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射线追踪方法中反射管的方向矢量分析第4期2007年8月|fr目露;珂譬研宝宪譬瓤JournalofCAEITV ol_2No.4Aug.20o7射线追踪方法中反射管的方向矢量分析刘芫健,张业荣,曹伟(南京邮电大学无线通信与电磁兼容实验室,南京210003)摘要:射线追踪方法因具有适合复杂环境和精度高等优点,是用于研究室内电波传播特性的重要技术.但是在构成射线管的射线交在墙角或墙棱时,传统的镜像法失效,无法求出下一代反射管的方向矢量.文章给出当射线管的射线交在墙角或墙棱时的下一代反射管的方向矢量解析式,从而有效地弥补了传统镜像法的缺陷,不放弃追踪任何一个对接收点有贡献的反射管.关键词:射线追踪方法;反射管;方向矢量中图分类号:O441.5文献标识码:A文章编号:1673-5692(2007)O4-37l-()4 AnalysisoftheDirectionV ectoroftheReflectionRayTubes intheMethodofRayTubesLIUYuan-jian,Y ANGY e-rong,CAOwei (LabonWirelessCommunicationandEMC,NanjingUniversityofPostsandTeleeom.,Nanj ing210003,China)Abstract:Themethodsofraytracingaresuitableforcomplexenvironmentsandhavehighprecision,the significanttechniquetopredictindoorelectricwavecharacteristic.However,thetraditionali magemethod isinvalidwhentheraycomposingofraytubesintersectsthecornerortheedge.Andthedirectio nvectorofthecorrespondingreflectionraytubescannotbeobtained.Inthispaper,thedirectionvector ofthecor-respondingreflectionraytubesispresented.Consequently,itremediesthelimitationofthetra ditional imagemethodeffectivelyandnoreflectionraytubescontributingtoreceiverareabandoned. Keywords:themethodsofraytracing;reflectionraytubes;thedirectionofvector0引言在场强预测中,射线管方法¨"因具有适合任何复杂环境和精度高等优点,是用于预测室内电波传播特性的重要技术.当采用射线管方法进行射线追踪时,为了建立起完整的射线管树,必须要根据已知的入射管方向矢量,把每一次反射后的反射管方向矢量计算出来,才能准确地追踪每一代射线管,从而进行室内场强预测.当构成入射管的三条射线相交在同一个墙面上且交点都落在同一个墙面内部时,这时候可以利用镜像法来确定反射管方向矢量.但是,其他入射管却会发生一些特殊情况,此时镜像法无法计算相应反射管的方向矢量.例如构成入射管的三条射线中某条射线交在某墙面的边界棱上或交在某墙角的顶点上时,就不能利用镜像法来确定反射管中这条特殊射线的反射射线的方向矢量.因为在射线追踪中有大量的射线管不相交某一墙面的内部,如果放弃跟踪下一代的追踪,势必降低预测精度.所以有必要研究其他情形的反射管方向矢量的计算,以补充镜像法的不足之处,并确定所有反射管方向矢量,建立起完整的射线管树,从而保证室内场强预测的精度.收稿日期:2007-05-07修订日期:2007-06—27基金项目:国家自然科学基金重点项目(No.60671065);教育部新世纪优秀人才支持计划(No.NCET-04-0519);高等学校博士学科点专项科研基金(No.20060293002)372中国鼋;料睹研宪囊学权2007年第4期1反射管的方向矢量计算格式在长方体空房间的室内环境中建立直角坐标系,不失一般性,可设任意一个入射管一AAA,的源点为T(.,Y.,),构成入射管的三条射线(i=1,2,3)的方向矢量分别为(m,,l,),所在直线的方程为::(i:1,2,3),如m,l:1.图1所示.图1室内环境发射射线管示意图在和墙面相交时,只考虑墙面反射的情况,入射管和墙面相交会出现下列三种情形:(1)入射射线和墙面相交的交点落在墙面内部;(2)入射射线和墙面相交的交点落在两个相邻墙面公共边界棱线上;(3)入射射线和墙面相交的交点落在三个相邻墙面公共顶点上.下面分三种情况分析和计算反射管方向矢量.(1)入射管一AAA的三条射线(i=1,2,3)和墙面相交的交点都落在同一个墙面内部,这时候可以利用镜像法来确定反射管方向矢量,如图2所示.图2利用镜像法来确定发射管方向矢量示意图设构成人射管一444,的三条射线TA(=1,2,3)的方向矢量分别为(m,,l,Z),墙面法向量为,可以根据镜像法来确定反射管方向矢量,即反射管尺一AAA三条射线RA(i=1,2,3)方向矢量为RA=TA一2(I"1?TA)I"1(i=1,2,3)(1)(2)入射管一AAA3的三条射线(i=1,2,3)和墙面相交的交点尽管都落在同一个墙面上, 但是不全在墙面内部,有某一条入射线TA,落在该墙面边界棱上,这时候不能全部利用镜像法来确定反射管方向矢量,如图3所示.////《图3有某一条入射线,落在该墙面边界棱I-的情形示意图因为入射管一AAA,的其中两条射线(i=1,2)和墙面1相交的交点落在墙面1内部,所以可利用镜像法来确定相应反射射线RA(=1,2)方向矢量,即为RA=TA一2(】?zA),l(i=1,2)(2)最后一条入射线,和墙面1相交的交点落在墙面1与墙面2的相交边界棱EF上,由于墙面2 的影响,相应反射射线不符合镜像法,即实际反射射线不是J,此时镜像法失效.