一种核辐射后果评价数据显示的方法 【技术领域】
本发明涉及一种紧急事故后果评价方法，尤其是一种核辐射后果评价数据显示的方法。
背景技术
伴随我国核能和核技术应用的快速发展，我国目前已有11座投入运行的核电机组，在役运行的民用研究堆有17座，与核电配套的核设施也处于建造高峰。核能在我国经济和能源生产中占据着越来越重要的地位，核安全与辐射环境安全管理的任务日趋繁重。因此加强核事故应急管理，及时、准确、全面地掌握核事故应急情况和有关信息，以便迅速、有效地组织和协调所需响应行动，尽可能减轻事故后果的要求日渐迫切。
核辐射后果评价数据显示系统能够在核事故情况下，对事故早期的辐射后果预测结果及防护行动信息进行显示，并提供统计查询功能。目前的核电站核辐射后果评价数据显示系统，能对事故后果进行预测和评价，从而采取快速、有效的措施避免或减轻事故灾害。核事故后果预测和评价决策系统的输出结果是大量TXT文本文件，文件内容是大量剂量浓度数据，不直观，分析困难，不利于决策者快速作出应急决策。
田湾核电站的快速评价系统，它是基于考虑不同风向下田湾地形偏转的简单高斯烟羽修正模式，通过在ArcGis平台上的集成，实现了在该平台下的菜单与对话框操作，并最终将计算结果显示在平台上。
但是，田湾快速评价系统实现的功能比较简单，仅针对田湾核电站进行了快速评价计算，只能显示大气扩散、剂量和干预行动。其中大气扩散主要用于显示计算时选定的核素的空气时间积分浓度、地面干沉积浓度与地面湿沉积浓度三种；剂量是针对两种器官有效和甲状腺的吸入剂量结果进行显示；干预行动用于显示撤离区、隐蔽区和确定性效应区；显示方式是在核电站周围41×41网格上用渐变色表示数值大小，上述显示系统，只能显示某一座核电站周围的地理信息以及事故后果信息；仅以网格图方式显示数据，效果不逼真，而且显示速度慢；缺少电站周围风场数据风速、风向等的形象显示；缺少电站周围气象数据和辐射监测数据的动态显示。
有鉴于此特提出本发明。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种核辐射后果评价数据显示的方法，其结合核电站周围的地理、人口、气象等参数信息，将核辐射以不同颜色或动态变化的箭头的形式表现出来，从而形象直观的反映核电站发生事故后可能造成的后果，以快速制定防护措施。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种核辐射后果评价数据显示的方法，其特征在于：根据核电站的电厂状态对放射性释放源项进行分析计算，按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式对核电站发生事故后有可能产生的事故后果进行预测计算，计算出的后果评价结果写到文本文件中；再将这些文本数据分别按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式三种模式进行分类，通过选择切换其中至少一种模式，将数据写到该模式对应的网格图层上，以不同颜色和/或变化的箭头的形式表现出来，从而反映核电站发生事故后可能造成的后果。
所述的快速评价模式为：计算出核电站周围有效剂量、甲状腺剂量、烟云照射剂量、地面照射剂量、吸入剂量和Cs-137沉积量的值，按照36×6的扇形网格和31×31的正方形网格两种数据分布形式输出到文件中，每种剂量数据按照两种分布形式写到两个文件中。
所述的精细评价模式和单模块模式为：以风场计算模块、扩散和剂量模块、防护行动模块和决策优化模块计算出的数据以核电站为中心41×41的正方形网格的形式分布，41×41的正方形网格的网格间距至少有三种，在单模块模式下四种计算模块单独运行，精细评价模式下四种模块顺序运行。
采用精细评价模式和单模块模式后果评价数据显示具体为：先使用风场计算模块，由气象监测提供的气象预报数据，按照事故后果评价的要求，对评价区域的风场进行插值计算，计算出风速U方向分量、风速V方向分量、稳定度和降雨强度；再由扩散和剂量模块依据风场计算模块得到的局部区域气象参数分析计算各个烟团的平流传输、扩散和沉积，计算由烟团和沉积核素造成的近地面空气中核素的浓度、空气中核素的时间积分浓度、地面污染、烟云的γ辐射剂量/剂量率、地面γ辐射剂量/剂量率、吸入内照射剂量/剂量率；再由防护行动模块根据扩散和剂量模块所提供的目前和未来放射性释放和时空分布状况，连同环境和经济条件地有关参数，估算可供选择的防护行动下可能避免的剂量，估算防护行动的代价，从而定量估计各种防护行动组合的优缺点，为应急决策过程提供必要的支持信息；最后由决策优化模块采用多属性效用排序决策模型进行防护措施的决策分析，给出可选择防护措施的优先排序。
