引言：核能和平利用在电力、工业、农业、医疗卫生、科研和国防等领域发挥了重要作用，给人们带来了巨大的经济、社会和军事效益。然而，核突发事件的发生也给人民的生命、财产安全和生活环境带来了巨大影响。因此，及早掌握、预防和发现核突发事件，以最大限度地降低其对社会的危害至关重要。
一、核辐射侦检机器人在防原训练中的重要作用分析
核辐射侦检机器人在防原训练中发挥着重要的作用。机器人的材料和通讯系统可以通过使用不锈钢或其他硬质材料以及耐辐射材料制成，使其能够在核与辐射事故中承受剂量照射而不受影响或只受到很小影响[1]。在核与辐射事故中，常伴随着火灾、浓烟和水等对救援人员具有致命危险的因素。当机器人在无人机上搭载时，还可以在空中执行救援任务。机器人的材质坚硬、熔点高，能够承载人类难以承受的高温和高气压。机器人在污染区划定方面表现出智能高效的优势。常规污染区划定时，通常以有害放射性物质为圆心，以剂量率限值为半径进行划定。而使用机器人划定污染区，则可以让机器人按照事先设置的路径行进，在剂量率达到限值时标记出该位置，并将标记的位置连线，从而准确、高效地划定污染区域。因此，选用核辐射侦检机器人应用于防原训练是尤为重要的。
二、放射性物质管控存在的基本问题
2.1 应急救援人员易受到核辐射的永久性伤害
应急救援人员在处理核事故现场时，可能会面临受到放射性剂量照射的风险[2]。这种照射可能对其健康产生潜在影响，包括遗传物质突变、细胞损伤以及恶性肿瘤的发生等。长时间接触放射性物质会让工作人员承受较大的剂量照射风险，无形中会对应急救援人员造成伤害。
2.2 生理条件和个体差异限制应急处置人员
应急处置人员经常需要在高温、复杂的环境中执行任务，然而个体差异和生理条件的限制可能影响应急救援人员在应急现场的承受能力。这种限制可能导致应急处置工作的效率和成果受到负面影响，同时增加了人员的安全和健康风险。在极端环境中，如高温、高湿度和缺氧等条件下，不同人员的耐受能力存在差异。有些人更容易感到疲劳、脱水或呼吸困难。进而影响应急处置人员的工作能力和注意力。
2.3 高危险环境下的疲劳和注意力集中问题
在高危险的应急工作环境中，应急救援人员需要时刻保持高度的警惕和集中注意力，以应对各种突发事件和风险。然而，长时间持续集中注意力往往会导致身体和心理的疲劳，给应急救援工作带来一系列挑战。疲劳状态下的救援人员往往反应迟钝，判断能力下降，可能无法快速做出正确地决策，从而影响救援工作的效率和质量。
三、针对放射性物质管控问题的优化策略
3.1保护应急救援人员的健康，减少核事故对其产生影响
为了保护应急救援人员的健康，减少核事故对其产生的潜在影响，需要采取一系列的应对措施[3]。应急救援人员通过培训可以了解不同辐射源的特点、辐射防护原理和技术，并学会使用辐射测量仪器和设备进行辐射监测和监督，加强应急救援人员的心理疏导和心理干预工作，帮助应急救援人员应对工作压力和心理困扰，提高应对核事故的处理能力和抗压能力。辐射剂量检测模块采用了盖革-弥勒（G-M）计数管制作辐射剂量率仪，G-M计数管两端电压一定时，入射辐射剂量越大，则输出电流也越大，其电流大小与入射辐射剂量成正比，从而达到测量辐射剂量的目的。受制于G-M计数管制作工艺与其坪曲线中坪长与坪的斜率的影响，辐射剂量率模块测得的剂量率可能与实际值存在偏差，这就需要对测得的剂量率加校正因子，保证读数为实际的剂量率值，通过用已知剂量的标准放射源进行照射，比对测得的剂量值与给定的剂量值，得到G-M计数管的校正因子。
表 1辐射剂量检测模块特点及校正因子的使用
如表1所示，应用校正因子对测得的剂量率进行调整，可以提高辐射剂量检测模块的准确性，以保证测量结果与实际的剂量率值接近。核辐射侦检机器人能够依照指定路径行进并对周围环境剂量率进行检测，当剂量率达到事先设定的阈值时，标记出该位置，完成对周围环境的剂量率检测后，将标记出的位置点依次连线即为划定的污染区范围。设测得的剂量率为Rm，校正因子为C，实际剂量率为Ra，则调整后的剂量率为：
