进行修改。

替代地，将其存储在督察站11中，或存储在所有操作员的增强现实设备5可访问的任何其他适应的数字存储空间中。

获得数字模型的步骤包括：

-利用一个或多个摄像机19记录放射性区域1的图像的子阶段，以及

-使用记录的图像确定数字模型的子步骤。

所述或每个摄像机19由操作员携带。有利地，它是增强现实设备5的头盔9的一部分(图2)。

使用记录的图像确定数字模型由增强现实设备进行。此功能存在于Microsoft

获得数字模型的步骤与干预步骤同时执行，利用在干预步骤期间记录的图像逐步确定或丰富数字模型。

具体地，在操作员在放射性区域1中的第一干预期间，使用由操作员携带的一个或多个摄像机19记录的图像来创建数字模型。

在随后的操作员干预期间，使用由操作员携带的所述或每个摄像机19记录的附加图像来丰富数字模型，即完成数字模型或使其更加精确。特别地，记录的图像用于扩展数字模型，以使其表示在第一干预结束时尚未被覆盖的放射性区域的零件或装备。

如上所述，数字模型有利地由操作员共享。

这意味着在每个增强现实设备5中存储相同的数字模型。在所有增强现实设备中同时进行对公共模型的更改，与更改的来源无关。

特别地，在每个操作员的干预期间，使用由所述操作员携带的摄像机记录的图像来丰富公共数字模型。

一个测量的记录及其通过全息符号的具体化优选由至少一个操作员触发，所述离散的全息符号在触发时具体化由便携式检测器3测量的放射性辐射的强度。

例如，它是由操作员在摄像机19前面的手运动触发的。当操作员穿着防护服，例如TEV(防漏通气服)时，这特别方便。

替代地，可以在按下按钮时通过语音或其他方式进行触发。

全息符号7被显示在显示面板10上，以便在对应定义的空间坐标处显示给至少一个操作员。

例如，每个全息符号7是被放置在地面上的彩色点，如图3所示。该点是圆盘、矩形或其他任何合适的形状。它没有厚度，或者相反具有非零的高度。

有利地，记录的测量以对操作员清晰的方式以数字方式被指示在点上。

根据记录的测量的值选择点的颜色。例如，它符合进行干预的基础核设施中现行的比色标准。

例如，点：

-当测量的等效剂量率在0.5μSv/h和7.5μSv/h之间时为蓝色；

-当测量的等效剂量率在7.5μSv/h和25μSv/h之间时为绿色；

-当测量的等效剂量率在25μSv/h和2mSv/h之间时为黄色；

-当测得的等效剂量率在2mSv/h和100mSv/h之间时为橙色；

-当测量的等效剂量率大于100mSv/h时为红色。

当记录的测量超过预定阈值(例如，2.5mSv/h)时，全息符号7有利地是不同的。在这种情况下，全息符号7被选择为高度可见的，以指示热点的存在。在图3所示的例子中，该符号是地面上的红点，该点上方有通过黑色垂直线连接至该点的红色三角形。

全息符号7由增强现实设备5自动选择和定位。

全息符号7被称为离散的，因为它们是不同的并且彼此分离。它们不会一起形成表示剂量率在整个放射性区域的空间分布的连续体积。操作员只能看到由他或其他操作员创建的少量全息符号。

通常，这些全息符号将沿着其穿过放射性区域1的路径分布在进入放射性区域1的入口点和各个工作站之间。

在有利的变型中，当由便携式检测器3测量的放射性辐射的强度高于预定值时，触发在增强现实设备5中添加离散的全息符号7。

这是自动触发的。

在一个替代实施方式中，当由手持式检测器3测量的放射性辐射的强度大于绝对值时，与操作员在放射性区域中的位置无关地触发符号的添加。例如该值被存储在检测器3中。

在另一个变型中，在干预之前，例如在与数字模型相同的数字存储空间中记录整个放射性区域的剂量率的空间分布图。

自动触发模块20(图2)连续比较由便携式检测器提供的放射性辐射的强度的测量值与在检测器3的位置处的地图上记录的测量值。记录的测量值对应于上述预定值。如果便携式检测器的测量值高于记录的测量值，则自动触发模块20自动触发记录和具体化的子步骤。所添加的全息符号有利地不同于其他全息符号，以引起操作员的注意。

