автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Компьютерное моделирование последствий ядерной аварии и результатов применения защитных мероприятий

Введение.

1. Методы и компьютерные системы оценки последствий ядерной аварии.

1.1 Обзор компьютерных систем моделирования последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды.

1.2 Системы поддержки принятия решений при послеаварийном управлении.

1.3 Структура системы RODOS.

2. Модели последствий радиоактивного загрязнения и методы оценки эффективности защитных мероприятий.

2.1. Модели загрязнения сельскохозяйственной продукции.

2.2. Моделирование результатов применения защитных мероприятий.

2.3. Методы оценки эффективности защитных мероприятий

2.4. Использование случайных величин в моделях радиоактивного загрязнения и методы оценки неопределенности.

3. Компьютерная система поддержки принятия решений в агросфере в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии.

3.1. Структура системы.

3.2. Принципы и особенности реализации.

3.3. Базы данных и система электронных карт.

3.4. Анализ и представление исходных данных.

Настоящая работа посвящена разработке и созданию моделей и компьютерных средств анализа защитных мероприятий в сельском хозяйстве в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии. Основное внимание уделяется созданию интегрированной компьютерной системы, позволяющей использовать агроэкологическую и радиоэкологическую информацию, соответствующие математические модели, электронные карты и графический интерфейс пользователя для оценки загрязнения сельскохозяйственной продукции 137Сз , дозовых нагрузок сельского населения и результатов применения контрмер.

Комплексный характер крупномасштабных и долгосрочных последствий ядерной аварии требует использования целого ряда моделей и компьютерных систем для анализа последствий и сравнения множества альтернатив при принятии решений о реализации защитных и восстановительных мероприятий. Однако, использование компьютерных систем в процессе принятии решений по ликвидации долгосрочных последствий Чернобыльской аварии нельзя назвать удовлетворительным. Это вызвано, в частности, тем, что большинство разработанных компьютерных систем предназначены для анализа последствий в острый период ликвидации аварий, для контроля источника и локальных выбросов, или носят информационно-справочный характер; отдельные модели предназначены для решения конкретных задач или исследований (вертикальная миграция радионуклидов, оценка доз).

Для решения многих практических задач на уровне района или отдельного хозяйства в зонах, подвергшихся радиоактивному загрязнению, необходимы компьютерные средства организации данных мониторинга и прогнозирования загрязнения сельскохозяйственной продукции в сочетании с удобными средствами визуализации данных, в первую очередь картографических. Возможность использования коммерческих картографических пакетов и геоинформационных систем (ГИС) в этих целях ограничивается, во-первых, их высокой стоимостью, и, во-вторых, ограниченными возможностями по использованию математических моделей в среде ГИС. В то же время такие системы, как RODOS или УИС «Чернобыль» (ИБ-РАЭ) , рассчитаны прежде всего на национальный или международный уровень в принятии решений.

В результате выполнения настоящей работы впервые

1. Созданы комплекс математических моделей и соответствующие библиотеки компьютерных модулей, позволяющих оценивать последствия радиоактивного загрязнения и результаты применения защитных мероприятий в отдаленный период после ядерной аварии и инкапсулирующих методы работы с электронными картами, базами данных, средствами представления и интерфейсом пользователя.

2.Разработаны алгоритмы, библиотеки классов и компьютерная система для исследования неопределенностей в широком классе прикладных задач.

3.Разработана компьютерная система поддержки принятия решений по применению защитных мер в агросфере в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии, основанная на использовании технологии геоинформационных систем и реализованная вне среды картографического пакета.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Комплекс математических моделей и соответствующая библиотека компьютерных модулей для оценки последствий радиоактивного загрязнения и результатов применения защитных мероприятий в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии (загрязнение сельскохозяйственной продукции растениеводства и животноводства, внешние и внутренние дозы облучения населения, результаты применения контрмер и комплексные критерии их эффективности).

2. Библиотека компьютерных модулей и программный комплекс КАЫЮГЦЫСТ для оценки распределения функций от случайных величин.

