切尔诺贝利的映射辐射

在切尔诺贝利禁区的复杂地形中测试了UAV-LIDAR的使用。布里斯托尔大学队的目的是证明，在核事件的情况下，可以使用无人机而不是载人飞机提供关于辐射的扩散和强度的实时态势数据。

1986年切尔诺贝利核电站(ChNPP)释放的放射性核素仍然是民用核能发电历史上最严重的核事故。周边地区被称为切尔诺贝利禁区(CEZ)，是地球上辐射污染最严重的地区之一。在如此大规模地向环境中释放放射性物质后，有效地确定放射性的空间分布至关重要。在CEZ的表面环境中仍然保留着相当多的高放射性物质，而且没有足够的放射性监测和危险意识。自从2019年的电视短剧叫切尔诺贝利，在CEZ的旅游兴趣飙升，年度截至年底超过124,000人。尽管由于Covid-19，2020年和2021年的探视下降，但这种情况增加了该地区的人类存在强调没有适当的放射性保护和对潜在的致命放射性热点位置的知识。因此，在地面和空中监测和理解放射性污染的目前和不断变化的影响，这对于人类安全和当地生态学都必须是必不可少的。

绘制切尔诺贝利地图的项目

英国布里斯托大学正在与乌克兰当地研究所密切合作进行几个机器人项目，以解决在经济特区进行辐射测绘的需要。测绘切尔诺贝利项目旨在帮助提高监测和测绘的效力，并开发新的、有效的方法，几乎消除直接的人类风险。汤姆斯科特教授，项目领导者，评论：“这个独特的环境也允许我们有机会测试新的固定翼无人机系统（uass）配备辐射映射能力，以证明在核事件的情况下，可以使用UAS而不是载人飞机提供关于辐射的蔓延和强度的实时态势数据。“该项目将对科学家们展望，对CEZ中的高度移动污染以及负责管理居民的放射性安全和获取该地区的其他人的人来说，这项项目能够提供洞察力。

布里斯托尔队在地上

该团队具有高度的多学科性，涵盖空中、地面和水下机器人技术，机器人技术团队的成员主要来自工程和物理培训以及相关背景。除了目前的切尔诺贝利项目外，该小组还参与了其他几种类型的利用无人机（UAV或“无人机”）进行的地球物理调查，包括高光谱和热成像。然而，近年来，他们专注于核工业，绘制了人为和自然辐射源的地图。此前的研究涉及在世界各地部署伽马测绘无人机，包括英国、美国、日本、罗马尼亚、葡萄牙和阿联酋。例如，他们与火山学家密切合作，测量和绘制偏远地区的火山气体羽流图，这些地区与核设施类似，安全问题阻碍了实际进入。该小组将传感器放入火山口，以帮助预测重大喷发。这些名为“龙蛋”的可部署传感器将在未来进一步开发，以便在频率较低的映射事件之间提供更定期的测量。

在切尔诺贝利事故发生后的几十年里，远程/自动化表征技术有了长足的发展。特别是，具有辐射测绘能力的UASs已在许多场合显示出在灾后环境和周围环境中测绘辐射的出色结果。在这些项目中，技术不断发展，变得更自动化、更精确、更敏感。在目前的项目中，该团队已经开发并正在部署一系列先进的传感器系统，用于在CEZ中收集实时数据。

无人驾驶范围：最合适的方法

激光雷达被认为是与传统载人飞机方法相比的优势方法，后者能够快速测绘大面积区域，但在某些情况下存在重大缺陷。这些问题包括由于飞机的操作高度而导致的低空间分辨率，以及操作人员暴露于潜在有害电离辐射的风险。Routescene的Lidarpod.是一个理想的系统，因为它能够收集精确的数据和高分辨率的输出，并可部署在复杂的，危险的环境，如这个核场所。基兰·伍德博士，项目上的空中机器人专家，述评：“其中一个研究目标是开发一种更准确的方法来映射区域中的辐射模式。该过程的一部分需要一个高精度的物理结构和地形模型，LIDAR是复杂地形中的3D映射的理想选择。由于大多数放射性物质都包含在地面中，我们还需要仅具有裸露的模型，并且后处理LIDAR可以高精度地提供这一点。“摄影测量方法与LIDARPOD系统一起使用，因为它们还可以生产高度精确的3D模型的结构和地形。除了用伽马和激光雷达传感器映射外，无人机还配备了相机，使团队能够并行地收集摄影测量仪。处理这些平坦地形区域的摄影测量数据通常更快。然而，根据木材，LIDAR将在一些复杂的CEZ上下文中更有益，包括近垂直结构。