Ra=Rm×C（1）
式中，校正因子C是通过实验结果或先前的校准数据获得的修正系数，它用于校正仪器的测量误差，以使测量结果更准确地反映实际的剂量率。在实验中，会使用已知剂量率的参考源进行比对和校准，以确定校正因子的大小。这样，当使用校正因子进行剂量率测量时，可以将测得的剂量率乘以校正因子，使测量结果更加准确且与实际的剂量率接近。校正因子的确定过程通常需要经过一系列严格的实验和分析，以确保仪器始终处于良好的工作状态，并提供准确的测量结果。通过应用校正因子，可以提高辐射剂量测量模块的准确性，从而保证测量结果与实际的剂量率值更加接近，为核辐射侦检机器人的应急处置工作提供可靠的数据支持。
在核辐射侦检机器人进行辐射剂量检测模块的校准过程中，由于单位无辐射源或辐射源使用受管制。因此在后期的放射性物质管控过程中，需要与具备辐射源的外单位协调配合。校准因子涵盖了放射线类型、辐射能量和光电离室响应等指标。放射线类型校准时使用了钴-60和金-198两种标准辐射源，并通过使用X光源进行校准。辐射能量的校准结果则包括了1.17 keV和1.33 keV的放射能量，以及70 keV、120 keV和180 keV的X射线能量。而光电离室响应的校准结果显示，校准前光电离室对剂量率的响应为0.05 Sv/R，经过校准后为0.06 Sv/R；而校准前的光电离室响应为0.04 Sv/R，经过校准后也为0.06 Sv/R。通过与外部具备辐射源的单位协调配合，并使用相应的校准因子，核辐射侦检机器人的辐射剂量检测模块可以进行准确的校准，以确保其在核事故应急救援工作中的准确性和可靠性。
3.2合理安排应急处置工作，减少生理条件和个体差异对应急处置人员的限制
在应对生理条件和个体差异限制应急处置人员的问题上，应当合理安排应急处置工作，根据个体差异和生理条件制定相应的工作标准和任务分配。针对应急处置人员面对极端环境的耐受能力存在差异的问题，可以进行科学评估和筛选。通过对应急处置人员的身体素质、耐热能力、耐湿能力以及心肺功能等进行评估，这样能够有效保证应急处置人员在极端环境下的工作效率和安全性。通过定期体检和健康监测，及时发现并处理潜在的健康问题。特别是在应对核辐射的情况下，应急处置人员暴露于辐射环境中可能导致放射性损伤，因此需要密切关注应急处置人员的放射剂量累积情况以及潜在的放射性影响。只有确保应急处置人员的身体条件达到相应标准，才能更好地保障应急处置人员的安全和健康。为了减少个体差异带来的影响，可以在任务分配时充分考虑应急处置人员的特长和擅长领域，进行合理的任务分工。通过合理分配任务，充分发挥每个人的优势，可以提高工作效率并减轻个体的负荷，从而更好地应对各类紧急情况。
基于Arduino平台的核辐射侦检机器人也可以在应急处置工作中发挥重要作用。该机器人搭载了辐射剂量检测模块、视频监测模块、无线传输模块、温度测量模块、湿度测量模块、红外测距模块、机械手臂模块、遥控操作等功能。所有的功能模块都以独立的电路单元与Arduino主板通过各串口连接，各模块与Arduino之间的数据通信包括视频信号、剂量率、温度、湿度、无线通信数据包、机械手臂运动的相关加速度与角度数据、机器人行进路径等，首先完成各模块与Arduino之间单独通信，保证每个模块与主板之间数据发送正常，最后测试系统整体稳定性，包括系统整体供电是否稳定、串口数据是否冲突，数据发送的同步性等。
表 3基于Arduino平台的核辐射侦检机器人的功能及相关数据
