專利名稱：一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種危險(xiǎn)源控制方法，特別涉及一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急
優(yōu)化控制方法，屬于危險(xiǎn)源控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著核、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，發(fā)生核化事故的可能性增大，隨之帶來的核化安全問題 日益突出。目前，我國核化事故應(yīng)急基本上采用查閱提前擬定好的應(yīng)急預(yù)案，對于沒有指定 預(yù)案的突發(fā)事故，通常憑借經(jīng)驗(yàn)或應(yīng)用高斯(Gauss)方法進(jìn)行簡單的模擬來指導(dǎo)應(yīng)急。對 于提前擬定好的應(yīng)急預(yù)案，雖然在制定過程中設(shè)置了多種情況，但氣象條件的變化非常復(fù) 雜，很難用幾種典型的氣象條件來進(jìn)行描述，尤其是在復(fù)雜地形或非均勻下墊面條件下，氣 象場受復(fù)雜的動(dòng)力因素和熱力因素控制，現(xiàn)實(shí)中的氣象條件與預(yù)案中設(shè)置的氣象條件往往 相差甚遠(yuǎn)，所以只憑提前制定的應(yīng)急預(yù)案指導(dǎo)應(yīng)急具有很大的盲目性；對于使用Gauss方 法進(jìn)行簡單計(jì)算指導(dǎo)應(yīng)急的方法，通常事故現(xiàn)場某點(diǎn)氣象要素代替整個(gè)區(qū)域的平均要素， 一方面因氣象要素分布不均勻使其計(jì)算結(jié)果具有一定的誤導(dǎo)性，另一方面，限于Gauss方 法的定常假設(shè)，只適用于均勻下墊面和平坦地形，使該方法具有很大的局限性。
隨著數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)同化技術(shù)的發(fā)展，對未來幾十小時(shí)內(nèi)的氣象場進(jìn)行預(yù)報(bào) 成為現(xiàn)實(shí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)散模擬，使突發(fā)大氣污染核化事故應(yīng)急危害預(yù)測預(yù)警數(shù)值模 擬也成為可能，即快速準(zhǔn)確模擬事故危害狀況的問題基本解決。問題的另一半是如何采取 科學(xué)的應(yīng)急處置和救援方案？常規(guī)的方法仍然是應(yīng)用提前制定的預(yù)案，由于應(yīng)急處置和救 援的代價(jià)與避免和減少事故的損失是負(fù)相關(guān)的，怎樣的應(yīng)急方案才最優(yōu)？這是一個(gè)優(yōu)化控 制問題，本發(fā)明著重解決這一難題。 本發(fā)明涉及到的一項(xiàng)重要已有技術(shù)是自然控制論。 曾慶存從控制論、系統(tǒng)論等方面首次提出了自然控制論的思想。自然控制論的思 想把自然和人類社會看作是一個(gè)整體，研究自然環(huán)境的自控行為與人工調(diào)控的機(jī)理以及人 工調(diào)控的理論、方法和技術(shù)，以解決人類面臨的環(huán)境和發(fā)展問題，達(dá)到人類與自然環(huán)境的協(xié) 調(diào)和持續(xù)發(fā)展。自然控制論的核心問題如下描述 設(shè)要利用的自然環(huán)境變量或與之有關(guān)的全體變量為集合X(r，t)，它隨空間r與時(shí) 間t改變；與之有關(guān)的人文變量為Y(r，t)，這些變量作用在X(r，t)上，自然環(huán)境X(r，t)的 演變同時(shí)受自身及人文變量Y(r， t)所影響，可由微分方程描述如下 二《兀y力 初條件X|(=,。=X0 邊條件A(X,lV)lan二G 約束條件 a.人類活動(dòng)能力限制I |Y| I《C b.改變后自然環(huán)境接近理想條件I IX-XPI I《DCN 101738968 A 目標(biāo)函數(shù)求最優(yōu)(如經(jīng)濟(jì)效益最大或污染最小等)
M(X， Y) = min或max 本發(fā)明涉及到的其他已有技術(shù)有匪5 ;RAMS ;預(yù)警指標(biāo)體系。 匪5(Mesoscale Model 5，中尺度模式)是由美國國家大氣研究中心和賓夕法尼亞 州立大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的第5代中尺度天氣預(yù)報(bào)模式，具有多重嵌套能力、非靜力動(dòng)力模式以 及四維同化的能力，并能在計(jì)算機(jī)平臺上運(yùn)行，可以廣泛用于大氣科學(xué)研究，特別適合模擬 或預(yù)報(bào)中尺度和區(qū)域尺度的大氣環(huán)流。 廳S(Regional Atmospheric Modeling System,區(qū)域大氣模式)是一個(gè)三維、非 流體靜力、可壓縮區(qū)域大氣模式。