该小组在CEZ收集的激光雷达数据有可能用于其他目的，例如估计植被的体积。随着树木和植物多年的生长，大量的放射性物质通过它们的根系进入了环境中。在CEZ及其周边地区，森林火灾经常发生。“红色森林”是距离核反应堆最近的林地，因此是受污染最严重的区域，如果发生森林火灾，可能会释放出存在于树木中的放射性粒子。在这种情况下，布里斯托尔团队对燃烧材料体积的估计可以用来预测火灾对该地区的影响，从而支持当地的安全、规划和管理目标。

地图区域的特征

该小组迄今为止使用空中激光雷达绘制的周围环境大多是自然重建的地区。它们最初是小城镇、村庄和工业场地，但许多建筑物和森林在灾后清理活动中被拆毁和掩埋。现在的地形混合了这些建筑的遗迹，一些自然林地和一些新种植的树木，以保持土壤的完整性。地形非常平坦，这是理想的探索研究，因为它简化了飞行模式要求，并允许使用单一一致的高度。

主要的测量是伽马辐射强度，它可以很容易地穿过几十米的空气。Wood解释说:“通过将伽马探测器安装在无人机上并在地形上方飞行，可以绘制测量到的伽马强度的变化，然后进行后处理，可以将测量数据插值到完整的地图中。定位变得相对简单，因为热点被测量的辐射强度非常局域化的峰值清楚地指示出来。这些测量结果都带有GNSS接收器的地理标记，因此伽马地图的视觉解释可以告诉我们辐射热点的经度和纬度。”

安全和风险管理

受损的4号反应堆周围的整个区域都受到了爆炸和火灾的沉降物的污染，许多地区的伽马辐射水平仍在升高。然而，自1986年以来，辐射强度大幅度降低。主要的辐射危害是反应堆本身，以及一些活动异常频繁的有限区域，包括ChNPP西面的红森林。红森林中心地区的放射性仍然太强，无法进入，这使得使用机器人进行远程检查至关重要。为了克服这些进入问题，该小组严格保持在被证明具有可接受的低辐射水平的安全区域，并将无人机从这些安全区域部署到辐射水平较高的区域。尽管无人驾驶飞机在这些地区受到较高水平的辐射，但这并没有使它们本身具有放射性。由于污染只有在车辆接触地面时才会发生，因此无人机在飞行期间对操作员而言仍然是安全的。

正在进行的挑战

CEZ仍然对任何商业开发关闭，该地区唯一的居民是工作人员和保卫安全的士兵。该团队面临的主要挑战之一是在设施有限的情况下工作，包括缺乏移动电话覆盖。因此，该队必须自给自足，自给自足，使用可以用卡车运送的设备进行作业。尽管尽了最大努力来维护安全，但仍然存在一些风险。例如，如果发生了严重的问题，外部援助就很难获得。由于无法直接评估任何障碍的存在或高度，情况更加复杂。该团队通过开发一种两阶段的飞行规划方法克服了这一问题:首先，手动飞行多旋翼无人机以评估最小可接受高度，其次，对固定翼进行编程以执行广域调查。将高度降到最低是很重要的，因为它直接影响到最终地图的分辨率。

项目及其成果的重要性

Bristol团队进行的调查的最终产品是目标领域的更准确的伽玛地图，与团队的乌克兰合作伙伴共享。对于大学研究人员来说，该项目的最终产品是开发新方法。这是固定翼辐射映射无人机的首次演示，其范围远远超过其多转子对应物。该团队继续使用收集的唯一数据来改进数据后处理算法。将开发强大的工具，以便使用管理和监控该区域的那些。

其中一些地图于2020年4月实施，以支持应对在CEZ发生的大规模森林火灾，这些火灾肆虐该地区，并开始向红林蔓延。有人担心会有重大的放射性释放，因此英国气象局和后来的美国宇航局使用辐射图来模拟可能的释放情景。谢天谢地，大火在到达红森林之前就被雨水扑灭了。

下一步和未来计划

布里斯托大学有一个非常强大的核机器人团队。他们将继续与中国国家减灾中心合作，进行测绘工作，并创新新的设备、传感器和方法，以帮助修复活动。COVID-19推迟了新设备的现场测试。然而，团队计划尽快返回，继续他们在这个重要项目上的工作。