专利名称：一种基于gis系统的核危害预测预警平台及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于GIS系统的核危害预测预警平台及方法，属于危害控制领 域。
背景技术：
自切尔诺贝利核事故以来，核事故的灾害性给世人打下了深深的烙印。当前，世界 并不太平，核威胁依然存在，尤其是多次引起世人关注的朝核危机，一次又一次地将核威胁 提上日程，对我国国家安全和人民健康构成了潜在的危害。核设施一旦遭到袭击，将会造成 严重的后果。如何对核设施遭袭事件进行危害预测预警是降低核设施遭袭危害和减小事故 损失的关键。因此，针对核设施遭袭预测预警进行系统的研究是十分必要的。本发明涉及到的已有技术有匪5 ;RAMS。匪5(Mesoscale Model 5，中尺度模式)是由美国国家大气研究中心和宾夕法尼亚 州立大学联合开发的第5代中尺度天气预报模式，具有多重嵌套能力、非静力动力模式以 及四维同化的能力，并能在计算机平台上运行，可以广泛用于大气科学研究，特别适合模拟 或预报中尺度和区域尺度的大气环流。RAMS (Region Atmosphere Model System，区域大气模式)是一个三维、非流体静 力、可压缩区域大气模式。模式的动力框架是非流体静力、原始方程中尺度模式，该模式是 由二十世纪七十年代Cotton提出的中尺度动力系统与微物理过程模式和Pielke发展的中 尺度和陆面特性模式发展起来的，具有多用途、多功能的特点。目前，RAMS模式可以模拟的 对象包括龙卷风、雷暴、积云、非均勻地表上对流边界层中涡流、非均勻下垫面地气相互作 用以及动力和热力强迫下的中尺度大气运动等中尺度现象，甚至风洞内的湍流和建筑物周 围的小尺度绕流现象，并且可选用RAMS作为城市局地尺度大气环境运动场的模拟工具。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于GIS系统的核危害预测预警平台及方法，能够根据 对核危害后果做出定量的评价，提供准实时的危害后果图形，科学评价核危害的后果，指导 公众遭袭后迅速采取正确的防护措施。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。本发明的一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其步骤如下步骤一、获得风场及湍流量的预报结果。步骤二、在步骤一获得风场及湍流量的预报结果的基础上，对核危害进行扩散模 拟。其具体操作步骤如下第1步以事故地点为中心，设置扩散模拟区域的范围，通过数据转换引擎模块将 该经纬度转换为扩散模拟区域内相应的平面直角坐标；第2步设置事故的功率、反应堆的类型、人员隐蔽状况、堆芯释放特性参数；第3步调用步骤一中获得的风场和湍流量，计算源强的大小，然后利用随机行走
5模式计算放射性烟羽的扩散过程，调用剂量计算模式，分别计算烟羽外照射、吸入内照射、 地面沉积外照射，得出重水反应堆或轻水反应堆核素对人员的危害状况。步骤三、得到核事故的危害纵深、撤离纵深、服碘纵深、危害面积、撤离面积、服碘 面积、危害开始时间和危害持续时间。所述步骤三中获得危害纵深的具体方法如下第1步设置扩散计算区域的网格LXM ；第2步设置初始分辨率Δ χ，则初始模拟区域的面积为& = LAxXMAx, m2 ；第3步设定计算危害纵深的剂量阈值D。。v ；第4步应用NDM模式进行扩散计算，计算结果为d(i，j)，其中i = 1、2、…、L，j =1、2、…、M，即地面人员活动高度内的平均剂量值；第5步如果d(l，j)彡1)_或(1仏，j) >Dcojd(i，l) >Dcojd(i，M) ^ Dcov, 令a = a+1，则Δχ = Δχ · 2a，返回第4步；第6 步如果同时满足 d(l，j) <Dc。v、d(L，j) < Dc。v、d(i，l) < Drav 和 d(i，M) <D。。V，则认为计算出危害纵深；如果d(i，j)彡0_且(1(1+1，j) <0_或(1(1-1，力<DC0V 或 d(i，j+1) < Dcov 或 d(i，j-1) < D。。