如表3所示，基于Arduino平台的核辐射侦检机器人具备多种功能模块，能够在应急处置工作中进行数据收集、图像传输和远程操作，数据收集模块可以配备各种传感器，如辐射传感器、温度传感器和气体传感器等，用于实时监测环境中的辐射水平、温度和有害气体浓度等参数。通过收集和分析这些数据，可以及时评估现场的风险程度，为应急处置人员提供参考和决策依据。图像传输模块可以搭载摄像头或红外传感器等设备，通过实时传输图像或热像图，帮助应急处置人员直观地了解现场情况，识别可能存在的危险源，并指导救援行动。远程操作模块可以通过无线通信技术，操纵遥控器或者移动设备，对机器人进行远程控制和指导，实现机器人在复杂环境中的机动和操作。这样的远程操作功能能够使得应急处置人员更加安全地参与救援行动，减少直接暴露在危险环境中的风险，为应急处置工作提供了技术支持和先进工具，能够提高救援效率，并最大程度地保障应急处置工作的安全性。
3.3优化应急救援工作条件，提升应急处置人员工作效能和安全性
在高危险环境下，应急救援人员面临着疲劳和注意力集中问题，需要采取一系列措施来解决。应急救援工作常常是紧急且高强度的，为了减少应急救援人员的疲劳累积，需要合理安排工作时间和任务量。避免过长时间的连续工作，合理安排休息时间和轮班制度，确保应急救援人员能够得到充分的休息和恢复。有研究表明，适当的休息和恢复可以帮助提高工作效率和注意力集中水平。持续的培训和训练对于应急救援人员至关重要。通过定期的培训和训练，可以提高应急救援人员的工作技能和专业素质，增强应急救援人员处理突发事件的能力和应对压力的能力。培训内容可以包括疲劳管理、应对压力和焦虑、注意力训练以及团队合作等方面。这些培训和训练可以帮助应急救援人员更好地适应高危险环境，提高应急救援人员的工作效率和决策能力。此外，基于Arduino平台的核辐射侦检机器人也可以在高危险环境下发挥重要作用。该机器人可以代替部分人工操作，减轻应急救援人员的工作负担，降低其疲劳程度。该机器人可以通过辐射剂量检测模块实时监测辐射水平，并通过无线传输模块将数据传输到指挥中心，从而降低应急救援人员直接接触辐射源的风险，提高工作效率和安全性。设定目标函数为f(x)，其中x为机器人行进路径，目标是找到一个最优解x*，使得f(x*)取得最小值。基于遗传算法的路径规划可以使用以下公式描述：
生成随机初始路径 x_i, i=1,2,...,N（N为种群大小，每个路径代表一个个体）计算每个个体的适应度值 fitness(x_i)根据适应度值选择个体进行繁殖，生成新一代种群。随机选择两个个体进行交叉操作，生成新个体，对新个体进行变异操作，引入新的基因变化，用新一代个体替换原有种群。根据预设的迭代次数或达到一定的适应度值，结束算法后，输出适应度值最佳的个体对应的路径 x*。通过遗传算法的这些步骤，可以在搜索空间中进行全局优化，找到问题的较优解。对于不同的问题，可以根据其特点进行适当的调整和优化，以获得更好的性能和结果。
四、结语
综上所述，通过设计能够在复杂环境下进行辐射侦测的机器人，并研究其在防原训练中的路径规划与控制算法，可以为核突发事件应对提供可行有效的解决方案。该机器人基于Arduino平台搭建，配备必要的传感器模块实时监测辐射水平，实现快速、准确地辐射侦测，为应急救援工作提供了重要的技术支持。通过遗传算法设计的路径规划算法，考虑环境地图和安全区域预设，可以获取最佳行进路径，使机器人能够在复杂环境中高效行动。结合开发的控制算法，机器人能够根据辐射水平自主决策和执行相应动作，保障操作者的安全。实验环境中的测试和模拟验证了路径规划与控制算法的可行性和有效性。
参考文献
[1]孙涛,王朝辉,周佳杰．基于SLAM的物流机器人运动控制及路径规划算法研究[J]．现代工业经济和信息化,2022,12(1):31-34.
[2]侯嘉瑞,万熠,梁西昌,焦绪丽．面向未知环境的机器人动态路径规划算法研究[J]．单片机与嵌入式系统应用,2022,22(1):29-32..
[3]石英托,陈华,张连新,孙鹏飞,裴培,李代杨．基于改进A算法的AGV转运机器人路径规划研究[J]．制造技术与机床,2022,(5):19-22.
作者简介：张洋（1987—），男，汉，湖北松滋人，博士研究生学历，助理研究员，研究方向为防原防化研究。