3. Структура интегрированной компьютерной системы, включающей :

• комплекс математических моделей;

• базы данных;

• систему электронных карт;

• библиотеку алгоритмов и модулей; 7

• интерфейс пользователя.

4. Геоинформационная компьютерная система РЯАЫА для поддержки принятия решений по применению защитных мер в аг-росфере в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии.

Заключение

В результате выполнения настоящей работы были получены следующие результаты:

1. Разработан комплекс математических моделей и соответствующая библиотека компьютерных модулей для оценки последствий радиоактивного загрязнения и результатов применения защитных мероприятий в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии (загрязнение сельскохозяйственной продукции растениеводства и животноводства, внешние и внутренние дозы населения, результаты применения контрмер и комплексные критерии их эффективности).

2. Разработана библиотека компьютерных модулей и программный комплекс ЯАЖ>Г(ЖСТ для оценки распределения функций от случайных величин.

3. Разработана структура интегрированной компьютерной системы, включающей:

• комплекс математических моделей;

• базы данных;

• систему электронных карт;

• библиотеку алгоритмов и модулей;

• интерфейс пользователя.

4. Создана геоинформационная компьютерная система РЯАЫА для поддержки принятия решений по применению защитных мер

113 в агросфере в долгосрочный период ликвидации последствий ядерной аварии.

1.Андрессон Е.В., Арутюнян Р.В., Евстратов Е.В. и др. Современные динамические модели миграции радионуклидов в пищевых цепочках. Препринт NS1.27-94. М. : ИБРАЭ РАН, 1994. - 42 с.

2. Brown, J and Simmonds, J.R. FARMLAND: A Dynamic Model for the Transfer of Radionuclides through Terrestrial Foodchains. NRPB-R273. London, HMSO. 1995. - 67 p.

3. Muller, H. and Prohl, G. ECOSYS-87: A Dynamic Model for Assessing Radiological Consequences of Nuclear Accidents. // Health Physics. 1993. - V.64 - № 3. - P.232- 252.

4. Whicker F. W., Kirchner T.B. PATHWAY: A Dynamic Food-Chain Model to Predict Radionuclide Ingestion After Fallout Deposition. // Health Physics. 1987. - V.52.- №6. P. 717 - 737.

5. Каневский М.Ф., Краюшкин И.Е., Коптелова H.А. и др. Разработка прикладных интегрированных систем в радиоэкологии. / В сб.: Проблемы безопасного развития атомной энергетики. М.: Наука, 1993. С. 165 - 195.

6. Арутюнян Р.В., Большов Л.А., Каневский М.Ф. и др. Интегрированные системы для поддержки принятия решений в области радиоэкологии. // Изв. Академии Наук. Энергетика. 1995. - № 3. - С. 20 - 25.

7. Crick M.J., Hofer E., Jones J.A., Haywood S.M. Uncertainty analysis of the foodchain and atmospheric dispersion modules of MARC. NRPB-R814. London, HMSO. -1988. 47p.

8. Fisher F., Ehrhardt J., Hasemann I. Uncertainty and sensitivity analysis of the complete program system UFOMOD and of selected submodels. / Rep. KfK 4 627. -1990. 198p.

9. PC COSYMA (Version 2): an accident consequence assessment package for use on a PC. Jones, J A, Mansfield, P A, Haywood, S M, Hasemann, I, Steinhauer, С, Ehrhardt, J, and Faude D. / EUR 16239, CEC, Brussels. 1995. -96 p.

10. MELCOR Accident Consequence Code System (MACCS). Model Description. NUREG/CR-2552. SAND82-0342. 1984.

11. Stubna M., Kusovska Z. RTARC: A Computer Code for Radiological Severe Accident Consequence Assessment Models and Code Description. // Rad. Prot. Dosimetry. -1993. V.50. - №2-4. - P. 135 - 139.

12. Baverstam U. Small, Simple but Useful: the SSI Approach to a Real-Time System for Decision Making Support. // Rad. Prot. Dosimetry. 1993. - V.50. - №24. - P. 93 - 97.