v，令相对应的横纵坐标点 I (η) = i+1、J(η) = j 或 I (η) = i_l、J(n) = j 或I(n) = i、J(n) = j+1 或 I (n) = i、J(n) = j_l，其中 n= 1、 2、…、N，N为阈值边界点个数，计算任意两个不重合的边界点之间的距离Lk，k= 1、2、…、 K,K = C2n，则危害(隐蔽)纵深为 Lcov = Δχ · max[L1, L2,…，LK]。同理，得到撤离纵深Leva和服碘纵深Li()d。所述步骤三中获得危害面积的具体方法如下设初始值Israv = 0，如果d(i，j)彡Drav，令Israv = Israv+1，则隐蔽面积为Scov= IscovAx2同理可获得撤离面积S·和服碘面积Si()d。如果计算区域内人口密度为P (i，j)，则需隐蔽的人数为
权利要求
1.一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其特征在于包括步骤如下 步骤一、获得风场及湍流量的预报结果；步骤二、在步骤一获得风场及湍流量的预报结果的基础上，对核危害进行扩散模拟； 步骤三、得到核事故的危害纵深、撤离纵深、服碘纵深、危害面积、撤离面积、服碘面积、 危害开始时间和危害持续时间；步骤四、判断所设置的扩散模拟区域是否计算出核事故的危害纵深通过核危害指标 判断所设置的扩散模拟区域是否计算出核事故的危害纵深，如果已经计算出危害纵深，结 束该方法；如果没有计算出危害纵深，返回步骤二。
2.根据权利要求1所述的一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其特征在于所 述步骤三中获得危害纵深的具体方法如下第1步设置扩散计算区域的网格LXM ；第2步设置初始分辨率Δ χ，则初始模拟区域的面积为& = LAxXMAx, m2 ； 第3步设定计算危害纵深的剂量阈值D。。v ；第4步应用NDM模式进行扩散计算，计算结果为d(i，j)，其中i = 1、2、…、L，j = 1、2、…、M，即地面人员活动高度内的平均剂量值；第 5 步如果 d(l，j)彡 1)_或(1仏，j)彡 1)_或(1(士，1)彡 1)_或(1(士，M)彡 Drav，令 a =a+1，贝 IJ Δχ = Δχ - 2a，返回第 4步；第 6步如果同时满足 d(l，j) <DC0V,d(L, j) < Drav、d(i，l) <Dc。jnd(i，M) < Dcov, 则认为计算出危害纵深；如果d(i，j)彡0_且(1(1+1，」)<0_或(1(1-1，力<1^或(1(士， j+1) < Dcov 或 d(i，j-1) < D。。v，令相对应的横纵坐标点 I (η) = i+1、J(η) = j 或 I (η)= i_l、J(n) = j或Ι(η) = i、J(n) = j+1 或 I (η) = i、J(n) = j_l，其中 η = 1、2、…、N，N 为阈值边界点个数，计算任意两个不重合的边界点之间的距离Lk，k= 1、2、-",K,K = C2n, 则危害(隐蔽)纵深为Lcov = Δχ · max[L1, L2,…，Lj ； 同理，得到撤离纵深Leva和服碘纵深Li()d。
3.根据权利要求1所述的一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其特征在于所 述步骤三中获得危害面积的具体方法如下设初始值Is。。v = 0，如果d(i，j)彡D。。v，令Is。。v = Is。。v+1，则隐蔽面积为_ τ Λ 2^COV丄 SCOV X同理可获得撤离面积Seva和服碘面积Sitjd ；如果计算区域内人口密度为P (i，j)，则需隐蔽的人数为^cov = int[ JJ^ (χ> y) I Pi^ y)dxdy]L M或Wcov =Σ^"' ^ | 叫’脚咖 _/·)]/=1 7=1同理，可求出需撤离人数Neva和服碘人数Ni,
4.根据权利要求1所述的一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其特征在于所 述步骤三中获得危害时间的具体方法如下危害开始时间定义为事故发生后，人体所接收的剂量达到需要隐蔽的阈值时的时间，即