根据光学基本原理,入射射线,,棱EF和实际反射射线应该共面,下面来计算,的实际反射射线.首先设,所在直线的方程为==,已知棱EF所在直线的方程为==,则,和棱EF确定的平面J『7方程为2007年第4期刘芫健等:射线追踪方法中反射管的方向矢量分析373 ln3X--X0+llG3m3l+ll-o㈩再设棱EF在平面仃上的法线为碗,于是人射射线,,棱EF,法线.和实际反射射线同在平面仃上,并要遵循光学反射定理,在平面仃上设关于棱的像点为P,马上就可以计算出实际反射射线PA=(,,,t)的方向矢量为(,,,t)=z3—2(o?z3)五o(4)(3)人射管一A,的三条射线(i=1,2,3)和墙面相交的交点尽管都落在同一个墙面上,但是不全在墙面内部,有某一条人射线TA,落在某墙角顶点上,这时候也不能全部利用镜像法来确定反射管方向矢量,如图4所示.I,一,图4有某一条入射线zTA,落在某墙角顶点上的情形示意图因为人射管一,的其中两条射线(i=1,2)和墙面1相交的交点落在墙面1内部,所以可利用镜像法来确定相应反射射线(i=1,2)方向矢量,即为RA=TAi一2(1?TAf)1(i=1,2)(5)最后一条人射线和墙面1相交的交点落在墙面1,墙面2和墙面3的相交墙角顶点Js上,由于墙面2和墙面3的影响,相应反射射线不符合镜像法,即实际反射射线不是RA,,此时镜像法失效.根据光学基本原理,人射线TA,射在墙角顶点Js上,相当于零厚度的光线射在某点上,此时反射光线应该逆着TA,传播,因此反射射线为A,,其方向矢量为(一m,,一,,一z,),所在直线方程为::m132楔形绕射信号在室内环境传播过程中,司能会遇到楔形障碍物的阻挡,从而产生绕射现象,根据文献[5],频域上的Keller绕射系数为.(卢)--e-J~×[c0I()F[kLa(/9一)]+c.t(!!;:)F[kLa一(/9一)]{R.cot()(卢)]+Rocot()一(卢)]}(6)式中,as(±,):2.[];;眦jp一1ss/(s+s)球面波人射一纠(j)J—exp(一j)du为菲涅尔过渡函数;=27r/A如x 为传播常数;A为波长;s为从源点到绕射点的传播路径长度;s为从绕射点到移动台的传播路径长度; 而R.为楔的0面上反射系数;R为楔的n面上反射系数.其他分析步骤与墙面反射相同.3房间内有家具时的仿真计算结果当房间内有家具时,电波会经历更多的反射和绕射.考虑到金属物是主要的反射体和绕射体,所以着重分析了房间内有金属物体时,电波的传播损耗.金属柜子长7m,宽1m,高2m.发射天线仍然为半波振子,放置方向为z方向,最大发射功率为10w,发射频率为3kHz.接收天线的接收路径同上,平行于—y平面,如图5所示,接收路径为(,5,1.5),(0<<21).立体观察图如图6所示,房间中有一金属物体时半波振子天线的预测结果如图7所示.374中国鼋;纠躇q宪阪学瓤2007年第4期1Om图5在有家具的房间中天线的位置及接收路径示意图Z图6有家具的房间的立体图内B图7房间中有一金属物体时半波振子天线的预测结果4结语通过上述分析可以确定所有情形的反射管方向矢量,尽管人射管会发生一些特殊情况,某条射线交在某墙面的边界棱上或交在某墙角的顶点上时,此时镜像法会失效,但是经过上述分析就可以弥补镜像法的不足之处,并确定所有反射管方向矢量,建立起完整的射线管树,从而保证了室内场强预测的精度.最后在室内放置典型障碍物进行理论分析,将理论预测结果与典型辐射源在室内的实际场强作比较,验证了算法的正确性.参考文献:f1]HAEWONSON.NOHHOONMYUNG.ADeterministicRayTubeMethodforMicrocellularWavePropagation PredictionModel『J].IEEETrans.AntennasandPropa—gat.1999,47(8):1344—1350.[2]CHENSHINHON,JENGSHYHKANG.AnSBR/Image ApproachforRadioWavePropagationinIndoorEnviron—mentswithMetallicFurniture[J].IEEETransonAP,1997,45(1):98—106.『3]KPEUZGRUDERP,uNTERBERGERP,GAHLEINTER R.ARaySplittingModelforIndoorRadioPropagation AssociatedwithComplexGeometries[J].IEEEVTC,1993,43(8):227—230.『4]KREUZGRUBERP,BRUNDLT,KURANW,eta1. PredictionofIndoorRadioPropagationwiththeRaySplit—tingModelIncludingEdgeDiffractionandRoughSurfaces [C]//Proceedingsofthe1994IEEE44thV ehicular Technologyconference,IEEE,1994:878—882.[5]吴志忠.移动通信无线电波传播[M].北京:人民邮电出版社,2002.[6]黄沛江.室内微蜂窝小区电波传播预测的计算机辅助实现[D].南京:南京邮电大学,2002.作者简介刘芫健(1973一),男,江西信丰人,南京邮电大学在职博士研究生,主要研究方向为计算电磁学,射线追踪等;张业荣(1963一),男,安徽和县人,南京邮电大学教授,博士生导师,主要研究方向为移动通信系统与设计,电磁场的数值计算,UWB信道等;曹伟(1939一),男,湖南长沙人,南京邮电大学教授,博士生导师,主要研究方向为电磁场的数值计算及其在通信中的应用,射线追踪等.。
2023年核辐射检测仪行业市场发展现状核辐射检测仪行业市场发展现状核辐射检测仪是指用于检测危害人体健康的放射性物质、辐射场等的仪器，是核安全领域中不可或缺的重要设备。
目前，核辐射检测仪行业已成为信息化、光电子、新能源等产业发展的重要支撑。
本文将从市场需求、技术发展、行业现状三个方面分析核辐射检测仪行业市场发展现状。