13. Carson B.H., Glantz C.S., Conrad B.S. Modelling of Off-Site Radiological Dose Consequences from an Accidental Airborne Release at the Susquehanna Steam Electric Station. // Rad. Prot. Dosimetry. 1993. - V.50. - №2-4. - P. 99 - 106

14. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИНТЕГ, 1998. - 376с.

15. Jackson R.L. RIMNET: The United Kingdom Government System for Response to Overseas Nuclear Accidents. // Rad. Prot. Dosimetry. 1993. - V.50. - №2-4. - P. 171 - 176.

16. Weiss W., Leeb H. IMIS The German Integrated Radioactivity Information and Decision Support System. // Rad. Prot. Dosimetry. - 1993. - V.50. - №2-4. - P. 163 - 170.

17. Chino M., Ishikawa H. , Yamazawa H. SPEEDI and WSPEEDI: Japanese Emergency Response Systems to Predict Radiological Impacts in Local and Worldwide Areas due to a Nuclear Accident. // Rad. Prot. Dosimetry. 1993.- V.50. №2-4. - P. 145 - 152.

18. Shershakov V.M., Borodin R.V., Kosykh V.S. Radioe-cological Analysis Support System (RECASS). // Rad. Prot. Dosimetry. 1993. - V.50. - №2-4. - P. 181 -184 .

19. Осипьянц И.А. Компьютерные информационно-моделирующие системы для задач защиты населения и окружающей среды на промежуточной и поздней фазах радиационных аварий.

20. Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук. /ИБРАЭ. М. , 1998. 26 с.

21. Демьянов В.В. Анализ и моделирование загрязнения окружающей среды с применением методов геостатистики и искусственных нейронных сетей. Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук. /ИБРАЭ. М., 1998. - 23 с.

22. Ehrhardt J., Pasler-Sauer J., Schule 0. et al. Development of RODOS, a Comprehensive Decision Support System for Nuclear Emergencies in Europe an Overview. // Rad. Prot. Dosimetry. - 1993. - V.50. - №2-4. - P. 195 - 203.

23. Ehrhardt J. The RODOS System: Decision Support for Off-Site Emergency Management in Europe. // Rad. Prot. Dosimetry. 1997. - V.73. - №1-4. - P. 35 - 40.

24. Schule О. and Rafat M. The Software Framework of RODOS. // Rad. Prot. Dosimetry. 1997. - V.73. - №1-4.- P. 41 44

25. Сельскохозяйственная радиоэкология./ под ред. Корнее-ва Н.А, Алексахина Р.М/. М.: Экология, 1991.

26. The transfer of radionuclides through the terrestrial environment to agricultural products, including the evaluation of agrochemical practices. / Ed. by G. Ra-uret, S. Firsakova. ECP2 Final report, EUR 16528 EN -1996. - 182 p.

27. Behaviour of radionuclides in natural and semi-natural environments. / Ed. by M.Belli, F.Tikhomirov. -ECP5 Final report, EUR 16528 EN. 1996. - 147 p.

28. Transfer of radionuclides to animals, their comparative importance under different agricultural ecosystems and appropriate countermeasures. / Ed. by P.Strand, B.Howard, V.Averin. ECP9 Final report, EUR 16528 EN.- 1996. 249 p.

29. Корнеев H.A, Сироткин A.H. Основы радиоэкологии сельскохозяйственных животных. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 208 с.

30. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности.- М.: Энергоатомиздат, 1991.

31. Международный Чернобыльский Проект. Доклад Международного Консультативного Комитета: Оценка радиологиче-сих последствий и защитных мер. Технический доклад, МАГАТЭ, Вена, 1992.

32. Рекомендации по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения территории в результате аварии на ЧАЭС на период 1991 1995 гг. /Под ред. P.M.Алексахина. - М.: Госагропром СССР, 1991. - 58 с.

33. Руководство по применению контрмер в сельском хозяйстве в случае аварийного выброса радионуклидов в окружающую среду. МАГАТЭ, Вена, 1994 г. IAEA-TECDOC-745

34. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96). Гигиенические нормативы ГН 2.6.1.054-96. М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996. 127 с.