模式的動(dòng)力框架是非流體靜力、原始方程中尺度模式，該 模式是由二十世紀(jì)七十年代Cotton提出的中尺度動(dòng)力系統(tǒng)與微物理過程模式和Pielke發(fā) 展的中尺度和陸面特性模式發(fā)展起來的，具有多用途、多功能的特點(diǎn)。目前，RAMS模式可以 模擬的對象包括龍巻風(fēng)、雷暴、積云、非均勻地表上對流邊界層中渦流、非均勻下墊面地氣 相互作用以及動(dòng)力和熱力強(qiáng)迫下的中尺度大氣運(yùn)動(dòng)等中尺度現(xiàn)象，甚至風(fēng)洞內(nèi)的湍流和建 筑物周圍的小尺度繞流現(xiàn)象，并且可選用RAMS作為城市局地尺度大氣環(huán)境運(yùn)動(dòng)場的模擬 工具。 預(yù)警指標(biāo)體系是根據(jù)有毒有害化學(xué)品的物化性質(zhì)和預(yù)警等級建立的對人體傷害 的計(jì)量(濃度或劑量)標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法的具體操作步驟如 下 步驟一、根據(jù)核化事故的位置，人工監(jiān)測事故源強(qiáng)，并確定核化事故模擬范圍。
步驟二、根據(jù)步驟一得到的核化事故模擬范圍，獲得核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍 流量的預(yù)報(bào)結(jié)果，其具體操作步驟如下 第1步應(yīng)用全球尺度的背景場，作為氣象預(yù)報(bào)模式初始場，調(diào)用核化事故模擬范
圍的GIS數(shù)據(jù)作為邊界條件，通過多層網(wǎng)格嵌套，滾動(dòng)并行計(jì)算，預(yù)報(bào)未來數(shù)十小時(shí)內(nèi)(根
據(jù)實(shí)際情況確定)核化事故模擬范圍的氣象場，包括風(fēng)場、湍流量、溫度場、氣壓場等； 第2步將第1步得到的尺度大的模式預(yù)報(bào)結(jié)果作為初步結(jié)果，應(yīng)用分辨率高的數(shù)
值模式進(jìn)行精確的預(yù)報(bào)，得出核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果。 步驟三、根據(jù)步驟一得到的核化事故模擬范圍，獲得核化事故模擬范圍的氣象觀
測網(wǎng)實(shí)時(shí)觀測的數(shù)據(jù)。 步驟四、將步驟二的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果與步驟三獲得的氣象觀測網(wǎng)實(shí)時(shí)觀 測的數(shù)據(jù)進(jìn)行同化。 步驟五、如果是化學(xué)事故，執(zhí)行步驟六；如果是核事故，執(zhí)行步驟七。
步驟六、獲得化學(xué)事故預(yù)警信息，其操作步驟如下 第1步擴(kuò)散模式根據(jù)步驟一獲得的事故源強(qiáng)的監(jiān)測結(jié)果，調(diào)用步驟四獲得的氣 象場和相應(yīng)的化學(xué)源強(qiáng)模式，對化學(xué)事故濃度場或劑量場進(jìn)行計(jì)算；
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第2步根據(jù)擴(kuò)散模擬結(jié)果，指導(dǎo)對保護(hù)目標(biāo)的應(yīng)急監(jiān)測，將應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果和擴(kuò)散 模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，得出危害范圍、危害等級、危害開始時(shí)間、危害持續(xù)時(shí)間和傷亡發(fā) 展態(tài)勢等應(yīng)急的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)同化方法如下 假設(shè)某點(diǎn)的預(yù)測結(jié)果為c(x，y) 二Cp或d(x，y) = dp，監(jiān)測結(jié)果為c (x， y) = cm或
d(x， y) = dm，則該點(diǎn)的最終結(jié)果為: c(x， y) = max(Cp， cm)或d(x， y) = max(dp， dm) 如果cm > Cp或dm > dp，將該數(shù)據(jù)反平方插值到周圍的網(wǎng)格中。 其中，X， y為坐標(biāo)值；C為污染物濃度；Cm為監(jiān)測濃度；Cp為污染物閾值濃度；d為 污染物劑量；dm為監(jiān)測劑量；dp為閾值劑量。 第3步根據(jù)危害預(yù)測與應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)同化結(jié)果和預(yù)警指標(biāo)體系，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布 相應(yīng)的預(yù)警信息；轉(zhuǎn)到步驟八。