所述的风场计算模块输出一组文件，包括一个均匀气象文件和144个时间步的以风速分量U、V表示的风场文件；扩散和剂量模块为利用48小时风场预报数据进行事故释放开始后48小时大气弥散预报计算，输出结果是各种核素的剂量或者人体器官吸收的剂量的浓度值，数据文件有821个。
所述的风场计算模块将气象数据用有方向变化和长短不同的箭头在地理信息系统上动态显示，以表示核电站周围的风向和风速；扩散和剂量模块将浓度数据按量级用不同颜色在地理信息系统上显示。
核辐射后果评价数据显示的图层为发生事故后核辐射扩散信息结合发生事故的核电站地理信息的图层，该发生事故的核电站地理信息由多个核电站地理信息分布图层中调取。
所述的将数据写到与快速评价模式、单模块模式和精细评价模式三种模式对应的网格图层，具体为：(1)生成网格图层；(2)给这些网格添加属性字段；其中固定的字段值是一次性输入的，为基础地理信息；可变的字段值是用来存放核事故后果预测和评价决策的输出数据的，为核事故后核电站周围实时动态显示气象数据和辐射监测数据；(3)把核事故后果预测和评价决策系统输出的所有数据文件读入网格图层中，(4)将可变的字段值中浓度数据按量级用不同颜色进行显示；将风场数据用有方向、长短变化的箭头显示。
数据采用网格和/或栅格两种显示方式显示于网格图层上，数据网格显示方式是将数值写入面状网格图层的一个字段中，用渐变色分级显示所有数值，数据栅格显示方式是将数值写入点状网格图层的一个字段中，利用插值法生成网格更细的栅格图层，用渐变色分级显示所有数值。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明根据核电站的电厂状态对放射性释放源项进行分析计算，按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式对核电站发生事故后有可能产生的事故后果进行预测计算，计算出的后果评价结果写到文本文件中；再将这些文本数据分别按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式三种模式进行分类，通过选择切换其中至少一种模式，将数据写到该模式对应的网格图层上，以不同颜色和/或变化的箭头的形式表现出来，从而反映核电站发生事故后可能造成的后果。其结合核电站周围的地理、人口、气象等参数信息，将核辐射以不同颜色和/或变化的箭头的形式表现出来，从而能够形象直观的反映核电站发生事故后可能造成的后果，以快速制定防护措施。
本发明用分组分类方式显示来源复杂、数据量大的基础地理信息；实时动态显示核电站周围气息和辐射数据信息；合理组织、显示后果评价结果数据；用栅格图显示剂量等数据，效果逼真，速度快；动态显示核电站周围的风速和风向；具有可扩展性和开放性。
【具体实施方式】
本发明一种核辐射后果评价数据显示的方法，根据核电站的电厂状态对放射性释放源项进行分析计算，按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式对核电站发生事故后有可能产生的事故后果进行预测计算，计算出的后果评价结果写到文本文件中；再将这些文本数据分别按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式三种模式进行分类，通过选择切换其中至少一种模式，将数据写到该模式对应的网格图层上，以不同颜色和/或变化的箭头的形式表现出来，从而反映核电站发生事故后可能造成的后果。
依据本发明所述的方法，可直接实时显示核电站周围的气象信息、辐射监测信息，将核事故后果预测和评价系统的输出数据显示在地理信息系统上，并提供统计、查询等功能，为决策者的应急决策提供技术支持。
目前我国正在运行的有三个核电基地，即秦山、大亚湾和田湾，秦山核电基地包括秦山一期、二期和三期共5台核电机组；大亚湾基地包括大亚湾和岭澳共4台核电机组；田湾基地有2台核电机组。
本发明所述的方法采用的地理信息系统要求显示每个基地半径80公里范围内的基础地理信息：包括行政区划、核电站厂区，人口信息：以核电站反应堆为圆心，分别以1、2、3、5、10、20、30、40、50、60、70、80公里为半径的圆，再以反应堆为圆心划16个射线，得到192个区域的常驻人口和流动人口数据；以及应急专用信息，包括：应急指挥部、应急集合点、撤离路线、撤离安置点、消防队、医疗中心、急救站、环境辐射监测站、大气辐射监测点、排液监测站、气象监测站等。