35. International Basic Safety Standards for Protection against Ionizing Radiation and for the Safety of Radiation Sources. Safety series. № 115-1. Vienna: IAEA, 1994.

36. International Commission on Radiological Protection, 1990 Recommendations of ICRP, Publication № 60. Oxford: Pergamon Press, 1991.

37. Федеральный Закон «О радиационной безопасности населения». Принят Государственной Думой Российской Федерации 5 декабря 1995 г. М. 1995.

38. Б.И.Яцало, Р.М.Алексахин, О.А.Мирзеабасов Оптимизация радиационной защиты в агросфере: методы и компьютерные системы поддержки принятия решений. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. - Т.37. - Вып.4. С.705 - 718.

39. Яцало Б.И., Ратников А.Н., Мирзеабасов О.А. Радиолого-экономическая оценка эффективности сельскохозяйственных мероприятий на загрязненных территориях. // Доклады Российской Академии сельскохозяйственных наук. -199 6. № 2. -С. 6-8.

40. Kumazawa S., Numakunai Т. Why do we need dose distribution models? // Rad. Prot. Dosimetry. 1991. - V. 36. - № 2 - 4. - P. 269 - 273.

41. Breshears D.D., Kirchner T.B., Otis M.D., Whicker F.W. Uncertainty in Predictions of Fallout Radionuclides in Foods and of Subsequent ingestions. // Health Physics. 1989. - V. 57. - № б. - P. 943 - 953.

42. Vaas L.H., Blaauboer R.O., Leenhouts H.P. Radiation Sources, Doses and Dose Distributions in the Netherlands. // Rad. Prot. Dosimetry. 1991. - V. 36. -№2-4. -P. 89-92.

43. Kritidis P. Problems Related to the Evaluation of Critical Group Doses. // Rad. Prot. Dosimetry. 1991. -V. 36. - № 2 - 4. - P. 285 - 288.

44. Фесенко C.B., Черняева JI.Г., Санжарова Н.И., Алекса-хин P.M. Вероятностный подход к прогнозированию радиоактивного загрязнения сельскохозяйственной продукции. // Атомная Энергия. 1993. - Т. 74. - Вып. 6. - С. 507- 513.

45. Яцало Б.И., Мирзеабасов O.A., Охрименко И.В., Пичуги-на И.А. Использование вероятностных методов в радиологических исследованиях. // Атомная Энергия. 1994. -Т.76. - Вып.6. - С. 52 6 - 530.

46. B.I.Yatsalo, О.A.Mirzeabassov, I.V.Okhrimenko, I.А.Pichugina. Probabilistic methods in radioecology: evident advantages and non-trivial problems. /Proc. of the 1996 Intern. Congr. on Rad. Prot. IRPA9. Vienna, April 14-19, 1996. - V.2. - P.748.

47. Боровков A.A. Теория вероятностей. M.: Наука, 1976.- 352 с.

48. Федоренко Р. П. Введение в вычислительную физику. М.: Изд-во МФТИ, 1994. 528 с.

49. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии.- М.: «Финансы и Статистика», 1998. 288 с.

50. Калверт Ч. Borland C++Builder 3. Энциклопедия пользователя. К.: Издательство «Диасофт», 1998. - 800 с.

51. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд. М. : «Издательство Бином», 1998 г. - 560 с.

52. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. -М.: «Мир», 1989. 512 с.

53. Справочник по радиационной обстановке и дозам облучения в 1991 г. населения районов РФ, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на ЧАЭС. /Подред. M. И. Балонова. НИИ радиационной гигиены. С.Петербург, 1993. - 147 с.

54. B.Yatsalo, О.Mirzeabassov, I.Okhrimenko, I.Pichugina,

55. B.Lisyansky GIS-DSS for Analysis of ProtectiveMeasures After Nuclear Accident. / Proc. of Intern. Confer. "Problems of Ecoinformatics". Moscow, 8-9 Dec., 1998. -P.31-36.

56. IAEA. Intervention Criteria in a Nuclear or Radiation Emergency. Safety Series, № 109. Vienna, 1994.

57. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов (СанПиН 2.3.2.560-96).