步驟七、獲得核事故預(yù)警信息，其操作步驟如下 第1步擴(kuò)散模式根據(jù)事故源監(jiān)測結(jié)果，調(diào)用經(jīng)過數(shù)據(jù)同化的氣象場和核素?cái)?shù)據(jù) 庫，計(jì)算核事故劑量場的時(shí)空分布，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)調(diào)用核劑量模式，計(jì)算核事故的劑量場 分布； 第2步根據(jù)擴(kuò)散模擬結(jié)果指導(dǎo)應(yīng)急監(jiān)測，將應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果和擴(kuò)散模擬結(jié)果進(jìn)行 數(shù)據(jù)同化，得出撤離范圍、服碘范圍、隱蔽范圍以及撤離、服碘、隱蔽的縱深和面積等應(yīng)急的 關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)同化方法同步驟六第2步的數(shù)據(jù)同化方法。
第3步根據(jù)危害預(yù)測與應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)同化結(jié)果和預(yù)警指標(biāo)體系，發(fā)布相應(yīng)的預(yù)
警信息。 步驟八、制定基于自然控制論的優(yōu)化控制方案 在步驟六或步驟七對核化事故后果進(jìn)行預(yù)測的基礎(chǔ)上，制定基于自然控制論的優(yōu) 化控制方案。其具體操作步驟如下 第1步建立基于自然控制論的優(yōu)化控制模型 自然控制論的思想是把自然和人類社會看作是一個(gè)整體，研究自然環(huán)境的自控行 為與人工調(diào)控的機(jī)理以及人工調(diào)控的理論、方法和技術(shù)，以解決人類面臨的環(huán)境和發(fā)展問 題，達(dá)到人類與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)和持續(xù)發(fā)展。運(yùn)用自然控制論，將核化事故風(fēng)險(xiǎn)控制的核心 問題的理論框架描述如下 設(shè)進(jìn)行控制時(shí)，要利用的自然環(huán)境變量(如氣象、地形等因素)為集合X(r，t)，它 隨空間r與時(shí)間t改變；與之有關(guān)的人文變量(應(yīng)急救援方案和事故源控制方案)為Y(r， t)，人文變量作用在自然環(huán)境X(r， t)上，自然環(huán)境X(r， t)的演變同時(shí)受自身及人文變量 Y(r， t)所影響，可由微分方程描述如下，=丄(^;^" 初條件Xlw。-義。 邊條件A(U，r)^-G 約束條件 a.人類活動(dòng)能力限制(如應(yīng)急力量有限、疏散路徑和交通工具限制等) | |Y| |《c
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b.改變后污染物濃度達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)
<formula>formula see original document page 7</formula>
目標(biāo)函數(shù)求最優(yōu)(事故損失和控制代價(jià)最小)
<formula>formula see original document page 7</formula>
第2步求解基于自然控制論的優(yōu)化控制模型 通過對上述最優(yōu)控制問題進(jìn)行求解，將通過優(yōu)化后的控制方案反饋給事故源，根 據(jù)控制后的事故源重新進(jìn)行預(yù)測，得出新的預(yù)測結(jié)果，根據(jù)新的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，得到更 優(yōu)的應(yīng)急方案，指導(dǎo)應(yīng)急救援和源強(qiáng)控制，同時(shí)將事故損失和行動(dòng)代價(jià)反饋給決策者，循環(huán) 此過程，最終使事故損失和控制代價(jià)達(dá)到最優(yōu)，獲得最優(yōu)的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方案。
步驟九、將步驟八獲得的最優(yōu)的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方案提供給指揮者進(jìn)行決
策o 有益效果 本發(fā)明提出的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，能夠既能到達(dá) 核化事故應(yīng)急控制的目標(biāo)，又能使控制付出的代價(jià)和事故損失最小，實(shí)現(xiàn)對核化事故應(yīng)急 的最優(yōu)控制。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)上述技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法的具體操作步驟如