一、市场需求随着人们对环境和健康的关注不断增强，核辐射检测仪市场需求正逐步增长。
首先，核电厂、医院、科研院所等对精确的辐射测量和控制是必要的。
其次，核辐射检测仪已广泛应用于环境监测、食品安全检测等领域。
例如，核辐射检测仪可检测食品中放射性成分的含量，能够有效预防食品中放射性物质对人体健康的危害。
再次，核辐射检测仪也被广泛应用于工矿企业等领域中，作为安全监控设备，检测可能存在的辐射源，保障员工和生产设备的安全。
二、技术发展随着科技的进步，现代核辐射检测仪技术已经取得了长足的进展。
首先，已有越来越多的企业研发具有自主知识产权的核辐射检测仪，并推广到市场。
例如，中电科泰华科技已经推出的核辐射检测仪已应用于全球范围内。
其次，核辐射检测仪硬件通用性和软件算法的发展，使得核辐射检测仪能够更加准确地对环境中的放射性物质进行检测。
再次，智能化的核辐射检测仪设备不仅能够提供高精度的辐射测量数据和分析结果，还具有可视化、智能化的功能。
三、行业现状近年来，国内核辐射检测仪企业快速发展。
据数据显示，2016年国内核辐射检测仪市场规模已达12.9亿元，行业规模呈现快速增长态势。
除此之外，一部分国内核辐射检测仪企业已经开始向国际市场发展。
例如，上海朋华检测技术股份有限公司以及中电科泰华科技等企业均在海外设有分支机构，并积极参与国际标准的制定和推广。
综上所述，随着人们对环境健康的不断关注和技术的不断创新，核辐射检测仪行业迎来了新的发展机遇。
无论是市场需求还是技术创新，都将进一步推动核辐射检测仪行业的发展，为人们的生命安全和健康保障提供更好的保障。
射线检测原理及发展前景射线检测是利用高能射线对物体进行无损检测的一种方法。
射线可以穿透物体，根据射线被物体吸收的程度来分析物体内部的结构和组成。
常见的射线检测方法包括X射线、γ射线和中子射线检测。
X射线检测是利用X射线穿透物体的特性，通过检测射线通过物体的情况来获取物体内部结构的信息。
X射线具有能量高、穿透力强、辨识度高等优点。
它被广泛应用于医学影像学、工业无损检测、安全检查等领域。
在医学影像学中，X射线可以用于检测骨骼和软组织疾病，如骨折、肿瘤等。
在工业无损检测中，X射线可以用于检测金属构件的缺陷、焊接质量等。
随着技术的不断发展，X射线检测的精度和分辨率也在不断提高，应用范围也日益扩大。
γ射线检测是利用放射性同位素放出的γ射线进行检测。
γ射线具有能量高、穿透力强、易获得等特点。
γ射线检测在工业领域有广泛应用，特别在石油、天然气、化工等行业中，可以用于检测管道的腐蚀、堵塞情况，以及容器内部的结构和组成。
中子射线检测是利用中子射线穿透物体的能力进行检测。
中子射线具有较强的穿透力，对于各种材料都具有适应性强的特点。
中子射线检测在核工业、航空航天、石油化工等领域有广泛应用。
它可以用于检测核燃料棒的损坏情况，航空航天中可以用于检测航天器的结构、连接部件等。
射线检测技术在近几十年来得到了快速发展，尤其是随着图像处理技术、计算机技术的发展，射线检测的精度和效率得到了极大提高。
随着工业领域对质量要求的提高，射线检测在工业无损检测中的应用前景非常广阔。
射线检测技术的不断创新和发展，可以提高产品质量，避免安全事故和环境污染，保障生产过程的安全和正常进行。
同时，射线检测还可以节约人力和物力，并且能够减少对环境的污染。
尽管射线检测技术有许多优点，但也存在一些挑战和问题。
首先，射线检测对设备要求非常高，成本较高。
其次，射线检测涉及到辐射安全问题，需要严格控制辐射剂量。
此外，射线检测在对不同材料的检测上存在一定的限制性。
核医学检测技术的现状和展望近年来，核医学检测技术在医疗领域中得到了广泛应用。
核医学旨在通过对放射性同位素的利用，来进行疾病的诊断和治疗。
在这个领域中，核医学技术的不断发展和进步，为医疗相关领域带来了前所未有的发展机遇和挑战。
一、核医学检测技术的现状目前，核医学技术可以被广泛应用于肿瘤病理学、心脏病学、神经病学、内分泌学、骨科学和肺部病理学等多个领域。
核医学检测技术的应用主要依赖于放射性同位素的利用，如放射性碘、氧化亚铜、锝-99m等。
这些同位素表现出不同的9种检查行为，如放射性排放，这些放射性物质可以用于追踪检测的患者的整个身体内有机物子部位活动。
此外，这些同位素还能够依据其特殊的物化性质，在进行必要的治疗前通过放射性同位素成像（SPECT）和正电子发射计算机断层成像（PET）来获取患者的准确难度信息。
放射性碘是一种特别标示肿瘤和患者甲状腺功能的放射性物质。
如治疗良性甲状腺肿瘤和甲状腺癌等疾病，放射性碘也是必需的。
这种物质可以被明亮地透视，并被击中有问题的甲状腺位置。
每日使用这种物质就可以迅速从获取良治疗进展的填充，从而继续救助患者健康。
每年全球限制点不同疾病种类中能得到及时诊断和治疗的比较数量显著。
但是，要想真正实现核医学技术的发展和应用，我们还需要在相关领域中加强劳动力的培训和技术交流，并不断推进相关创新技术的研发和应用。
二、核医学检测技术的展望核医学技术的发展，依赖于科技和医疗系统领域的不断创新和革新。
未来，核医学检测技术有望通过一些创新科技实现更多的领域应用和优化，例如采用更高灵敏度的成像技术和3D成像技术。
这些新技术，将为医疗领域带来更加准确，高效的治疗和诊断体验，同时也有可能进一步拓宽核医学技术应用的领域和范围。
在国内，核医学技术的发展也呈现出快速增长和高度活跃的态势。
中国地区的各类医疗系统和服务提供商也在不断加强对核医学技术的学习和应用，希望在这个领域中抢得一席之地。
值得一提的是，随着人口老龄化和健康需求的日益增加，核医学技术将扮演更加重要的角色，为医疗领域的可持续发展和健康治理做出更大的贡献。
核辐射监测技术的最新进展在当今的科技时代，核辐射监测技术的发展对于保障人类的健康与安全、保护环境以及推动核科学与技术的应用具有至关重要的意义。
随着科学技术的不断进步，核辐射监测技术也取得了一系列令人瞩目的新进展。
核辐射是一种看不见、摸不着但却具有潜在危害的能量释放形式。
它可能来自于核设施的运行、放射性物质的泄漏、核武器试验，甚至是宇宙射线等自然来源。
