一种核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策系统

本发明涉及核与辐射应急，尤其涉及一种核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策系统、方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、随着国家数字化转型以及“双碳”进程的推进，安全高效的发展核能已经成为我国能源发展与改革的重要目标之一。我国目前已形成了完整的核能产业链，在核设施正常运行或事故工况下，不可避免向环境中排放一定量的放射性污染物，为解决核设施气载放射性物质安全排放问题，最大程度上降低放射性污染物对人类和环境的影响，研发出一套能够指导放射性污染物排放策略的方法及系统非常有必要。核设施气载放射性物质的扩散过程比较复杂，且需要进行剂量估算，通常剂量估算的过程需要考虑核设施排放源项特性、大气扩散计算、不同照射途径换算、气象条件影响以及干湿沉积、污染物本身的粒径分布特征、活度、以及半衰期所引起的散布区域内污染物浓度的变化等。在考虑放射性污染物排放问题时，需要考虑集体剂量，集体剂量的计算还需要考虑人口分布。后果评估过程较为复杂，有时还需考虑经济代价和社会效应等，且现有放射性污染物排放时，最佳排放条件具体数值不清晰，导致核设施排放决策不够精确、快速的问题。因此，需要一种核设施气载放射性物质排放策略的计算优化与决策系统来解决上述问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策技术方案，旨在力图解决或者至少缓解上述存在的问题。

2、第一方面，提供一种核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策系统，所述系统适于独立计算机或服务器中运行，所述核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策系统包括：输入和预处理系统、计算和优化系统以及输出和决策系统；

3、其中，所述输入和预处理系统用于根据不同运行工况自动检索模板文件或传入的开放接入端口中的关键数据集，进行预处理，将指定格式的初始数据集写入到所述计算和优化系统中；

4、所述计算和优化系统用于根据初始数据集进行大气扩散计算和辐射剂量计算，所得结果组成新的数据集传入最优化模型，最优化模型通过迭代进行全局寻优，每一代的数据集都将被保存，用于满足后续决策过程需要追溯到各子代解集，从而分析和计算出真实可行的排放策略解集的需求；系统在事故工况下还将增加经济代价与社会因素的计算，得到包含剂量、经济和社会因素等项的最优排放策略解集；

5、所述输出和决策系统用于接收所述计算和优化系统处理优化后的数据集，决策系统会对核设施源项特征、当地气象、人口分布和社会经济代价进行敏感性分析，并加入决策权重因子数据集进行决策权重优化，与实时预报数据集进行比对之后，传入到输出系统，输出最优排放策略解集。

6、进一步地，所述系统能够针对核设施正常运行和事故工况两种运行情况下的气载放射性物质排放策略计算优化与决策。

7、进一步地，所述输入和预处理系统包括自动化检索、数据预处理以及自适应修改并写进子系统功能；

8、所述自动化检索，可检索模板文件或开放端口传入的数据集，能够根据所选择的运行工况进行自动化分析该运行工况条件下需要的关键数据集，并自适应获取和保存这些关键数据集；

9、所述数据预处理用于根据保存的关键数据集，自动化修改为指定格式，封装成新的初始数据集以传入计算与优化系统；

10、所述自适应修改并写进子系统功能用于根据计算与优化系统中模型和算法要求，需要自适应修改数据集文件并作用在所述计算和优化系统中。

11、进一步地，所述开放接口或模板文件中所包含的数据包括但不限于源项数据集、气象数据集、排放数据集、站点分布数据集、人口分布数据集、应急数据集、经济代价和社会因素相关数据。

12、进一步地，所述计算和优化系统对传入的初始数据集进行大气扩散计算和辐射剂量计算，将所得结果嵌入初始数据集组成第一数据集，并传入最优化模型进行迭代和寻优，最优化模型约束条件在系统运行之前将会被设置，并且每代的数据集都会被保存。

13、进一步地，所述决策系统中会根据各关键参数的敏感性对其进行权重分配赋值，每个决策因子权重记为ωi(1≤i≤k)，使得权重向量ω＝{ω1,ω2,...,ωk}。

14、进一步地，所述计算和优化系统包括计算子系统和优化子系统；

15、其中，所述计算子系统用于根据各数据集、大气扩散模型、辐射剂量计算模型计算出个人剂量和集体剂量等相关数据；在事故工况下还将额外进行经济代价和社会因素计算；

16、所述优化子系统用于根据传入的带有计算结果的各数据集、限定条件以及最优化模型进行自适应修改关键排放条件数据集并生成对应的结果，不断迭代与寻优，直到满足最优解集的情况。

17、进一步地，所述计算包括大气扩散计算和辐射剂量计算；

18、其中，所述大气扩散计算用于演算所述初始数据集中源项数据的包含放射性的核设施气载物质在大气中的扩散；

19、所述辐射剂量计算用于计算所述初始数据集中放射性物质在大气扩散时，以核设施为中心，周围二维空间中所述各具体位置的剂量分布，包含个人剂量分布和集体剂量分布情况。

20、进一步地，所述优化包括参数自适应修改功能和迭代优化计算功能；

21、所述参数自适应修改功能用于支持所述迭代优化计算运行时实时动态参数计算结果反馈；

22、所述迭代优化计算将根据上一代的结果不断迭代寻优，保留优秀解集，并依据上一代的优秀解集特征生成优秀解集保留至下一代，直到寻找到最优解集。

23、进一步地，所述输出系统能够将优化系统中每一代数据集保留并输出，带有决策最优排放策略解集和不带决策的最优排放策略解集进行输出；

24、其中，所述带有决策的最优排放策略解集会提供合理可行的排放决策，包括详细具体的气象条件数值，排放策略解集需要依靠决策系统进行决策权重分配计算评估和比对实时预报数据库综合计算得出；