下 步驟一、根據(jù)核化事故的位置，人工監(jiān)測事故源強(qiáng)，并確定核化事故模擬范圍。
步驟二、根據(jù)步驟一得到的核化事故模擬范圍，獲得核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍 流量的預(yù)報(bào)結(jié)果，其具體操作步驟如下 第1步應(yīng)用全球尺度的背景場T213或NCEP，作為氣象預(yù)報(bào)模式匪5或WRF的
初始場，調(diào)用核化事故模擬范圍的GIS數(shù)據(jù)作為邊界條件，通過多層網(wǎng)格嵌套，滾動(dòng)并行計(jì)
算，預(yù)報(bào)未來36小時(shí)內(nèi)核化事故模擬范圍的氣象場，包括風(fēng)場、湍流量、溫度場、氣壓場等； 第2步將匪5預(yù)報(bào)的結(jié)果輸入給RAMS6. 0進(jìn)行進(jìn)一步預(yù)報(bào)或者將WRF預(yù)報(bào)結(jié)果
輸入邊界層模式，得出更精確的核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果。 步驟三、根據(jù)步驟一得到的核化事故模擬范圍，獲得核化事故模擬范圍的氣象觀
測網(wǎng)實(shí)時(shí)觀測的數(shù)據(jù)。 步驟四、將步驟二的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果與步驟三獲得的氣象觀測網(wǎng)實(shí)時(shí)觀
測的數(shù)據(jù)用LAPS系統(tǒng)進(jìn)行同化，得出和實(shí)際情況更加吻合的氣象場。 步驟五、如果是化學(xué)事故，執(zhí)行步驟六；如果是核事故，執(zhí)行步驟七。
步驟六、獲得化學(xué)事故預(yù)警信息，其操作步驟如下 第1步擴(kuò)散模式根據(jù)步驟一獲得的事故源強(qiáng)的監(jiān)測結(jié)果，調(diào)用步驟四獲得的氣 象場和相應(yīng)的化學(xué)源強(qiáng)模式，對化學(xué)事故濃度場或劑量場進(jìn)行計(jì)算； 第2步根據(jù)擴(kuò)散模擬結(jié)果，指導(dǎo)對保護(hù)目標(biāo)的應(yīng)急監(jiān)測，將應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果和擴(kuò)散 模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，得出危害范圍、危害等級、危害開始時(shí)間、危害持續(xù)時(shí)間和傷亡發(fā) 展態(tài)勢等應(yīng)急的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)同化方法如下
假設(shè)某點(diǎn)的預(yù)測結(jié)果為c(x，y) 二Cp或d(x，y) = dp，監(jiān)測結(jié)果為c (x， y) = cm或
d(x， y) = dm，則該點(diǎn)的最終結(jié)果為: c(x， y) = max(Cp， cm)或d(x， y) = max(dp， dm)如果Cm > Cp或dm > dp，將該數(shù)據(jù)反平方插值到周圍的網(wǎng)格中。 其中，X， y為坐標(biāo)值；C為污染物濃度；Cm為監(jiān)測濃度；Cp為污染物閾值濃度；d為 污染物劑量；dm為監(jiān)測劑量；dp為閾值劑量。 第3步根據(jù)危害預(yù)測與應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)同化結(jié)果和預(yù)警指標(biāo)體系，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布 相應(yīng)的預(yù)警信息；轉(zhuǎn)到步驟八。
步驟七、獲得核事故預(yù)警信息，其操作步驟如下 第1步擴(kuò)散模式根據(jù)事故源監(jiān)測結(jié)果，調(diào)用經(jīng)過數(shù)據(jù)同化的氣象場和核素?cái)?shù)據(jù) 庫，計(jì)算核事故劑量場的時(shí)空分布，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)調(diào)用核劑量模式，計(jì)算核事故的劑量場 分布； 第2步根據(jù)擴(kuò)散模擬結(jié)果指導(dǎo)應(yīng)急監(jiān)測，將應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果和擴(kuò)散模擬結(jié)果進(jìn)行 數(shù)據(jù)同化，得出撤離范圍、服碘范圍、隱蔽范圍以及撤離、服碘、隱蔽的縱深和面積等應(yīng)急的 關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)同化方法同步驟六第2步的數(shù)據(jù)同化方法。