为了及时发现和评估核辐射的存在及其影响，科学家们一直在努力研发和改进监测技术。
近年来，传感器技术的革新为核辐射监测带来了重大突破。
新型的半导体探测器具有更高的灵敏度和能量分辨率，能够更准确地检测到微弱的核辐射信号。
这些探测器采用了先进的材料和制造工艺，例如碲锌镉（CZT）和碘化汞（HgI₂）等，大大提高了监测的精度和可靠性。
在监测设备方面，便携式核辐射监测仪越来越小巧轻便且功能强大。
它们不仅能够快速测量辐射剂量率，还可以对辐射的类型进行初步鉴别。
这使得在应急情况下，如核事故现场或放射性物质运输途中，监测人员能够更便捷地进行实时监测和数据采集。
与此同时，无线通信技术的融入使得核辐射监测系统更加智能化和网络化。
监测数据可以实时传输到远程控制中心，实现了对多个监测点的集中管理和分析。
通过大数据和云计算技术，能够对大量的监测数据进行快速处理和挖掘，从而发现潜在的辐射异常情况，并及时发出预警。
除了硬件方面的进步，核辐射监测的数据分析和处理方法也在不断改进。
传统的数据分析方法往往依赖于简单的统计和阈值判断，而现在，基于机器学习和人工智能的算法被广泛应用。
这些算法能够自动识别复杂的辐射模式和变化趋势，提高了监测结果的准确性和可靠性。
在监测范围方面，从微观的单个粒子检测到宏观的大面积环境监测，技术都有了显著提升。
微观层面，诸如粒子加速器等科研设施中，对于高能粒子的精确监测有助于深入研究物质的微观结构和基本粒子的相互作用。
宏观上，利用卫星遥感技术可以对大范围的地域进行辐射监测，为评估核设施对周边环境的影响提供了更全面的数据。
浅谈我国辐射环境监测的现状和发展我国辐射环境监测是指对各种辐射源（包括电离辐射、非电离辐射、电磁辐射等）在环境中的分布、变化和对人体健康、生态环境的影响进行监测和评估的一项重要工作。
随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国辐射环境监测的现状和发展备受人们关注。
本文将从我国辐射环境监测的现状和存在的问题以及未来的发展方向等方面进行浅谈。
一、现状分析我国辐射环境监测的现状可以分为设备设施、监测方法以及监测体系三个方面来进行分析。
（一）设备设施方面近年来，我国在辐射环境监测设备设施方面取得了不少进步。
国家和地方投入大量资金用于购置先进的监测仪器设备，建立了一批国家级、省级、市级辐射环境监测站。
尤其是在核辐射监测方面，我国投入了大量资金用于修建和升级监测设施，使得我国在核辐射监测方面的能力有了极大的提升。
（二）监测方法方面目前，我国辐射环境监测采用的方法主要包括定点监测和移动监测两种方式。
定点监测主要是在特定的位置建立监测点，定期采集监测数据。
而移动监测则是通过携带便携式仪器设备，对环境中的辐射情况进行即时监测。
两种监测方法相辅相成，能够全面、准确地监测到环境中的辐射情况。
我国辐射环境监测体系主要包括国家级、省级和地市级三级监测体系。
国家级监测体系主要负责对国家辐射环境的监测和评估工作；省级监测体系主要负责对省级辐射环境的监测和评估工作；地市级监测体系主要负责对地市级辐射环境的监测和评估工作。
三级监测体系相互协同配合，形成了完整的辐射环境监测网络。
二、存在的问题虽然我国在辐射环境监测方面取得了一定的成绩，但仍然存在一些问题亟待解决。
（一）监测能力不足目前，我国辐射环境监测能力相对薄弱，特别是在电离辐射监测方面还存在一些盲区。
在一些偏远地区和特殊环境中，监测设备设施不足，监测数据不准确，监测能力难以满足实际需要。
虽然我国采用了定点监测和移动监测两种方法，但监测方法仍然相对单一，难以全面准确地监测到环境中的辐射情况。
X射线无损检测的应用及发展趋势摘要：X射线无损技术在各个领域的产品缺陷检测中得到了广泛应用，对于我国各类产品及材料的质量检测具有非常重要的效用。
在以后的产品材料检测中，应尽量与计算机技术相融合，由此使X射线无损检测技术实现自动化，进而提高X射线无损检测技术应用水平，为我国的材料检测提供更优质的技术支撑，并同时对材料质量进行高效管控。
关键词：X射线；无损检测；应用1X射线无损检测原理当辐射入射在物体表面上的时候，物质原子和入射光子便会产生相互作用，这时射线强度会因吸收、散射等原因而不断被弱化。
强度降低程度完全与材料衰减系统和穿透厚度有较大的关系。
如被穿透物其存在局部缺陷，而其与构成缺陷类的材料相比衰减系统是存在差别的，局部区域与相邻区域间所形成的透过射线强度会各有不同，存在较大的差异性，通过这些差异性可以判定所检测的物体是不是存在缺陷。
射线穿透过被检测对象以后，由此生成一幅射线强度分布潜像。
在被检测对象背面安放一个检测仪，可获得此潜像的投影，通过相应的技术处理以后，便能够将潜像转变成人肉眼能够看到的一幅二维平面图。
2X射线无损检测方法分类2.1 X射线照相法X射线在穿透被照对象时，存在缺陷的位置其吸收射线的能力和基体都是有所不同的，例如：空隙中有空气那么其射线吸收能力会比基体吸收能力低很多，因此，无缺陷位置处的X射线强度比有缺陷位置处的射线强度低。
对于存在缺陷的位置需要使用更多X射线粒子，由此造成在X射线胶片上产生黑度面积非常大的一幅缺陷图。
缺陷检测最终结果与被检材料的性质、缺陷的厚度有较大的关系。
2.2 实时成像检测借助真空管中的X射线敏感荧光屏将无法看到的X射线图转化成可见的光子图像，之后借助光电阴极把可见光子转变成与之相适的电子，再利用数千eV电压来对电子进行加速，同时将其聚焦在荧光显示屏上，最终形成经过好几十倍增强后的可见光图像。
然而通过图像增强器所输出的可以人肉眼看到的光图像是无法直接用来观察的，必须用摄像机将经由图像增强所形成的光信号转变成电信号，之后利用电缆将图像传送至计算机系统当中，同时对图像做相应的处理以后再上传到显示器屏幕上，以让检测人员可以对图像进行观察和分析[2]。
核医学的现状和前沿问题核医学，是介于医学和核科学之间的一个重要学科领域。
它涉及到放射性同位素在医学上的应用，包括放射性示踪、放射性治疗、核素成像和辐射生物学等方面。
在现代医学中，核医学已经成为医学诊断和治疗中非常重要的一个手段，它的发展和进步已经为医学带来了巨大的贡献。