自动触发模块20例如被集成在增强现实设备5中。

当多个操作员全都在干预阶段期间在放射性区域中进行干预时，干预阶段至少包括以下子步骤：

-利用每个操作员穿戴的便携式检测器3反复地测量放射性辐射的强度，并在测量时确定便携式检测器3的空间坐标；

-在公共数值模型中记录多个所述测量和对应的空间坐标。

这样，每个操作员都向公共数字模型提供记录的值。

操作员在放射性区域一起或一个接一个地干预。

此外，当在多个操作员之间共享数字模型时，通过每个操作员的增强现实设备5将全息符号7放置为在对应的空间坐标处呈现给该操作员。

这样，每个操作员根据其当前位置在一定距离处以某个角度看到离散的全息符号。

根据另一个方面，该方法包括在数字模型中记录与对应的空间坐标相关联的至少一个以下要素的步骤：ALARA后备区域、常规的非核风险。

在这种情况下，干预步骤包括以下子步骤：通过在对应的空间坐标处呈现给操作员的特定全息符号21在增强现实设备中具体化至少一个要素(参见图3)。

例如，常规风险是地板上的会给操作员带来跌倒危害的孔，或者是起重锥，即位于诸如起重机或提升机之类的负载处理设备下方的体积。

对于每种风险，特定全息符号可能会有所不同，使得操作员在看到风险时可以理解其性质。在图3所示的例子中，特定全息符号21是类似于道路标志的红色三角形。

ALARA后备区域是剂量率特别低的区域。如有必要，操作员可以在此停留很长时间，以执行不需要他们出现在放射性区域中特定点的任务。

ALARA后备区域例如由平行六面体形状的特定全息符号21标记。ALARA字样以对操作员可见的方式刻在平行六面体上。根据在ALARA后备区域的剂量率来选择特定全息符号21的颜色。如上所述，例如，它符合进行干预的核设施中现行的比色标准。

当在多个操作员之间共享数字模型时，每个操作员的增强现实设备在对应的空间坐标处为该操作员显示特定全息符号21(参见图3)。

数字模型中的记录步骤由督察站11的督察员进行，或由一个操作员执行。例如，操作员将自己定位在要出现特定全息符号21的位置，并在增强现实设备5的摄像机19前面执行手势。要做出的手势随要报告的风险而不同。增强现实设备5检测并解释手势，并利用由地理位置模块18提供的对应的空间坐标在数字模型中记录对应的要素。

应当注意，每个替代操作员都配备一个或多个其他便携式检测器，例如污染仪。所述或每个其他便携式检测器进行的测量以及测量时便携式检测器的对应的空间坐标被记录在数字模型中。这些测量也通过增强现实设备中的全息符号表示。

本发明还涉及一种用于放射性区域1中的至少一个操作员的干预组件。该组件包括(图2)：

-表示放射性区域1的三维形态的数字模型；

-进行放射性辐射的强度的测量的至少一个便携式检测器3；

-用于在每次测量时确定便携式检测器3的空间坐标的模块18；

-用于在数字模型中记录多个所述测量和对应的空间坐标的模块22；

-由至少一个操作员携带的增强现实设备5；

-用于使用数字模型在增强现实设备5中通过多个离散全息符号来具体化记录的测量的模块24。

具体化模块24被配置为使得每个离散的全息符号指示所记录的一个测量的放射性辐射的强度，并且被放置为在对应的空间坐标处可见地呈现给至少一个操作员。

便携式检测器3和便携式检测器3的空间坐标确定模块18如上所述。

增强现实设备5如上所述。它通常是Microsoft

增强现实设备5通常包括由至少一个操作员穿戴的头盔9，该头盔具有被放置在至少一个操作员的眼睛前面的半透明的显示表面。

该组件优选包括用于获得数字模型的模块26，其本身包括：

-被配置为记录放射性区域1的图像的至少一个摄像机19，以及

-用于使用记录的图像确定数字模型的子模块28。

所述或每个摄像机19由操作员携带。有利地，它是增强现实设备5的头盔9的一部分。

用于使用记录的图像确定数字模型的子模块28被集成到增强现实设备中。Microsoft

用于记录测量和空间坐标的模块22通常被集成到增强现实设备5中。

具体化模块24通常被集成在增强现实设备5中，并且被配置为使得全息符号被显示在显示表面10上，使得它们在对应确定的空间坐标处呈现给至少一个操作员。

记录模块22和具体化模块24被配置为使得一个测量的记录及其通过全息符号的具体化由至少一个操作员触发，所述离散的全息符号具体化在触发时由便携式检测器3测量的放射性辐射的强度。