第3步根據(jù)危害預(yù)測與應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)同化結(jié)果和預(yù)警指標(biāo)體系，發(fā)布相應(yīng)的預(yù)
警信息。 步驟八、制定基于自然控制論的優(yōu)化控制方案 在步驟六或步驟七對核化事故后果進(jìn)行預(yù)測的基礎(chǔ)上，制定基于自然控制論的優(yōu) 化控制方案。其具體操作步驟如下 第1步建立基于自然控制論的優(yōu)化控制模型 自然控制論的思想是把自然和人類社會看作是一個(gè)整體，研究自然環(huán)境的自控行 為與人工調(diào)控的機(jī)理以及人工調(diào)控的理論、方法和技術(shù)，以解決人類面臨的環(huán)境和發(fā)展問 題，達(dá)到人類與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)和持續(xù)發(fā)展。運(yùn)用自然控制論，將核化事故風(fēng)險(xiǎn)控制的核心 問題的理論框架描述如下 設(shè)進(jìn)行控制時(shí)，要利用的自然環(huán)境變量(如氣象、地形等因素)為集合X(r，t)，它 隨空間r與時(shí)間t改變；與之有關(guān)的人文變量(應(yīng)急救援方案和事故源控制方案)為Y(r， t)，人文變量作用在自然環(huán)境X(r， t)上，自然環(huán)境X(r， t)的演變同時(shí)受自身及人文變量 Y(r， t)所影響，可由微分方程描述如下 "^"(TO) 初條件1|,=,。=義0 邊條件A(X,JV)lan二G 約束條件a.人類活動(dòng)能力限制(如應(yīng)急力量有限、疏散路徑和交通工具限制等) | | Y| |《C b.改變后污染物濃度達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn) | | X-Xp | |《D 目標(biāo)函數(shù)求最優(yōu)(事故損失和控制代價(jià)最小)
M(X， Y) = min 第2步求解基于自然控制論的優(yōu)化控制模型 通過對上述最優(yōu)控制問題進(jìn)行求解，將通過優(yōu)化后的控制方案反饋給事故源，根 據(jù)控制后的事故源重新進(jìn)行預(yù)測，得出新的預(yù)測結(jié)果，根據(jù)新的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，得到更 優(yōu)的應(yīng)急方案，指導(dǎo)應(yīng)急救援和源強(qiáng)控制，同時(shí)將事故損失和行動(dòng)代價(jià)反饋給決策者，循環(huán) 此過程，最終使事故損失和控制代價(jià)達(dá)到最優(yōu)，獲得最優(yōu)的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方案。
步驟九、將步驟八獲得的最優(yōu)的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方案提供給指揮者進(jìn)行決
策o
權(quán)利要求
一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，其特征在于包括步驟如下步驟一、根據(jù)核化事故的位置，人工監(jiān)測事故源強(qiáng)，并確定核化事故模擬范圍；步驟二、根據(jù)步驟一得到的核化事故模擬范圍，獲得核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果；步驟三、根據(jù)步驟一得到的核化事故模擬范圍，獲得核化事故模擬范圍的氣象觀測網(wǎng)實(shí)時(shí)觀測的數(shù)據(jù)；步驟四、將步驟二的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果與步驟三獲得的氣象觀測網(wǎng)實(shí)時(shí)觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行同化；步驟五、如果是化學(xué)事故，執(zhí)行步驟六；如果是核事故，執(zhí)行步驟七；步驟六、獲得化學(xué)事故預(yù)警信息；轉(zhuǎn)到步驟八；步驟七、獲得核事故預(yù)警信息；步驟八、制定基于自然控制論的優(yōu)化控制方案；在步驟六或步驟七對核化事故后果進(jìn)行預(yù)測的基礎(chǔ)上，制定基于自然控制論的優(yōu)化控制方案；其具體操作步驟如下第1步建立基于自然控制論的優(yōu)化控制模型自然控制論的思想是把自然和人類社會看作是一個(gè)整體，研究自然環(huán)境的自控行為與人