核医学的现状在传统医学诊断和治疗中，人们往往采用X射线、磁共振成像（MRI）、计算机体层扫描（CT）等方法，这些方法既有一定的优点，也存在一些缺点。
X射线辐射对人体有一定的危害，而且其成像效果并不十分理想，容易产生图像模糊、重叠等问题，因此需要辅助其他手段来诊断疾病。
核医学正是为这些问题提供了有力的解决方法。
核医学的主要应用方式是核素成像，通过人体内摄入或注射含放射性同位素的化合物，利用放射性衰变产生的特殊的电磁波或粒子辐射和探测器相互作用，产生图像。
与其他成像方法相比，核素成像的分辨率和灵敏度更高，可以显示出更为微小细节的器官和组织，也因此可提供更为准确、直接的医学诊断信息。
同时，核素成像对患者伤害小，不产生任何镭射等能量辐射而使人体增加辐射剂量，而放射性医用物品的半衰期相对较短，可以快速代谢和排出患者体内，对患者造成的影响及时减少。
在目前的核医学临床应用中，最常用的核素是技術核素，如甲状腺扫描的碘-131、骨扫描的氧化铊-201、脑扫描的半胱氨酸-99mTc 等等。
同时，随着核医学的发展和技术进步，现代核医学已经发展出多种先进的技术和器具，包括正电子发射断层扫描（PET-CT）、单光子发射计算机体层扫描（SPECT-CT）等，进一步拓展了核医学应用的范围。
这些技术正在推动核医学的发展，为临床医学带来更加精确、高效的医学诊断和治疗手段。
核医学的前沿问题随着科技的进步和医学研究的不断深入，核医学也面临着一些前沿科学问题和挑战。
其中，最大的挑战就是如何进一步提高核医学成像技术的精度和灵敏度，探索新的分子成像和在早期检测疾病时的发挥作用。
核医学显像技术的应用现状及发展趋势核医学显像技术是一种以放射性同位素为探针，探测人体器官和组织代谢、血流动力学、分布等方面的特征的技术。
近年来，随着医学领域的不断发展，核医学显像技术的应用范围越来越广泛，对于疾病的诊断和治疗都发挥着重要作用。
本文将分析核医学显像技术的应用现状及未来的发展趋势。
一、核医学显像技术的现状核医学显像技术主要包括正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）以及放射性同位素疗法等。
目前PET是最先进、最准确的一种显像技术。
通过注射放射性同位素，PET扫描可以揭示人体各组织器官的代谢情况，可以及时发现细胞功能异常，诊断疾病和评价疗效，特别是在肿瘤治疗方面有着独特的优势。
SPECT是另一种应用广泛的显像技术，主要用于疾病的诊断和治疗。
这种技术使用放射性同位素的放射线所探测到的样本立体影像来描绘体内器官和组织的代谢和功能情况，如心脏、肝脏、肾脏、脑等。
在其他领域也有广泛应用。
例如在生科学领域，核医学显像技术可以揭示不同性质和不同结构的物质在组织中的分布和代谢规律，有助于了解生命活动在细胞水平上的机理、发现生物化学反应的病理变化等等。
在临床医学中，核医学显像技术是一种非侵入性的诊断手段，它相对比较安全，无创伤，成像效果较好，对于疑难杂症的诊断较为有利，如肺癌、乳腺癌、淋巴瘤等的早期诊断和精准治疗方面都有广泛的应用。
二、核医学显像技术的未来发展趋势核医学显像技术的未来发展趋势主要涉及三方面，一是技术的进一步发展，二是实现与其他医学技术的有机结合，三是应用领域的扩大和深化。
技术方面，新技术的出现和代表性技术的改进是核医学显像技术未来发展的重要方向。
其中最具有前景的是通过以人工智能和大数据为代表的新技术进行辅助诊断。
通过基于人工智能的图像分析，可以加快核医学显像技术的处理和分析速度，从而解决现有技术的一些不足之处。
在实现与其它医学技术的有机结合方面，核医学显像技术的应用与电脑辅助诊断技术相结合，原则上可以发挥这些技术更大的作用。
浅谈我国辐射环境监测的现状和发展1. 引言1.1 背景介绍我国辐射环境监测是保障公众健康和环境安全的重要工作之一。
随着工业化和城市化进程的加快，放射性物质的排放和分布情况也越来越受到关注。
辐射环境监测是通过对放射性核素浓度、电磁辐射水平等进行监测和评估，及时掌握辐射环境的变化，保障人民的身体健康和社会的稳定发展。
我国目前正面临着环境污染、核能发展等一系列问题，辐射环境监测的重要性日益凸显。
在这样的背景下，加强对辐射环境的监测和管理，提高监测水平和技术应用水平，成为当前亟需解决的问题。
只有做好辐射环境监测工作，才能及时掌握辐射环境的变化，保护人民健康，维护社会的和谐稳定。
1.2 问题提出在我国辐射环境监测领域，虽然取得了一定的成绩，但也存在着一些问题亟待解决。
在监测覆盖范围方面，目前我国辐射监测网络仍存在着一些盲区，部分地区监测设施不够完善，导致监测数据的不完整性。
在监测手段和技术应用方面，部分监测站点还停留在传统的监测方法和设备上，缺乏先进的监测技术和设备，无法满足复杂环境下的监测需求。
在监测标准的制定和执行方面，目前我国缺乏统一的监测标准，导致不同监测实验室或机构之间的监测结果差异较大，影响了监测数据的准确性和可比性。
怎样完善辐射环境监测体系，提高监测水平和数据质量，是当前我国辐射环境监测领域亟待解决的问题。
【2000字】2. 正文2.1 目前监测情况目前监测情况可以说是我国辐射环境监测体系已经初步建立，网络覆盖较为完善。
目前，全国范围内建立了辐射环境监测站点，包括辐射监测站、监测点和监测车辆等，用于监测空气、水体、土壤等不同介质中的辐射水平。
这些监测站点主要分布在气象局、环保局、卫生部门等单位，以便对环境辐射水平进行实时监测和数据收集。
我国还建立了辐射环境监测网络，通过对监测数据的汇总和分析，及时掌握全国范围内的辐射环境状况，并及时发布监测报告，向公众公开相关信息。
在目前的监测情况下，我国能够有效监测到不同区域的辐射水平变化，为环境保护、健康风险评估等提供了重要数据支持。