考虑到这个基础地理信息来源复杂、数据量大的特点，系统将全国地图、秦山基地地图、大亚湾基地地图、田湾地图作为四个子组保存在一个MXD工程文件中，在全国地图上设置对秦山、大亚湾、田湾基地地图的链接；针对每个核电基地子组信息，按照行政区划、厂区图、交通、居民点、应急关心点对图层进行分类组织，针对全国地图，按照省界、县界、河流、公路、铁路、省级行政中心对图层进行分类组织，这样不仅可以显示不同比例的地图，而且通过图层分组，清晰地显示各种图层信息。
为了满足核事故后果预测与评价决策的不同要求，配置三种评价模式：快速评价模式、单模块模式、精细评价模式。每种模式都是根据一定的模型进行计算，然后把计算结果输出到大量TXT文件中。与快速评价模式不同，单模块模式和精细评价模式下又分为四种计算模块：风场计算、扩散和剂量、防护行动、决策优化。在单模块模式下，这四种计算模块可以单独运行，精细评价模式下四种模块顺序运行，同样把计算结果输出到TXT文件中。
快速评价模式：计算出核电站周围有效剂量、甲状腺剂量、烟云照射剂量、地面照射剂量、吸入剂量和Cs-137沉积量的值，按照36×6的扇形网格和31×31的正方形网格两种数据分布形式输出到文件中，每种剂量数据按照两种分布形式写到两个文件中，因此共输出12个数据文件。
精细评价模式和单模块模式：计算出的数据都是以核电站为中心41×41的正方形网格的形式分布的，网格间距有三种：250米、1公里、2公里。其中，
1、风场计算模块是在气象中心提供的气象预报数据的基础上，按照事故后果评价的要求，对评价区域的风场进行插值计算，计算出风速U方向分量、风速V方向分量、稳定度和降雨强度。每十分钟一个时间步，因此48小时分为144个时间步，所以风场计算模块输出一组文件，包括一个均匀气象文件和144个时间步的以风速分量U、V表示的风场文件。
2、扩散和剂量模块的计算模型是利用拉格朗日中尺度大气扩散烟团模式计算气载物质扩散产生的浓度和剂量的模型。该模型的核心就是通过顺序释放的一系列烟团来模拟连续释放。分配到每个烟团中的气载物质的量等于释放率乘以烟团的释放时间间隔。在每一个时间步长中，该模块依据局地气象参数分析计算各个烟团的平流传输、扩散和沉积，计算由烟团和沉积核素造成的近地面空气中核素的浓度、空气中核素的时间积分浓度、地面污染、烟云的γ辐射剂量/剂量率、地面γ辐射剂量/剂量率、吸入内照射剂量/剂量率等。其核心思想是利用48小时风场预报数据进行事故释放开始后48小时大气弥散预报计算，输出结果是各种核素的剂量或者人体器官吸收的剂量的浓度值，这些数据文件有821个。
3、防护行动模块根据扩散和剂量模块所提供的目前和未来放射性释放和时空分布状况，连同环境和经济条件的有关参数，估算可供选择的防护行动，如隐蔽、撤离、稳定碘片分发下可能避免的剂量，估算防护行动的代价，包括影响区域大小和人数等，从而定量估计各种防护行动，如隐蔽、撤离、稳定碘片分发组合的优缺点，为应急决策过程提供必要的支持信息。其主要任务是确定需要采取早期应急行动的区域，模拟这些行动并计算在采取措施和不采取措施情况下的个人剂量，输出文件45个。
4、决策优化模块采用多属性效用排序决策模型进行防护措施的决策分析，给出可选择防护措施的优先排序。
将这些文本数据分别按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式三种模式进行分类，通过选择切换其中至少一种模式，将数据写到该模式对应的网格图层上。将数据转化成图形：
(1)生成网格图层；
由于核事故后果预测和评价决策系统根据计算模式的不同，输出的数据范围也不同。因此将每个核电站配备5套网格图层，如下：
36×6扇形：以核电站为中心，将6km圆形区域按1km、1.5km、2km、3.5km、5km、6km分成6个环形区域，每个环形区域分成36个10度的扇形。数据排列顺序为顺时针、自内向外排列，5度～15度为1号数据，15度～25度为2号数据……，顺时针旋转一周到36号，355度～5度。然后1号的外层区域为37号，同样顺时针排列，依次类推，共216个数据；
31×31正方形：以核电站为中心，数据覆盖区域为100km×100km，网格间距10/3km。数据排列顺序为自下而上、从左到右排列：左下角为1号数据，从左至右排列，每行31个，1号数据方格的上方是32号数据……，依次类推，共961个数据；
41×41_1正方形：以核电站为中心，网格间距是250m，核电站位于(21，21)网格点。数据排列顺序为自下而上、从左到右排列：左下角为1号数据，从左至右排列，每行41个，1号数据方格的上方是42号数据……，依次类推，共1681个数据；