工調(diào)控的機(jī)理以及人工調(diào)控的理論、方法和技術(shù)，以解決人類面臨的環(huán)境和發(fā)展問題，達(dá)到人類與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)和持續(xù)發(fā)展；運(yùn)用自然控制論，將核化事故風(fēng)險(xiǎn)控制的核心問題的理論框架描述如下設(shè)進(jìn)行控制時(shí)，要利用的自然環(huán)境變量(如氣象、地形等因素)為集合X(r，t)，它隨空間r與時(shí)間t改變；與之有關(guān)的人文變量(應(yīng)急救援方案和事故源控制方案)為Y(r，t)，人文變量作用在自然環(huán)境X(r，t)上，自然環(huán)境X(r，t)的演變同時(shí)受自身及人文變量Y(r，t)所影響，可由微分方程描述如下 <mrow><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><mi>X</mi> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><mi>t</mi> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>L</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>X</mi> <mo>,</mo> <mi>Y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>初條件 <mrow><mi>X</mi><msub> <mo>|</mo> <mrow><mi>t</mi><mo>=</mo><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow>邊條件 <mrow><mi>Λ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>X</mi> <mo>,</mo> <mi>Y</mi> <mo>,</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mo>|</mo> <mrow><mo>∂</mo><mi>Ω</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mi>G</mi> </mrow>約束條件a.人類活動(dòng)能力限制(如應(yīng)急力量有限、疏散路徑和交通工具限制等)‖Y‖≤Cb.改變后污染物濃度達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)‖X-XP‖≤D目標(biāo)函數(shù)求最優(yōu)(事故損失和控制代價(jià)最小)M(X，Y)＝min第2步求解基于自然控制論的優(yōu)化控制模型通過對上述最優(yōu)控制問題進(jìn)行求解，將通過優(yōu)化后的控制方案反饋給事故源，根據(jù)控制后的事故源重新進(jìn)行預(yù)測，得出新的預(yù)測結(jié)果，根據(jù)新的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，得到更優(yōu)的應(yīng)急方案，指導(dǎo)應(yīng)急救援和源強(qiáng)控制，同時(shí)將事故損失和行動(dòng)代價(jià)反饋給決策者，循環(huán)此過程，最終使事故損失和控制代價(jià)達(dá)到最優(yōu)，獲得最優(yōu)的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方案；步驟九、將步驟八獲得的最優(yōu)的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方案提供給指揮者進(jìn)行決策。
2. 如權(quán)利要求1所示的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，其特征在于步驟六獲得化學(xué)事故預(yù)警信息，其操作步驟如下第1步擴(kuò)散模式根據(jù)步驟一獲得的事故源強(qiáng)的監(jiān)測結(jié)果，調(diào)用步驟四獲得的氣象場和相應(yīng)的化學(xué)源強(qiáng)模式，對化學(xué)事故濃度場或劑量場進(jìn)行計(jì)算；第2步根據(jù)擴(kuò)散模擬結(jié)果，指導(dǎo)對保護(hù)目標(biāo)的應(yīng)急監(jiān)測，將應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果和擴(kuò)散模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，得出危害范圍、危害等級、危害開始時(shí)間、危害持續(xù)時(shí)間和傷亡發(fā)展態(tài)勢等應(yīng)急的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)；第3步根據(jù)危害預(yù)測與應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)同化結(jié)果和預(yù)警指標(biāo)體系，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布相應(yīng)的預(yù)警信息。