2000年3月地 球 物 理 学 进 展第15卷 第1期 射线追踪方法的发展现状张 钋 刘 洪 李幼铭(中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100101)摘 要:射线追踪方法作为一种快速有效的波场近似计算方法,不仅对于地震波理论研究具有重要意义,而且也直接应用于地震波反演及偏移成像等过程.本文在收集、整理国内外有关研究资料的基础上,介绍了近十年中这一领域的研究现状及最新发展趋势,并针对其中具有代表性的几类方法的基本思路、方法特点及实现步骤等进行评述.关键词:波场计算;射线追踪中国分类号:P315.3文献标识码:A文章编号:1004-2903(2000)0036-101 引 言80年代末以来,随着Kirchhoff积分叠前深度偏移在解决复杂构造成像中获得一系列成功,作为其算法基础之一的射线追踪方法也得到了很大的促进和发展,出现了大量不同于传统方法的新型算法.这些方法的主要特点在于不再局限于地震波的射线路径描述,而是直接从Huygens原理或Ferm at原理出发,采用等价的波前描述地震波场的特征.在本文的以下部分,我们将对其中应用较广且具有代表性的方法进行评述.射线追踪的理论基础是,在高频近似条件下,地震波场的主能量沿射线轨迹传播.传统的射线追踪方法,通常意义上包括初值问题的试射法(Shooting method)和边值问题的弯曲法(Bending method).试射法根据由源发出的一束射线到达接收点的情况对射线出射角及其密度进行调整,最后由最靠近接收点的两条射线走时内插求出接收点处走时.弯曲法则是从源与接收点之间的一条假想初始路径开始,根据最小走时准则对路径进行扰动,从而求出接收点处的走时及射线路径.Vidale(1988)在提出程函方程的有限差分法时,曾指出试射法和弯曲法的主要问题在于:①难于处理介质中较强的速度变化;②难于求出多值走时中的全局最小走时;③计算效率较低;④阴影区内射线覆盖密度不足.然而按照目前的观点,仅考虑地震波所有走时 收稿日期:1999年9月1日基金来源:国家自然科学基金项目(49894190)和大庆石油管理局资助中最小走时无疑具有很大局限性,即使从射线偏移的角度来看,要获得较好的成像效果,只考虑地震波走时中的最小走时也是远远不够的.因而最近几年,关于射线追踪方法的研究主要集中在多值走时计算方面,研究进展主要体现在:①在传统的试射法及弯曲法的基础上的改进,如各类波前重建方法(Vinje ,1992;Sun ,1992;Lambare et al .,1996),除多值走时外,还较好地解决了计算效率及阴影区覆盖不足的问题;②对最小走时算法的改进,使之可适应多值走时计算,如慢度匹配法(Symes ,1998),可认为是最短路径方法的推广;③传统方法与最小走时算法的结合,如HW T 方法(Sava ,Fomel ,1998),则是通过波前传播计算射线路径.下面具体阐述这些具有代表性的方法.2 V idale 方法与传统试射法与弯曲法不同,Vidale 方法(vidale ,1988)计算的是波阵面而不是射线路径.以二维情况为例,用正方形的网格对慢度模型进行离散化,如图1所示,根据程函方程 t (x ,z ) x 2+ t (x ,z ) z2=s 2(x ,z ),(1)对上式中的偏导数用有限差分进行离散近似,设地震波到达A 、B 1、B 2的走时分别为t 0、t 1、t 2,则t x =12h (t 0+t 2-t 1-t 3),(2a ) t z =12h (t 0+t 1-t 2-t 3).(2b )h 为离散网格单元的边长.将以上两式代入(1)式,可得C 1的走时t 3=t 0+2(hs )2-(t 2-t 1)2.(3)上式中,S =(S A +S B 1+S B 2+S C 1)4. (3)式为平面波外推公式.为在波前曲率较大时保证走时计算精度,Vidale 又提出一种所谓的球面波外推公式.取A 点为坐标原点,则波阵面的曲率中心的坐标及走时分别为(-x S )、-(z S )和t S .点A 、B 1、B 2和C 1处的走时分别为t 0=t S +Sx 2S +z 2S ,(4a )t 1=t S +S(x S +h )2+z 2S ,(4b )t 2=t S +Sx 2S +(z S +h )2,(4c )t 3=t S +S (x S +h )2+(z S +h )2.(4d )·37· 第15卷 第1期张钋等:射线追踪方法的发展现状 (4a )-(4d )为球面波外推公式.在计算过程中,既可单独使用(3)式或(4)式进行走时外推,也可将二者结合起来使用.但由于(4)式涉及波前曲率中心的计算,因而计算量较大.为使走时计算满足地震波传播过程中的因果律及保持计算过程的稳定性,Vidale 方法采用一种“扩展方阵”的形式进行走时外推,以图2为例,即图1 离散化后形成正方形网格 图2 V idale 走时外推示意图(1)首先从已知走时的、围绕震源的正方形上的结点开始(图中细实线),根据该正方形上结点的已知走时计算其外侧相邻另一正方形上结点的未知走时,即外推方向是由震源逐步向外的.图3 相对时间极小点走时外推示意图(2)在每次外推过程中,计算顺序为,从待求正方形的任意一边开始,在完成四边的计算后,最后完成四个顶点的计算.在每一边的计算中,还需要先找出其内侧相邻正方形上走时为极小值的结点,设其为t B ,如图3所示,其两边结点上的时间为t B 和t C ,则与t B对应的外侧相邻正方形上结点的走时t D 由下式确定 t D =t B +(hs )2-0.25(t C -t A )2.(5) (3)从t D 开始,根据(3)、(4)式分别计算同一条边上其它点的走时,直到遇到正方形顶点或其对应的内侧相邻正方形上结点走时为相对极大值时停止.(4)重复步骤(1)～(3),即可求出整个计算区域内网格点上地震波的最小走时.Vidale (1990)又将上述方法推广到三维情况,但基本思路未变.3 改进的Vidale 方法当介质中存在较大的速度间断时,Vidale 方法会出现不稳定.因此,在Vidale 之后,·38· 地 球 物 理 学 进 展2000年 相当一部分关于程函方程有限差分法的研究主要是针对上述问题的.其中Qin (1992)在Vidale 扩展方阵的基础上实现了扩展波前的递推方法,但计算量增加很大;Podvin (1991)也是按扩展方阵的方式求取走时,对每一个网格节点,系统地比较来自各个方向的透射波、衍射波和首波.