41×41_2正方形：以核电站为中心，网格间距1km，核电站位于(21，21)网格点。数据排列顺序为自下而上、从左到右排列：左下角为1号数据，从左至右排列，每行41个，1号数据方格的上方是42号数据……，依次类推，共1681个数据；
41×41_3正方形：以核电站为中心，网格间距2km，核电站位于(21，21)网格点。数据排列顺序为自下而上、从左到右排列：左下角为1号数据，从左至右排列，每行41个，1号数据方格的上方是42号数据……，依次类推，共1681个数据。
而对于3套风场图层：41×41_1，41×41_2，41×41_3，其与相应的正方形图层排列方式类似，不同的是风场图层不显示网格，而是在网格内显示箭头。
(2)给这些网格添加属性字段；
下表是各个网格的属性字段说明：
其中属性栏标为固定的字段值是一次性输入的，为基础地理信息；标为可变的字段值是用来存放核事故后果预测和评价决策的输出数据的，为核事故后核电站周围的环境辐射监测站、大气辐射监测点、气象监测站等监测的实时动态显示气象数据和辐射监测数据。
(3)把核事故后果预测和评价决策系统输出的所有数据文件读入网格图层中，其中，有效剂量、烟云照射剂量、地面照射剂量、吸入剂量、甲状腺剂量、Cs_137沉积剂量、稳定度、降雨、风u分量、风v分量、风速、角度为可变的字段值。
(4)将可变的字段值中浓度数据按量级用不同颜色进行显示；将风场数据用有方向、长短变化的箭头显示。
数据采用网格和/或栅格两种显示方式显示于网格图层上，数据网格显示方式是将数值写入面状网格图层的一个字段中，用渐变色分级显示所有数值，可以显示每个网格的人口、居民点等属性信息；数据栅格显示方式是将数值写入点状网格图层的一个字段中，利用插值法生成网格更细的栅格图层，用渐变色分级显示所有数值，栅格图层不是矢量图，没有人口、居民点等属性信息，显示的为属性为可变的字段值的数据。
核事故后果预测和评价决策输出的风场数据有风速U分量、风速V分量，即将矢量分解到直角坐标系的X和Y方向。显示在图层时，再将U和V分量合成为角度和数值，用有方向、长短变化的箭头的表示。
其中，规定风速分为六级：小于等于1m/s；1.1～3.0m/s；3.1～6.0m/s；6.1～10.0m/s；10.1～20.0m/s；大于等于20m/s；
规定浓度与剂量显示的数值区间划分为：
1)空气时间积分浓度：10E4Bq*s/m3-10E13Bq*s/m3分成9个区间，每个区间为一个量级，即10E4-10E5，10E5-10E6等等；低于10E4Bq*s/m3则与本底同一颜色；高于10E13Bq*s/m3的所有数值采用同一颜色；
2)地面污染浓度：10E1Bq/m2-10E10Bq/m2分成9个区间，每个区间为一个量级，超出此区间范围类似1)处理；
3)空气中瞬时浓度：10E1Bq/m3-10E10Bq/m3分成9个区间，每个区间为一个量级，超出此区间范围类似1)处理；
4)有效剂量：分成10E-3-10E-2，10E-2-10E-1，10E-1-1，1-5，5-10，10-20，20-50，50-100，100-1000，大于1000共10个区间；
5)其他器官剂量：分成10E-2-10E-1，10E-1-1，1-10，10-50，50-100，100-200，200-500，500-1000，10E3-10E4，大于10E4共10个区间；
6)剂量率：10E-4-10E2划分成6个区间，大于10E2的所有值为一个区间。
本发明根据核电站的电厂状态对放射性释放源项进行分析计算，按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式对核电站发生事故后有可能产生的事故后果进行预测计算，计算出的后果评价结果写到文本文件中；再将这些文本数据分别按照快速评价模式、单模块模式和精细评价模式三种模式进行分类，通过选择切换其中至少一种模式，将数据写到该模式对应的网格图层上，以不同颜色和/或变化的箭头的形式表现出来，从而反映核电站发生事故后可能造成的后果。其结合核电站周围的地理、人口、气象等参数信息，将核辐射以不同颜色和/或变化的箭头的形式表现出来，从而能够形象直观的反映核电站发生事故后可能造成的后果，以快速制定防护措施。
本发明用分组分类方式显示来源复杂、数据量大的基础地理信息；实时动态显示核电站周围气息和辐射数据信息；合理组织、显示后果评价结果数据；用栅格图显示剂量等数据，效果逼真，速度快；动态显示核电站周围的风速和风向；具有可扩展性和开放性。