3. 如權(quán)利要求1所示的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，其特征在于步驟七獲得核事故預(yù)警信息，其操作步驟如下第1步擴(kuò)散模式根據(jù)事故源監(jiān)測結(jié)果，調(diào)用經(jīng)過數(shù)據(jù)同化的氣象場和核素?cái)?shù)據(jù)庫，計(jì)算核事故劑量場的時(shí)空分布，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)調(diào)用核劑量模式，計(jì)算核事故的劑量場分布；第2步根據(jù)擴(kuò)散模擬結(jié)果指導(dǎo)應(yīng)急監(jiān)測，將應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果和擴(kuò)散模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，得出撤離范圍、服碘范圍、隱蔽范圍以及撤離、服碘、隱蔽的縱深和面積等應(yīng)急的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)；第3步根據(jù)危害預(yù)測與應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)同化結(jié)果和預(yù)警指標(biāo)體系，發(fā)布相應(yīng)的預(yù)警信息。
4. 如權(quán)利要求1、2、3所示的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，其特征在于步驟二獲得核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果，其具體操作步驟如下第1步應(yīng)用全球尺度的背景場，作為氣象預(yù)報(bào)模式初始場，調(diào)用核化事故模擬范圍的GIS數(shù)據(jù)作為邊界條件，通過多層網(wǎng)格嵌套，滾動(dòng)并行計(jì)算，預(yù)報(bào)未來數(shù)十小時(shí)內(nèi)核化事故模擬范圍的氣象場，包括風(fēng)場、湍流量、溫度場、氣壓場等；第2步將第1步得到的尺度大的模式預(yù)報(bào)結(jié)果作為初步結(jié)果，應(yīng)用分辨率高的數(shù)值模式進(jìn)行精確的預(yù)報(bào)，得出核化事故模擬范圍的風(fēng)場、湍流量的預(yù)報(bào)結(jié)果。
5. 如權(quán)利要求2、3所示的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，其特征在于步驟六第2步或步驟七第2步的數(shù)據(jù)同化方法如下假設(shè)某點(diǎn)的預(yù)測結(jié)果為c(x，y) 二Cp或d(x，y) = dp，監(jiān)測結(jié)果為c (x， y) 二Cm或d(x，y) = dm，則該點(diǎn)的最終結(jié)果為:c(x， y) = max(Cp， cm)或d(x， y) = max(dp， dm)如果Cm > Cp或dm > dp，將該數(shù)據(jù)反平方插值到周圍的網(wǎng)格中；其中，X， y為坐標(biāo)值；C為污染物濃度；Cm為監(jiān)測濃度；Cp為污染物閾值濃度；d為污染物劑量；dm為監(jiān)測劑量；dp為閾值劑量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，屬于危害控制領(lǐng)域。本發(fā)明首先對核化事故危害進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，然后在對核化事故后果進(jìn)行預(yù)測的基礎(chǔ)上，制定基于自然控制論的優(yōu)化控制方案。本發(fā)明提出的一種基于自然控制論的核化事故應(yīng)急優(yōu)化控制方法，能夠既能到達(dá)核化事故應(yīng)急控制的目標(biāo)，又能使控制付出的代價(jià)和事故損失最小，實(shí)現(xiàn)對核化事故應(yīng)急的最優(yōu)控制。
文檔編號G05B19/048GK101738968SQ20091024179
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者劉峰, 姬壯周, 張遠(yuǎn)航, 王新明, 陳海平, 黃順祥 申請人:中國人民解放軍防化指揮工程學(xué)院