25、所述排放策略均带有最佳排放方位和各区域段的个人与集体剂量估算结果，事故工况下还将带有经济代价和社会影响因素代价。

26、进一步地，所述第一、第二、......、第n数据集包括但不限于最佳排放方位、各区域段个人、集体剂量值、最佳排放气象数据，在事故工况下还将包含经济代价和社会效应数据。

27、进一步地，所述系统会综合考虑各个设计目标之间的相互影响和约束条件，所述系统的具有剂量约束和气象约束的多目标总体设计包括但不限于以下形式：

28、s(x)＝min[g(x)，h(x)，e(x)，p(x)，......]

29、

30、其中，s(x)为总优化目标，将求解各子目标的最小解集；

31、g(x)为优化子目标：核设施周围总集体剂量值；h(x)为优化子目标：周围总个人剂量值；e(x)为经济代价优化子目标，eij(x)代表事故工况下采取某种应急救援行动对(i，j)位置坐标区域所造成的经济代价；p(x)为社会因素优化子目标，pij(x)代表事故工况下采取某种应急救援行动对(i，j)位置坐标区域所造成的社会效应总和；

32、x＝{x1，x2，...，xn}是n维排放策略变量，包括排放时的混合层高度、大气稳定度、风向、风速、降雨量等气象条件和其他条件，每个策略变量具有不同的取值空间；(i，j)代表位置坐标，i，j<99999；

33、gij(x)代表坐标区域点(i，j)的集体剂量，可表示如下：

34、gij(x)＝hij(x)·ρij

35、其中，hij(x)为核设施坐标区域点(i，j)的个人有效剂量；ρij为该区域点周围的人口分布；

36、且需要对个人剂量做限值约束，表示如下：

37、max(h11(x)，h12(x)，...，hij(x))≤e0

38、e0为核设施周围公众个人有效剂量限值，约束条件hij(x)≤e0要求核设施周围各指定区域的个人有效剂量小于给定的剂量限值e0。

39、第二方面，本发明实施例提供一种核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策方法，所述方法应用于本发明实施例中提供的核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策系统，所述核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策方法具体包括以下步骤：

40、自动检索相关模板文件或开放端口，选择运行工况适应性读取各自需要的关键参数组成初始数据集；

41、根据传入的初始数据集，进行大气扩散模拟计算和辐射剂量计算，事故工况下还将进行经济代价和社会因素相关计算，依据最优化模型进行自适应修改数据集，得到完整的带有辐射结果和关键参数的数据解集，不断进行迭代与寻优，保留每代的结果，并依据约束条件和优秀解集的结果反馈，将优秀解集传入决策系统；

42、决策系统进行决策权重分配计算评估和比对实时预报数据库综合计算得出最优排放策略解集，数据集传入到输出系统进行输出并保存。

43、第三方面，本发明实施例提供一种核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策装置，所述核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策装置应用于本发明实施例中提供的核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策系统，并可应用于用户端，用户可在线访问并使用；所述核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策装置包括：

44、获取模块，用于自动检索相关模板文件或开放端口，选择运行工况适应性读取各自需要的关键参数组成初始数据集；

45、处理模块，用于根据传入的初始数据集，进行大气扩散模拟计算和辐射剂量计算，事故工况下还将进行经济代价和社会因素相关计算，依据最优化模型进行自适应修改数据集，得到完整的带有辐射结果和关键参数的数据解集，不断进行迭代与寻优，保留每代的结果，并依据约束条件和优秀解集的结果反馈，将优秀解集传入决策系统；

46、输出模块，用于决策系统进行决策权重分配计算评估和比对实时预报数据库综合计算得出最优排放策略解集，数据集传入到输出系统进行输出并保存。

47、第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现发明实施例提供的核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策方法中的步骤。

48、第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现发明实施例提供的核设施气载放射性物质排放策略计算优化与决策方法中的步骤。

49、本发明实施例中，通过集成了输入和预处理系统、计算和优化系统以及输出和决策系统；其中，所述输入和预处理系统用于根据不同运行工况自动检索模板文件或传入的开放接入端口中的关键数据集，进行预处理，将指定格式的初始数据集写入到所述计算和优化系统中；所述计算和优化系统用于根据初始数据集进行大气扩散计算和辐射剂量计算，所得结果组成新的数据集传入最优化模型，最优化模型通过迭代进行全局寻优，每一代的数据集都将被保存，用于满足后续决策过程需要追溯到各子代解集，从而分析和计算出真实可行的排放策略解集的需求；所述输出和决策系统用于接收所述计算和优化系统处理优化后的数据集，决策系统会对核设施源项特征、当地气象、人口分布和社会经济代价进行敏感性分析，并加入决策权重因子数据集进行决策权重优化，与实时预报数据库进行比对之后，传入到输出系统，输出最优排放策略解集。通过上述系统对数据集进行输入和预处理、计算和优化、分析和决策，并产生相应的输出，提供可针对正常运行或事故工况下真实可行带有具体数值的最优排放策略解集，解决了现有正常工况放射性污染物排放时，后果评估过程复杂，最佳排放条件具体数值不清晰，导致核设施排放决策不够精确、快速的问题，同时给出了事故工况放射性污染物排放所致剂量、经济和社会问题最优的解决办法。