例如,对图3中的D 点而言,要求比较可能来自E 、B 、F 三点的首波,可能来自A 、C 两点的衍射波,及可能来自EA 、AB 、BC 、CF 的透射波.如果还考虑回转波,则有4个首波、4个衍射波及8个透射波需要考虑.Podvin 采用的扩展方阵方式与Vidale 方法相同,即从上一方阵面的走时相对极小点开始到走时相对极大点结束,考虑到这种情况,则只需比较2个可能的透射波、2个可能的首波与1个衍射波.与Vidale 方法相比,Podvin 的方法同样增加了很多计算量,但其稳定性相当好.4 V an Trier 法Van Trier (1991)首先将程函方程(1)化为守恒型程函方程,然后用有限差分法(上风法)直接求解变换后的方程,进而求出地震波场的最小走时.二维极坐标系中程函方程可表示为 τ r 2+1r τ θ2=S 2(r ,θ).(6)令u = τ θ,定义F (u )=S 2-u 2r 2,(7) u 与F (u )满足u r= F (u )/ θ.(8) 方程(8)满足双曲守恒方程的形式,F (u )称为守恒通量函数.Van Trier 采用上风法(Upwind method )求解方程(8),可得u n +1j =u n j +Δr Δθ〔Δ+F -(u n j )+Δ-F +(u n j )〕.(9)式中,n 和j 分别为r 方向和θ方向的离散样点数.Δ-u =u j -u j -1,Δ+u =u j +1-u j ,分别为向后、向前差分算子.且F +(u )=F (max (u , u )),F -(u )=F (min (u , u )), u 为函数F (u )的驻点(即F ′( u )=0).在极坐标系下,由初始条件及(9)式即可求出所求网格点上的慢度分量u 及F ·39· 第15卷 第1期张钋等:射线追踪方法的发展现状 (u ),对u 及F (u )积分即可求出网格点上的走时.上述算法的主要局限性在于守恒通量函数F (u )的计算,当介质速度梯度较大时,F (u )可能变为虚数,从而导致计算终止;另外,在实际应用中,常常需要频繁地进行极坐标网格到直角坐标网格的走时转换,这在一定程度上也增加了计算量.上述直接求解守恒型程函方程的思路也可直接在直角坐标系中实现(朱金明,王燕丽,1992),这样虽不需要进行不同坐标系下走时的转换,但为保证差分格式的稳定性、相容性等又需对源点及计算网格作特殊处理,所以并没有太大的优越性.5 WFRT 法图4 计算方块与计算网格点(★)WFRT 方法(黄联捷、李幼铭、吴如山,1992)的基本出发点为Huygens 原理.根据介质的非均匀程度,将所要研究的介质分割成大小相等的矩形网格,每个矩形网格单元内的速度可视为均匀的,称为第一次分割;然后再根据计算精度的要求将每一矩形网格进一步分成均匀等份的小矩形网格,称为第二次分割.以图4为例,假定原点位于介质模型左边界,根据Huygens 原理,每个网格点均可相继作为次级源.对于每个次级源,选取其右上角(右下角)的一个含有(5×5)个小网格的矩形方块,称为计算方块.当计算方块里不包含速度分界面时,波在90°范围内,从次级源点向计算方块里的网格点传播时,在同一方向上,可能会遇到若干网格点,但只需计算其中与次级源直线距离最小的一点,称这些网格点为计算网格点.从源点出发,按上述方法选取一计算方块,计算波从源点到计算网格的点的透射走时,然后把除源点外的所有计算网格相继当作次级源,计算其相应计算方块中计算网格上的走时,对于同一网格点可能存在的不同透射走时,选取其中最小值作为该点的走时.WFRT 方法的特色在于,在射线追踪过程中,系统地考虑了计算方块内速度界面可能存在的组合形式,并根据Snell 定律对此作了细致的处理,较大地提高了计算速度.对透射波而言,共有三种涉及界面的传播路径,即直线、平界面的一次透射及直角界面的二次透射,如图5所示.6 最短路径法最短路径法(moser ,1991;刘洪、孟繁林、李幼铭,1995)的基础是Ferm at 原理及图论中的最短路径理论.利用最短路径的思路求解程函方程,Moser (1991)和刘洪等(1995)都作了大量工作.这些方法的基本思路相同,只不过具体实现步骤上存在差异.·40· 地 球 物 理 学 进 展2000年 以刘洪等人的方法为例,首先将波阵面看成由有限个离散点次级源组成,由一个已知走时点(如源点)出发,根据Fermat 原理逐步计算最小走时及射线方向.设Q 为已知走时点q 的集合,p 为与其相邻的未知走时点,t q 和t p 分别q 和p 点的最小走时,t qp 为q 至p 的最小走时,r 为p 的次级源位置,则图5 (a )平界面的一次透射;(b )～(c )直角界面的二次透射{r =q ∶t p =min q ∈Q(t q +t qp )}.(10) 根据Huygens 原理,q 只需遍历Q 的边界(即波前点),当所有波前邻点的最小走时都求出时,这些点又成为新的波前点.图6 最短路径扫描正方形示意图(a )扩展;(b )收缩·41· 第15卷 第1期张钋等:射线追踪方法的发展现状 在实际计算中,通常将速度模型离散成分块均匀的正方形单元,则每一单元内射线为直线段.设源点的走时为零,除源点外其它结点的走时为无穷大.先选定一个扫描中心,如果源点位于某一正方形单元的一个顶点上,则源点就是所选的扫描中心.如果源位于其它位置,则选择该源邻域的左上顶点作为扫描中心.如图6(a)所示,在选定扫描中心O后,将以O为中心,r为半边长的正方形称为扫描正方形,现让r以单位步长逐步增加,对应的扫描正方形就以O为对称中心,逐渐扩大,扫过整个计算区域.在此过程中,把每一扫描正方形的上下左右四条边界上的结点作为波前点按图6(a)中箭头所示顺序进行邻域点最小走时及次级源修正.在向外扫描过程结束后,让r以单位步长逐渐减小,则相应的扫描正方形从模型边界向扫描中心收缩.在此过程中,也对每一个扫描正方形上的波前结点按图6(b)中箭头方向所示顺序进行邻域点最小走时及次级源修正.