刘凯 王艺凯 张晓龙 刘汉华

第一作者：刘凯（1987—），男，汉族，浙江杭州人，本科，主要从事海关监管建设方案研究、核探测集成与应用等，E-mail: liu_kai@nuc-safe.com

通信作者：张晓龙（1979—），男，汉族，北京人，硕士，工程师，主要从事进出口工业产品检验工作，E-mail:zhangxiaolongzj@sina.com.cn

1. 北京中科核安科技有限公司 北京 100095

2. 中国海关科学技术研究中心 北京 100026

1. Beijing Nuc-safe Technology Co., Ltd., Beijing 100095

2. Science and Technology Research Center of China Customs, Beijing 100026

边境口岸区域的核辐射安全排查，是保障公众辐射安全的第一道屏障，其重要意义不言而喻。辐射监测分旅检和货检两部分：旅检核辐射监测是指在机场、港口、车站等交通枢纽进行的核辐射监测；货检核辐射监测主要是针对进口的矿石、邮政包裹、集装箱散装货物中的放射性水平进行监测。其主要目的都是防止核材料、放射性物质等通过各种途径进入我国，从而保障公众安全和国家安全^[1]。具体而言，旅检和货检核辐射监测的重要性体现在以下几个方面^[2]。

1）防止核恐怖主义活动。随着全球恐怖主义活动的加剧，一些恐怖组织可能会利用核材料、放射性物质等进行恐怖袭击。在这种情况下，有效的核辐射监测可以及时发现并阻止潜在的威胁，从而降低核恐怖主义活动的风险。2）防止核材料流失。核材料流失可能导致核事故、核犯罪等严重后果。通过旅检核辐射监测，可以及时发现并追踪核材料的流动，从而防止核材料流失。3）保障公众健康安全。核辐射对公众健康和生态环境具有极大的危害，有效的旅检核辐射监测可以及时发现并处理核辐射源，从而保障公众健康安全和国家安全。

放射性监测具有无色、无味、无形状，无专用工具几乎无法识别的特点，监测难度极大。同时，由于边境口岸货物的放射性监测具有监测范围大、对象不确定等特点，受限于检测设备的适用性，在海关货检入境口岸等特殊场所，工作人员很难进入散货船舱和货物堆垛，更无法根据标准要求进行网格化布点监测。在机场、港口、车站的旅检大厅，一般客流量大且放射性物质携带人员是流动的，难免不对周边通行人员和查验工作人员造成影响。另外，工作人员无法事先判断是否有放射性超标物质及超标强度；在处置核与辐射恐怖事件中，需要手持仪器近距离检测，无法保证工作人员的绝对安全。

1 机器人技术在口岸查验中的应用

要了解放射性物质的空间分布及强度情况，传统核辐射测量方式多为巡测和多点测量，需要工作人员进入辐射场内，有时甚至要靠近放射性物质或人员进行探测，不仅增加了工作人员受照时间和工作风险，且放射源的定位精度较差。如果能够对放射性物质进行远程监测和拍照，使辐射可视化，能够极大地提高检测效率，也能保证工作人员的安全。

基于上述需求，我们推出了能进行放射性物质图像定位的设备——RL1000 放射性物质图像定位系统。该系统通过编码板辐射成像技术，采用高通量编码板作为准直器，YSO晶体阵列耦合SIPM阵列为探测器，通过位置读出电路能够很快定位出放射性物质的空间分布，并通过专用的解码函数还原出伽玛图像。控制平台会将伽玛图像和光学图像实时融合、校准、展示，真正实现辐射的可视化^[3]。其工作原理如图1所示。

图1 放射性物质图像定位原理
 Fig.1 Image localization principle of radioactive materials

RL1000 放射性物质图像定位系统有效监测视野可达到40°，辐射定位精度≤2°，搭载旋转云台可实现水平方向360°、竖直方向90°范围内的监测，其性能参数见表1。

基于对工作人员的保护和工作流程的优化，研究人员将放射性物质图像定位系统搭载在地面车、机器人等载体上^[5-6]，利用地面车、机器人等载体的机动性和智能化，工作人员通过远程操作实现放射性检测工作，在保障人员安全的前提下实现更高标准的网格化布点监测，极大地提高了工作效率，同时也是对固定式监测设备和手持式监测设备的有力补充。

表1 图像定位系统参数表^[4]

Table 1 Parameters table of image positioning system^[4]

为实现远程控制需求，巡检系统采用无线通讯；按照环境中有无WiFi覆盖而采用不同的通讯方式。当环境中有WiFi覆盖时，地面车应急系统和监控平台可分别接入环境的WiFi网络，实现超远距离的通讯；当环境中没有WiFi覆盖时，监控平台可以通过地面车应急系统自带的无线路由器实现通讯，完成系统控制等^[7-8]。其通讯系统示意图如图2所示。

2 案例介绍

2.1 智能货检核辐射巡测机器人

EMMS3000智能货检核辐射巡测机器人是一款应用于海关货场、集装箱码头等的高灵敏度、快速响应，且能够进行远程巡测的放射性物质图像定位及处置系统，具有高定位能力、迅速锁定目标和追踪能力，并集成机械臂处置装置完成对放射性物质的初步处置。其技术特点如下：能够精准地进行放射性物质的图像定位，使辐射可视化；具有远程巡测功能，可远距离进行监控和控制，不需工作人员靠近监测；如发现放射性物质，能够实现初期的远程处置，确保工作人员安全。

