英国国家物理实验室（NPL）是英国的国家计量部门，是一家由商业、能源和工业战略部（BEIS）所有的公营公司，负责制定和维护国家主要计量标准，提供国家计量基础设施，并代表BEIS提供英国的“计量战略”，提供国家所需的测量能力。

一、DIC技术应用于核领域

NPL首席研究科学家Nick McCormick博士表示：“NPL致力于开发技术，以减少测量的主观性误差，并最大限度地减少人为因素影响。自动化确保检查员能够专注于潜在关注的领域，并利用他们的技能有效地对情况进行准确评估。”

今年，NPL向塞拉菲尔德有限公司部署了“高精度检查系统”（HAIS），对核废料仓库进行定期检查。

HAIS由NPL构思设计，使用数字图像相关（DIC）技术分析图像集，并量化随时间的变化。

这种成像技术以前曾用于铁路、航空航天和石油天然气等行业，但是NPL表示，它特别适合于监测不同材料的完整性和状况，可以通过该技术检查核材料的变化，比使用传统方法灵敏度更高。

NPL解释说，DIC通过创建小子集图像集，在像素级别检查两个图像。

应用x/y位移、应变、剪切和曝光差异后，比较这些图像的累积差异。

使用优化技术，为图像的每个小子集找到这些参数的最佳拟合，从而生成位移、应变剪切和相关系数的完整测量。

NPL补充说，DIC测量的挑战之一是控制摄像机的位置，以减少视差效应，并提供摄像机充分可再现的位置和方向，允许DIC中断部署。

二、应用过程


DIC自20世纪80年代中期开始使用，经过15年的发展，尤其是高分辨率成像和计算技术的进步，使其测量水平不断提高。

DIC一直未广泛推广使用，在NPL推广工作下，已确定该技术在各种土木工程结构（如隧道和核存储）中的用途。

HAIS系统是一个精密的机器人平台，可以用高质量的图像进行高精度、可重复的图像采集，因此可以用来检查储存中的核废料产品。

多年来，封装的废物产品一直储存在塞拉菲尔德有限公司现场，在未来十年，从乏燃料池和筒仓回收，将产生更多的废物。

随着塞拉菲尔德有限公司发展成为核电废物管理和修复场所，预计核废料产品的范围也将随之增加。

为了安全储存，必须对废物储存库及其关键属性进行检查。

然而，由于存储库中有数千个容器，提取和检查这些容器单位非常耗时。

因此，需要现场测量来证明存储的安全性，一旦出现问题可以及时修复，同时保护现场工人辐射安全。

HAIS可以定期检查低放射性废物仓库，深度可达16米。HAIS将摄像头垂直部署到检查口，并在废物仓库内预设点拍摄一系列图像。

塞拉菲尔德使用的HAIS系统是为这种特殊环境而设计的，在这种环境中，不可能使用WIFI，因此它是电缆操作，在组件之间使用数字传输。

当环境无光照时，可以自己照明，并且能够穿过16米深的环境，同时捕获高质量的图像。

检查期间，HAIS使用DIC分析以前的图像集，并量化随时间的变化，包括腐蚀、移动、振动和进水，分析出腐蚀、开裂和部件损失情况。

然后可以突出显示和监控关注区域，或者进行更仔细的检查，因为位置已准确记录。

三、对于操作员的意义

操作员是HAIS系统的重要组成部分。

开发该系统是为了确定重大变化。通过只突出显示那些发生重大变化的区域，而最重要的是，不向操作员显示变化很少或没有变化的区域，从而提高了检查效率。

NPL表示，这意味着该系统能做计算机最擅长的事情：识别变化。

然后，它让人类操作员就变化的性质和意义做出决定。这允许与当前的安全案例进行比较核对，需要熟练的检查员确定，不需要无聊地调查没有变化的区域。

使用机器学习的替代技术代替人工操作是可能的，但在实践中，它们需要太多关于不同类型缺陷的数据，以允许可靠的检测和对黑箱决策的信心。

部署HAI监测和检查核废物储存有许多优势，包括更好地了解储存核材料的演变及其如何影响长期安全储存。

例如，通过现场测量材料的特性，可以更好地了解材料产生的热量以及存储系统需要承受的热量。这些度量最终将支持存储策略。

对于现有存储，HAIS能够更好地了解存储环境如何在不同废物包装的一系列场景下发生变化。准确的现场测量增加了环境的可预测性，因此有助于推断核废料变化。

该系统还提供了监测环境的工具，以提供与预测环境偏差的早期指示，包括温度、湿度和氯化物。了解一系列产品的长期最佳储存条件，使系统能够提供对影响存储设计和改善现有存储条件至关重要的信息。

四、广泛的应用

在其他土木工程结构中使用DIC的历史和经验有助于指导NPL开发和测试HAIS系统，包括公路和铁路结构、石油和天然气工厂，但一些测量方法更加多样化——NPL表示，它甚至使用DIC技术来测量工厂生产线的巧克力凝固情况。

显然，部署HAI也有不同的选择，例如持续监控或定期检查，这取决于被监控对象的性质。

NPL已经展示了一种可供选择的固定摄像机，该摄像机可以间歇进行测量，监控属于英国环境署的资产。

NPL还在开发DIC应用程序，在沿着轨道移动时捕获铁路隧道壁上的数据，最新研发结果是使用移动电话内的摄像头进行可重复测量，可用于监控船舶防水壁等。

NPL表示，这两种策略都是可行的，但一般来说，对于像塞拉菲尔德那样需要间歇性监控的大量重复对象，最好使用可以移动的单一设备。

HAIS系统的优势是什么？

使用DIC有望提高整个塞拉菲尔德公司现场效率，因为它能够检测到非常小的变化，并且比使用传统的手动检查技术要快得多。

通过HAIS启用的检查和测量技术，在黑暗环境中使用现场自动化技术，在那里没有传统的通信信道或电源，并允许检测意外退化的迹象。

此外，NPL指出了测量的客观性质，以及远程记录数据的能力，数据可以存档。对数据进行分析后，不同的检查员有助于提高测量质量，消除主观和系统偏差。节约检查员的时间。

塞拉菲尔德有限公司高级技术经理罗伯特·伯纳德博士说：“塞拉菲尔德有限公司很高兴致力于引进新技术，以支持我们降低国家委托的特殊核材料储存风险的使命。NPL等科学组织与我们合作，确保我们在部署核存储技术安全方面处于领先地位。”