将这种扫描正方形依次扩展、收缩的计算过程依次进行下去,直到所有结点上的走时不再减少时,就完成了所有结点上的全局最小走时计算.7 HWT(Huy gens Wavefront T racing)法Sava和Fomel(1998)认为,传统求解射线方程的射线追踪方法虽能求出多值走时(Vinje,1992;Sun,1992;Lambare,et al,1996),但缺乏稳健性.程函方程的有限差分法虽然具有稳健性,但只能计算最小走时.因此,Sava和Fomel将两者结合起来,提出了一种新方法.三维情况下,程函方程可表示为τx 2+τy2+τz2=1ν2(x,z).(11) 上式中x、y和z为空间坐标,τ为走时,v为介质速度.对于点源,射线的出射角γ和φ满足τx γx+τyγy+τzγz=0,(12)τx φx+φyγy+φzγz=0.(13) (12)、(13)两式的物理意义即射线与波阵面的切线方向垂直.(11)～(13)式中隐含着走时τ、射线出射角γ和φ都是空间坐标x、y、z的函数,即τ=τ(x,y,z),(14a)γ=γ(x,y,z),(14b)φ=φ(x,y,z).(14c) 根据隐函数存在定理,射线轨迹的空间坐标x、y、z作为τ、γ和φ的函数满足如下关系τ2=ν2(x,y,z),(15)·42· 地 球 物 理 学 进 展2000年 x τ x γ+ y τ y γ+ z τ z γ=0,(16) x τ x φ+ y τ y φ+ z τ z φ=0.(17)对(15)～(17)式进行离散化,可得(x i ,k j +1-x i ,k j )2+(y i ,k j +1-y i ,k j )2+(z i ,k j +1-z i ,k j )2=(r i ,k j )2,(18)(x i ,k j -x i ,k j +1)(x i +1,k j-x i -1,k j )+(y i ,k j -y i ,k j +1)(y i +1,k j -y i -1,k j )+(z i ,k j -z i ,k j +1)(z i +1,k j -z i -1,k j )=r i ,k j (r i +1,k j -r i -1,k j ),(19)(x i ,k j -x i ,k j +1)(x i ,k +1j -x i ,k -1j )+(y i ,k j -y i ,k j +1)(y i ,k +1j -y i ,k -1j )+(z i ,k j -z i ,k j +1)(z i ,k +1j -z i ,k -1j )=r i ,k j (r i ,k +1j -r i ,k -1j ).(20) (18)～(20)式中,i 、j 、k 分别为γ、φ、τ的离散指标;r i ,k j =Δτνi ,k j,Δτ为τ的离散步长,为离散点(i ,j ,k )处的速度.由源点开始,在扩展波前上根据(18)～(20)式逐点外推,就可完成整个计算区域内的射线追踪.从文中提供的算例可看出,该方法在稳健性、对阴影区的覆盖以及计算速度都具有一定优越性,但由于该方法采用的离散方式为一阶精度,因而最终计算结果的精度如何仍需进一步研究.8 慢度匹配(Slowness Matching )法图7 慢度匹配法示意图慢度匹配法的目的仍是求解多值走时问题.Symes (1998)假设,地震波的射线都是下行的,即d τdz>0满足.如图7所示,考虑到达某一深度z f 的射线,定义τup (x )=τ(x ,z d ,x S ,z S ),(21a )τdn (x )=τ(x ,z d ,x f ,z f ).(21b ) 根据Fermat 原理,水平坐标x d 应使函数 F (x )=τup (x )+τdn (x ),(22)取极值,即满足τ x + x dn x =0.(23)上式中的偏导数即为射线慢度,所以该方法称为慢度匹配法.用有限差分对(23)式中的偏导数进行近似,在z =z d 的平面上对离散点进行扫描,若发现(23)式右端的偏导数之·43· 第15卷 第1期张钋等:射线追踪方法的发展现状 和变号,则可通过内插求出(23)的根.在求出所有满足方程(23)的根后,即可得出所有离散网格点上的多值走时.显而易见,该算法的计算量很大,因此在目前还不是一种可实用化的方法.参 考 文 献〔1〕Vidale ,J .E .,1988,Finite -difference calculation of travel times ,Bull .,Seis .Soc .Am .,78,2062～2076.〔2〕Vidale ,J .E .,1990,Finite -difference calculation of traveltimes in three dimension ,Geophysics ,55,521～526.〔3〕Vidale ,J .E .,and Houston ,H .,1990,Rapid calculation of seismic amplitude ,Geophysics ,55,1504～1507.〔4〕Qin ,F .,Olsen .,K .,Luo ,Y .,and Schuster ,G .T 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wave propagation ,but also can be directly applied to seismic in -version and mig ration imag ing .Based on the study of relative material published in recent decade ,the current situation and prog ress on ray tracing method research ,and remark on sev -eral typical classes of methods is provided in this paper .Key words :Computation of w avefiled ;Ray tracing Manuscript received by editor S ptember 1,1999·45· 第15卷 第1期张钋等:射线追踪方法的发展现状 。
