[發明專利]一種放射性泄漏源定位方法和系統

在審

• 申請號: 202210607187.6
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114925615A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 徐宇涵;方晟;張作義;董玉杰;熊威;董信文;莊舒涵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G01D21/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

本發明涉及一種放射性泄漏源定位方法和系統，包括：根據邊界點大氣擴散模擬結果確定單位泄漏率的量級，并根據單位泄漏率的量級獲得單位泄漏率向量；將單位泄漏率向量輸入大氣擴散模型進行模擬，根據各個監測點的響應結果構建大氣擴散模擬樣本庫；對大氣擴散模擬樣本庫中的樣本數據進行預處理；提取經過預處理的樣本數據的時序特征，并將其與對應的模擬泄漏源位置融合形成訓練數據集；建立泄漏源定位模型，通過訓練數據集中數據對該模型進行擬合；提取環境輻射監測數據的時序特征，將時序特征輸入擬合好的模型，完成泄漏源位置的估算。其不依賴泄漏源位置初值，提高了監測數據信息的利用率，能在泄漏率未知時對泄漏位置進行估算。

技術領域

本發明涉及一種放射性泄漏源定位方法和系統，屬于污染物溯源技術領域，特別涉及放射性污染物溯源技術領域。

背景技術

在福島核事故中，因為海嘯和地震破壞了廠區的電力系統，放射性泄漏源信息無法通過核設施內探測裝置直接測量，導致放射性核素的運輸和擴散預測具有很大的不確定性，因此需要基于環境輻射監測數據和大氣擴散模型對放射性泄漏源釋放源項(即泄漏率)進行重建。而在2017年歐洲發生的核素泄漏事件中，只是在歐洲大氣中監測到了釕-104同位素含量的升高，對于實際泄漏的位置其實并未知曉，因此放射性泄漏源的定位工作也是人類核應急的核心問題。在大多數核事故情況下，泄漏源位置和泄漏率(統稱為泄漏源參數)往往都是未知的，很多現有技術都是針對這兩個參數的估算進行研究。泄漏率的估算方法已經日漸成熟，但是泄漏源位置的估算技術還處在不斷摸索和嘗試的階段，大多數方法對泄漏率和泄漏源位置同時進行估算。

現有的泄漏源參數估算方法包括優化方法和貝葉斯方法。(1)優化方法：旨在找到使得代價函數最小化的泄漏源參數，代價函數用于量化大氣擴散模擬結果和環境監測結果之間的差異，代價函數的具體形式決定了優化方法收斂的速度和精確程度。其主要采用迭代過程，通過參數更新規則不斷進行迭代直至算法收斂，從而最小化代價函數，常見的優化方法有最小二乘法，正則化方法，擬牛頓優化方法，模擬退火算法和遺傳算法等。(2)貝葉斯方法：通過概率密度函數來指定算法的輸入和模型形式，包含輸入數據和大氣擴散模式的不確定性等信息，對泄漏源參數空間隨機采樣，估算參數的后驗概率分布，產生具有置信水平的泄漏源參數估算結果。常見的貝葉斯方法有馬爾可夫鏈蒙特卡洛抽樣方法(MCMC)，順序蒙特卡洛抽樣方法(SMC)和微分進化蒙特卡洛方法(DEMC)。

上述優化方法容易受到給定泄漏源參數初值的影響，從而陷入局部最優，很多技術采用混合算法來同時汲取全局和局部搜索的優點，但是泄漏源參數估算是個病態問題，數據的擾動可能會對參數估算結果，尤其是定位結果造成很大的影響。上述貝葉斯方法的似然函數在實際核應急情況下選取比較困難，很多技術盡管能夠結合觀測誤差和模擬誤差的分布對似然函數形式進行修正，但是往往只適用于單一的建模場景。且無論是優化方法還是貝葉斯方法，都對監測網絡有著很高的依賴性，而且大氣擴散模式的不準確或是監測數據噪聲的存在會極大影響參數估算結果。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種放射性泄漏源定位方法和系統，其不依賴泄漏源位置初值，利用輻射監測數據時序特征提高對監測數據信息的利用率，改善監測網絡提供信息不足的問題，可以在泄漏率未知的情況下對泄漏源位置進行估算。

為了實現上述目的，本發明提出了以下技術方案：一種放射性泄漏源定位方法，包括以下步驟：根據邊界點大氣擴散模擬結果確定單位泄漏率的量級，并根據單位泄漏率的量級獲得單位泄漏率向量；以計算域內不同網格位置作為模擬泄漏源，將單位泄漏率向量作為源項輸入大氣擴散模型進行模擬，根據各個監測點的響應結果構建大氣擴散模擬樣本庫；對大氣擴散模擬樣本庫中的樣本數據進行預處理；提取經過預處理的樣本數據的時序特征(包括時域特征和頻域特征)，并將時序特征與對應的模擬泄漏源位置融合形成訓練數據集；通過對訓練數據集中的數據進行擬合來建立泄漏源定位模型；提取環境輻射監測數據的時序特征，將時序特征輸入擬合好的泄漏源定位模型，完成泄漏源位置的估算。