放射性核素释放时序的分段平滑反演方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种放射性核素释放时序的分段平滑反演方法及系统，包括S1、输入并归一化输运矩阵和观测向量；S2、初始化校正系数向量和源项泄漏率σ

【技术实现步骤摘要】
放射性核素释放时序的分段平滑反演方法及系统


[0001]本专利技术涉及核应用
，特别是关于一种放射性核素释放时序的分段平滑反演方法及系统。

技术介绍

[0002]放射性核素(源项)发生泄漏时，其泄漏率的时序变化特征，是评估放射性核素泄漏后果的重要信息之一。在事故情况下，如切尔诺贝利核事故与福岛核事故中，因气象条件、泄漏源以及浓度监测的时空信息有限且存在大量不确定性，无法从物理上直接重建时序连续的源项泄漏率信息，只能近似得到分段平滑的泄露率估计结果。这种分段平滑的形式假设瞬时泄漏率在有限的时间窗口内被认为是不变的，允许其在时间窗口的边界发生急剧跃升或跌落。分段平滑虽然会损失某些源项释放的细节，但是与事故情况下的各种环境监测结果更为吻合，被广为接受。但迄今为止，对于核事故，只能通过专家决策方法才能获得此类分段平滑的泄漏率曲线，需要大量的人工操作，带有主观性和不确定性。
[0003]反演方法通过最小化大气扩散模型预测和环境监测之间的差异来估计泄漏率的时序变化，其数学框架更清晰，结果更为客观。但由于核事故中放射性核素大气排放的反演是一个病态问题，所估计泄漏率存在大量不实的振荡，不具备物理意义和分段平滑的特征，是当前反演方法的核心瓶颈。
[0004]环境监测的不足和大气扩散模型的不确定性是造成上述缺陷的核心原因，也是反演亟待解决的两方面问题。现有反演方法主要通过正则化技术，将泄漏率的粗略猜测作为先验合并到反演过程中，以缓解病态性。但这些先验信息难以精确构造，自身偏差大，不足以填补环境监测数据的不足，导致求解结果依然有大量震荡。而另一方面，大气扩散模型的不确定性已经被公认无法避免，现有反演方法尚且无法矫正，会放大并加剧震荡现象。上述两方面原因导致反演无法获得分段平滑的泄漏率估计结果。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够使得泄漏率的时序轮廓具备分段平滑特征、并与真实情况更为吻合的放射性核素释放时序的反演方法及系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种放射性核素释放时序的分段平滑反演方法，包括：
[0008]S1、输入并归一化输运矩阵和观测向量；
[0009]S2、初始化校正系数向量和源项泄漏率σ
n
，n表示模拟的时间步长；
[0010]S3、输入迭代次数N
max
、正则化系数λ、L1正则化项系数α以及收敛条件kerneltol和xtol；
[0011]S4、更新对角校正系数矩阵W
m
×
m
，m为完整模拟时段中测点提供的数据量大小；
[0012]S5、利用第k
‑
1步对角校正系数矩阵W
k
‑1更新第k步源项泄漏率σ
k
；
[0013]S6、利用第k步源项泄漏率σ
k
更新第k步校正系数向量
[0014]S7、将校正系数向量的中心距进行归一化处理；
[0015]S8、判断第k步和第k
‑
1步的校正系数向量的相对误差是否达到收敛条件kerneltol，如果达到收敛条件，则进入S9；若没有达到，判断第k步和第k
‑
1步的泄漏率估计值σ的相对误差是否达到收敛条件xtol，如果达到收敛条件，则进入S9；若没有达到收敛条件，进一步判断是否达到迭代次数N
max
，如果达到迭代次数，则进入S9，否则进入S4；
[0016]S9、将迭代得到的泄漏率向量σ
n
进行反归一化，得到基于稀释观测输入的源项反演结果，即得到分段平滑的源项泄漏率u。
[0017]进一步地，上述S1的具体过程包括：
[0018]输运矩阵H
m
×
n
的归一化表示为H
m
×
n
/coef；
[0019]观测向量y
obsm
的归一化表示为y
obsm
/coef；
[0020]其中，归一化因子coef取观测向量y
obsm
绝对值中的最大元素。
[0021]进一步地，上述S2的具体过程包括：
[0022]初始化校正系数向量即将其元素全设为1；
[0023]初始化源项泄漏率向量σ
n
，即将向量中所有元素设置为0。
[0024]进一步地，上述S3中的收敛条件kerneltol的判定公式为：