图2 通讯系统示意图

Fig.2 Schematic diagram of communication system

智能货检核辐射巡测机器人主要包括放射性物质图像定位系统、机械臂抓取系统和机械底盘。放射性物质图像定位系统在实现辐射可视化的同时，还能提供能谱图、剂量率等多种信息，有效实现对放射性物质的定位和辨识。机械臂抓取系统能够实现对放射性物质的远程处理，可有效降低工作人员受照剂量，保证工作人员身体健康。整个系统以地面车为载体，配有专门的遥控手柄和平板电脑等控制系统，体积小，移动方便，续航时间长，非常适用于通关检查、放射源搜寻、日常巡测等场合。智能货检核辐射巡测机器人结构示意图及实景图如图3所示。

EMMS3000智能货检核辐射巡测机器人测量范围为0.01～10 μGy/h，能量范围为30 keV～3 MeV，能量分辨率优于7.5%（@662keV，¹³⁷Cs），其性能参数见表2。

2.2 智能旅检核辐射巡测机器人

EMMS3000-B智能旅检核辐射巡测机器人集智能服务机器人、放射性物质成像、图像定位等功能于一体，可以让辐射实现可视化。采用先进的放射性物质成像技术，通过辐射图像和光学图像的实时融合、展示，能够快速、清晰、准确地呈现监控区域内放射性物质的图像，并实时进行定位追踪。

表2 货检巡测机器人参数表

Table 2 Parameter table of cargo patrol inspection robots

在旅检工作中实现对行人、行李及其他物品进行大范围放射性物质筛查，有效加快查验速度，提高通关效率。旅检核辐射巡测机器人集成声、光报警系统和海关执法对讲系统，出现异常时可自动给出提示，并通过海关执法对讲系统协助海关工作人员远程指导人员疏散和处置。机器人还集成有小型铅屏蔽收纳盒和转运机械臂，用于小型放射性物质收纳和大型行李箱等转运。其示意图见图4。

图4 智能旅检核辐射巡测机器人

Fig.4 Nuclear radiation patrol robot for intelligent travel inspection

EMMS3000-B智能旅检核辐射巡测机器人测量范围为0.01～10 μGy/h，能量范围为30 keV～3 MeV，能量分辨率优于7.5%（@662keV，¹³⁷Cs），其性能参数见表3。

表3 旅检巡测机器人参数表

Table 3 Parameter table of travel patrol inspection robots

3 结论

机器人技术在口岸查验工作中具有巨大的应用潜力和发展前景，将为口岸查验带来革命性的变化。目前机器人在口岸查验中的应用案例虽然很多，但仍以实现单方面或几个方面功能而集成的机器人居多。专用的口岸查验机器人投入使用后仍需要克服一些技术上的挑战，但随着技术的不断进步和政策的支持，相信未来会有更多的成功案例涌现^[9]。未来发展趋势主要体现在以下三方面：一是智能化，随着人工智能、机器学习等技术的发展，未来的口岸核辐射监测将更加智能化，智能识别技术将能够更准确地识别和预警潜在的核辐射威胁，从而提高监测效率和准确性；二是精细化，随着放射性探测、中子监测、伽玛射线监测等技术的不断进步，未来的口岸核辐射监测将更加精细化，不仅能够检测到更多的放射性物质和核材料信息，还能够更准确地判断其来源和性质；三是网络化，未来的口岸核辐射监测将更加网络化，各个监测站点将能够实现数据共享和信息交流，从而提高监测的协同性和整体效能，同时通过网络化监测还可以实现远程监控和实时预警，进一步提高监测的可靠性和准确性^[10]。

总之，口岸核辐射监测是保障公众安全和国家安全的重要手段之一。在当今这个高度信息化的时代里，我们需要不断加强技术研发和应用，提高监测的智能化、精细化、网络化和多学科融合水平，以更好地应对各种潜在的核辐射威胁，以保障公众的健康和国家安全。

参考文献

[1] 海关总署. SN/T 1537—2023 进口矿产品放射性检验规程[S]. 2023.

[2]海关总署办公厅.海关核辐射监测工作规程[EB/OL]. 2018-11-23. http://search.customs.gov.cn/search/pcRender?pageId=b4abd3ec960c41f58dcecc08e0d790ea.

[3]陈立宏, 李勇平, 赵翠兰, 等. 基于MURA编码孔径准直器核辐射成像系统设计[J].合计数，2013, 36(8): 64-67.

[4]赵翠兰, 陈立宏, 李勇平. MURA编码辐射成像系统解码方法[J].核技术，2014, 37(8): 32-38.

[5]慕容灏鼎, 邢军, 谢晋雄, 等. 核辐射移动监测车的监测探头[P].中国: ZL201821926855.7, 2019-7-26．

[6]陈少祥, 陈久照, 张坚, 等. 多功能工程应急监测智能移动平台的可行性研究[J]. 广东土木与建筑, 2020, 27(2): 59-62．

[7]慕容灏鼎,邢军,谢晋雄,等．核辐射移动监测车用高安全电气控制电路[P].中国: ZL201821927154.5, 2019-8-23．

[8]陈育林. ARM99 平台远程视频监控系统的设计与实现[D]. 北京: 北京邮电大学, 2006.

[9]赵斌, 侯永明, 许玉婷, 等. 口岸核辐射监测新型监管模式的探索[A]. 河北: 中国海关管理干部学院, 2021.

[10]汤柳, 马中苼, 曾俊辉, 等. 辐射巡测机器人控制系统设计[A]. 四川: 中国工程物理研究院核物理与化学研究所, 2023.

图3 智能货检核辐射巡测机器人结构示意图及实物图

Fig.3 Structure diagram of nuclear radiation patrol robot for intelligent cargo inspection and physical image