记录模块22和具体化模块24被配置为使得例如由操作员在摄像机19前面的手势来进行触发。

替代地，记录模块22和具体化模块24被配置为使得在按下按钮时通过语音或其他方式来执行触发。

在一个有利的变型中，干预组件被配置为使得当由手持式检测器3测量的放射性辐射的强度高于预定值时，触发向增强现实设备5添加离散的全息符号7。

该触发是自动的。

根据替代实施方式，干预组件被配置为使得当由便携式检测器3测量的放射性辐射的强度大于绝对值时，与操作员在放射性区域中的位置无关地触发符号的添加。例如该值被记录在检测器3中。

在另一个变型中，在干预之前，例如在与数字模型相同的数字存储空间中记录整个放射性区域的剂量率的空间分布图。

自动触发模块20连续比较由便携式检测器提供的放射性辐射的强度的测量值与在检测器3的位置处的地图上记录的测量值。记录的测量值对应于上述预定值。如果便携式检测器的测量值高于记录的测量值，则自动触发模块20自动触发记录和具体化的子步骤。所添加的全息符号有利地不同于其他全息符号，以引起操作员的注意。

自动触发模块20例如被集成在增强现实设备5中。

通常，该组件包括与用于为每个操作员确定便携式检测器3的空间坐标的模块18相关联的测量设备3。对于每个操作员，它还包括与记录模块22和具体化模块24相关联的增强现实设备5。

该组件还包括被放置在与放射性区域1相距一定距离处的督察站11，例如在放射条件允许永久存在的房间13中(图1)。该组件还包括通信装置15，其被配置为允许在所述或每个增强现实装置5与督察站11之间交换数据。

督察站11被配备为将各种信息发送给操作员。特别地，督察员可以通过共享操作员的音频、视频流(来自前置摄像头19的图像)来帮助他们，与他们通信，并在操作员的视野中发送信息流以帮助他们的活动(PNG、WORD或PDF格式的操作模式或计划、来自外部摄像机的视频流、图像以及完整的督察屏幕的共享等)。它还可以远程进行法规检查。

增强现实设备5与督察站11之间的通信方式还能使督察员查看由增强现实设备5传输的一组数据：

-每个操作员收到的剂量测定、每个操作员的环境剂量率以及预定阈值的警报；

-与便携式检测器3或增强现实设备5的使用有关的警报消息(特别是对每个操作员的装备的电池充电)；

-使用的网络质量。

优选地，组件包括用于在数字模型中记录与对应的空间坐标相关联的至少一个以下要素的模块30：ALARA后备区域、常规的非核风险。

在这种情况下，具体化模块24包括子模块32，用于通过在对应的空间坐标处呈现给操作员的特定全息符号21在增强现实设备中具体化至少一个要素(参见图3)。

所述用于在数字模型中记录的模块30被集成在督察站11中，或者被集成在每个增强现实设备5中，在这种情况下，其被配置为使得操作员将自己置于要出现特定全息符号21的位置，并且在增强现实设备5的摄像机19前面执行手势。要做出的手势随要报告的风险而不同。增强现实设备5检测并解释手势，并利用由地理定位设备18提供的对应的空间坐标在数字模型中记录对应的要素。

应当注意，作为一种变型，该组件对于每个操作员包括一个或多个其他便携式检测器，例如污染仪。记录模块和具体化模块被配置为使得由所述或每个其他便携式检测器进行的测量以及测量时便携式检测器的对应的空间坐标被记录在数字模型中。记录模块和具体化模块被配置为使得测量也在增强现实设备中通过全息符号来具体化。

上面描述的组件是为实现本发明的方法而特别设计的。相反，本发明的方法特别适合于由刚刚描述的组件实施。

上面已经针对一个实施方式描述了本发明，在该实施方式中，在干预阶段期间使用来自(多个)操作员携带的一个或多个摄像机的图像来获得数字模型。根据另一个实施方式，在干预阶段之前，例如在初步拍摄活动期间，获得数字模型。在干预之前将其加载到(多个)增强现实设备5中。

本发明也可以用于模拟干预。在这种情况下，移动计算机应用程序可以生成放射性辐射强度的测量值，代替剂量仪的测量值。这些测量将如上所述进行处理。特别地，如在实际干预中那样由操作员触发测量的记录及测量通过全息符号的具体化。因此，可以在培训课程中重现热点或典型的安全风险。