5.根据权利要求2或3或4所述的一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其特征 在于还包括步骤五、基于GIS核危害预警与实时在线发布将步骤三中最后计算的d(i，j) 转换为代地理信息的数据，即GIS矢量数据，将隐蔽区域、撤离区域、服碘区域以及危害开 始时间危、害持续时间进行展示，同时展示需隐蔽、撤离和服碘的人数及相应的面积，通过 计算机网络进行实时在线发布。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于GIS系统的核危害预测预警方法，其 特征在于所述步骤二中对核危害进行扩散模拟的具体步骤为第1步以事故地点为中心，设置扩散模拟区域的范围，通过数据转换引擎模块将该经 纬度转换为扩散模拟区域内相应的平面直角坐标；第2步设置事故的功率、反应堆的类型、人员隐蔽状况、堆芯释放特性参数；第3步调用步骤一中获得的风场和湍流量，计算源强的大小，然后利用随机行走模式 计算放射性烟羽的扩散过程，调用剂量计算模式，分别计算烟羽外照射、吸入内照射、地面 沉积外照射，得出重水反应堆或轻水反应堆核素对人员的危害状况。
7.一种基于GIS系统的核危害预测预警平台，其特征在于包括气象场数值预报模块、 全球尺度背景场模块、GIS模块、气象场精细预报模块、扩散模拟模块、强源模式模块、核危 害指标体系数据模块、核设施遭袭事故危害预测模块、数据转换引擎；气象场数值预报模块 分别与全球尺度背景场模块、GIS模块、精细气象场预报模块连接；精细气象场预报模块分 别与气象场数值预报模块、GIS模块、扩散模拟模块连接；扩散模拟模块分别与强源模式模 块、核危害指标体系数据模块、GIS模块、数据转换引擎模块、核设施遭袭事故危害预测模 块连接；核设施遭袭事故危害预测模块与数据转换引擎、剂量计算模式、核危害指标体系连 接；气象场数值预报模块从全球尺度背景场模块获取数据作为初始场，然后从GIS模块获 取目标模拟区域内的GIS数据作为边界条件，通过滚动并行计算，预报目标区域的气象场， 并把获得的目标区域的气象场传递给精细气象场预报模块；精细气象场预报模块从GIS模 块获取目标区域内GIS数据，进行并行计算，预报精细的气象场，得出扩散模拟所需要的风 场、湍流量的预报结果；扩散模拟模块通过数据转换引擎模块获得扩散模拟区域内相应的 平面直角坐标；从精细预报模块获得目标区域的风场和湍流量，调用源强模式计算源强的 大小，应用随机行走模式计算放射性烟羽的扩散过程，计算危害状况并将该数据传递给核设施遭袭事故危害预测模块；核设施遭袭事故危害预测模块预测核事故的危害纵深、撤离 纵深、服碘纵深、危害面积、撤离面积、服碘面积、危害开始时间和危害持续时间。
8.根据权利要求7所述的一种基于GIS系统的核危害预测预警平台，其特征在于所 述的平台还包括基于GIS系统核危害预警与实时在线发布模块，与数据转换引擎连接，将 数据转换引擎传递过来的数据进行实时发布预警信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于GIS系统的核危害预测预警平台及方法，属于危害控制领域。其步骤为1.获得风场及湍流量的预报结果；2.对核危害进行扩散模拟；3.得到核事故的危害纵深、撤离纵深、服碘纵深、危害面积、撤离面积、服碘面积、危害开始时间和危害持续时间；4.判断所设置的扩散模拟区域是否计算出核事故的危害纵深；如果已经计算出危害纵深，结束该方法；如果没有计算出危害纵深，返回2；5.基于GIS核危害预警与实时在线发布。本发明为应对核危机提供数据支持，为应对核危机迅速提供科学依据；科学评价核危害的后果，可以指导公众遭袭后迅速采取正确的防护措施，消除心理压力和不必要的担心，维持社会稳定和正常的生活秩序。
文档编号G06Q50/00GK102096889SQ20091024179
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者刘峰, 周学志, 张文丽, 桑萌, 王永红, 符天保, 赵远, 黄顺祥 申请人:中国人民解放军防化指挥工程学院