[0025]第k步和第k
‑
1步的校正系数向量的相对误差小于kerneltol时，迭代终止，kerneltol＝1e
‑
5。
[0026]进一步地，上述S3中的收敛条件xtol的判定公式为：
[0027]第k步和第k
‑
1步的泄漏率估计值σ的相对误差小于xtol时，迭代终止，xtol＝1e
‑
4。
[0028]进一步地，上述S5更新第k步源项泄漏率σ
k
的公式为：
[0029][0030]式中，ε为更新步长；H为输运矩阵；f为观测值；为导数算子，对应L1
‑
正则化项，对应全变分正则化项。
[0031]进一步地，上述S7将校正系数向量的中心距进行归一化处理采用MCD方法，具体为：
[0032][0033][0034][0035]第二方面，本专利技术还提供一种放射性核素释放时序的分段平滑反演系统，系统包括：
[0036]参数输入单元，被配置为输入输运矩阵、观测向量、迭代次数N
max
、正则化系数λ、L1正则化项系数α以及收敛条件kerneltol和xtol；
[0037]参数初始化单元，被配置为初始化校正系数向量和源项泄漏率σ
n
，n表示模拟的时间步长；
[0038]对角校正系数更新单元，被配置为更新对角校正系数矩阵W
m
×
m
，m为完整模拟时段中测点提供的数据量大小；
[0039]更新源项泄漏率单元，被配置为利用第k
‑
1步对角校正系数矩阵W
k
‑1更新第k步源项泄漏率σ
k
；
[0040]校正系数向量更新单元，被配置为利用第k步源项泄漏率σ
k
更新第k步校正系数向量
[0041]校正系数向量处理单元，被配置为将校正系数向量的中心距进行归一化处理；
[0042]迭代判断单元，被配置为判断是否满足设定的迭代条件；
[0043]源项泄漏率曲线u计算单元，被配置为将迭代得到的泄漏率向量σ
n
进行反归一化，得到基于稀释观测输入的源项反演结果，即得到分段平滑的源项泄漏率u。
[0044]第三方面，本专利技术还提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放射性核素释放时序的分段平滑反演方法，其特征在于包括：S1、输入并归一化输运矩阵和观测向量；S2、初始化校正系数向量和源项泄漏率σ
n
，n表示模拟的时间步长；S3、输入迭代次数N
max
、正则化系数λ、L1正则化项系数α以及收敛条件kerneltol和xtol；S4、更新对角校正系数矩阵W
m
×
m
，m为完整模拟时段中测点提供的数据量大小；S5、利用第k
‑
1步对角校正系数矩阵W
k
‑1更新第k步源项泄漏率σ
k
；S6、利用第k步源项泄漏率σ
k
更新第k步校正系数向量S7、将校正系数向量的中心距进行归一化处理；S8、判断第k步和第k
‑
1步的校正系数向量的相对误差是否达到收敛条件kerneltol，如果达到收敛条件，则进入S9；若没有达到，判断第k步和第k
‑
1步的泄漏率估计值σ的相对误差是否达到收敛条件xtol，如果达到收敛条件，则进入S9；若没有达到收敛条件，进一步判断是否达到迭代次数N
max
，如果达到迭代次数，则进入S9，否则进入S4；S9、将迭代得到的泄漏率向量σ
n
进行反归一化，得到基于稀释观测输入的源项反演结果，即得到分段平滑的源项泄漏率u。2.根据权利要求1所述的放射性核素释放时序的分段平滑反演方法，其特征在于，上述S1的具体过程包括：输运矩阵H
m
×
n
的归一化表示为H
m
×
n
/coef；观测向量y
obsm
的归一化表示为y
ob
s
m
/coef；其中，归一化因子coef取观测向量y
obsm
绝对值中的最大元素。3.根据权利要求1所述的放射性核素释放时序的分段平滑反演方法，其特征在于，上述S2的具体过程包括：初始化校正系数向量即将其元素全设为1；初始化源项泄漏率向量σ
n
，即将向量中所有元素设置为0。4.根据权利要求1所述的放射性核素释放时序的分段平滑反演方法，其特征在于，上述S3中的收敛条件kerneltol的判定公式为：第k步和第k
‑
1步的校正系数向量的相对误差小于kerneltol时，迭代终止，kerneltol＝1e
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：方晟，董信文，庄舒涵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：