CN117709576A - 一种核设施运行核安全指标量化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于核设施运行技术领域，具体涉及一种核设施运行核安全指标量化方法和系统。包括数据处理模块，安全数据库，权重组生成模块，计算模块和展示及报告模块；所述的数据处理模块对输入的故障数据进行预处理，然后存入安全数据库。展示及报告生成模块是用户交互控制的人机接口，通过展示及报告生成模块进行参数设置，通过权重生成模块或计算模块进行计算，生成数据存入安全数据库，计算模块和展示及报告模块再对计算结果进行展示。有益效果在于：通过该指标体系既能为现役核设施在一定运行周期内的运行核安全性能提供定量化的直观数据，也能为核安全监管部门的监督管理和运行维修保障部门的运行维护提供依据，提高核设施的运行核安全水平。

Description

一种核设施运行核安全指标量化方法和系统

技术领域

本发明属于核设施运行技术领域，具体涉及一种核设施运行核安全指标量化方法和系统。

背景技术

核设施包含系统设备众多，依赖海量数据进行运行核安全指标判断，往往难以把握，这给核设施安全带来了隐患。当前现有的核设施核安全状态定量评价指标体系中的定量评价过程没能够全面应用近年来积累的大量运行经验反馈数据，也没有能够有效的从核设施各安全相关系统、设备执行的安全功能完整性角度对其运行核安全状态进行评价。核设施已有多年的使用经验，核设施系统和设备问题暴露较为全面，积累了丰富、大量的运行经验反馈数据。因此需要以核设施运行管理典型故障信息为切入点，建立一种运行核安全指标量化方法，进而定量综合评价核设施安全水平，为控制干预措施制定及决策提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种核设施运行核安全指标量化方法和系统，基于前期积累的现役核设施运行故障反馈数据，进行处理、分类、分析计算，从而得到上一层特征参数(指标)的值(指标值)，按照权重组设置，逐层递推计算，可得到顶层指标的指标值，从而对核设施一定时间段内的运行核安全性能进行定量评估。

本发明的技术方案如下：一种核设施运行核安全指标量化系统，包括数据处理模块，安全数据库，权重组生成模块，计算模块和展示及报告模块；所述的数据处理模块对输入的故障数据进行预处理，然后存入安全数据库。展示及报告生成模块是用户交互控制的人机接口，通过展示及报告生成模块进行参数设置，通过权重生成模块或计算模块进行计算，计算的生成数据存入安全数据库，计算模块和展示及报告模块再对计算结果进行展示。

所述的数据处理模块用于对导入故障数据进行预处理，预处理过程为将从各个核设施收集到的故障数据进行清洗，去掉重复数据及明显错误数据，再根据底层预先定义的关键字字典，采用正则表达式匹配或语义识别方法，解析故障的描述信息，识别出所属的底层指标、所属系统、设备类型、故障类型，根据故障及故障类型，进行严重程度分级。

所述的安全数据库通过关系型数据库存储本系统配置数据、数据字典、输入原始数据、清洗后数据及计算结果数据，根据数据处理模块清洗后数据信息形成安全数据库的故障数据表，字段包括ID、描述、核设施号、系统、发生时间、底层指标组、设备类型、故障类型、严重程度，所采用的底层指标组字段为字符串格式，各所属底层指标ID直接用逗号隔开，构建安全数据库的指标配置表，字段包括指标ID、子指标组、指标名称、描述。

所述的权重组生成模块用于生成量化计算所需的权重组，提供三种权重组生成方式：用户自定义方式，由用户根据经验，自行设置各个指标的权重；对于每一个父指标，采用多元回归算法，通过将历史计算数据随机按4：1分为训练集和测试集，进行训练，生成各个子指标的权重值，汇总形成权重组根据指标的分层结构，以底层指标作为输入层，构建一个3层神经网络模型，输出值是总指标值，隐藏层各个神经元是二、三层父指标，通过训练得到整体误差最小时各个权重，存为权重组。

所述的计算模块根据用户的输入的任务信息，根据底层指标及权重组，进行计算，可分为单次计算、批量计算。

所述的单次计算通过选择核设施号，起始及结束时间，根据设置在安全数据库故障数据表中过滤选择符合要求的故障，先根据每个底层指标所包含的故障、故障的发生频率等级、严重程度等级、以及所选权重组中底层各个故障的权重分配，进行计算。

所述的批量计算是分析安全数据库故障数据表的数据，统计出所有的核设施类型、所有的发生年份，调用单次计算，得到每个核设施在各个年份的安全指标。

所述的展示及报告模块以树状列表根据安全数据库的指标配置表展示各个指标之间的分层关系，通过指示灯展示计算结果，根据指标值确定指示灯颜色，通过曲线、图表、柱状图，只管展示不同设备、不同时间段、相同指标对比及趋势，将计算结果输出成固定格式的报告，包括报表及曲线。

一种核设施运行核安全指标量化方法，包括如下步骤：

步骤1：从核设施故障数据文件导入故障数据，识别每一条记录，进行初步清洗，去除空白行及没有关键信息的数据；

步骤2：对数据去重，数值化、降噪，根据预先定义在安全数据库中的关键字字典表，采用正则表达式匹配的方法对故障类型进行归类，识别出所属的底层指标及严重程度，生成故障数据表，字段包括ID、描述、核设施号、系统、发生时间、底层指标组、设备类型、故障类型、严重程度；

对数据进行查看，管理，对于匹配不成功，无法确定底层指标的故障，将以列表展示，可通过管理功能手动设置所属底层指标；

步骤3：生成缺省的权重组，量化每个底层子指标对父指标的贡献率；

对于底层指标，设置分级区间，分级区间对应天数，严重程度系数，形成底层指标评分分级表，包含字段包括指标编号、级别1阈值，级别1对应无故障平均天数，级别2阈值，级别2对应无故障平均天数，级别3阈值，级别3对应无故障平均天数，级别4阈值，级别4对应无故障平均天数，级别5阈值，级别5对应无故障平均天数。

步骤4：进行自定义计算参数设置，包括：选择核设施、权重组，选择计算周期，然后开启计算，将根据设置条件去故障数据表中查询该核设施，该段计算周期的故障，统计出属于各个底层指标的故障，进一步用下列公式求出每个底层指标平均无故障天数

对照本计算所选择的权重组的底层指标评分分级表，进行线性转换，算出底层指标值；

再根据本计算所选择的权重组的权重组明细表，获取底层指标的权重，从而根据指公式下列公式求出第三层指标指标值：

用同样的方法递归算出第二层指标值，总指标值；

将上述计算的中间数据、结果数据均写入安全数据库计算结果数据表；

获取安全数据库计算结果数据表的数据，以树状结构展示，根据指标指确定指示灯颜色。

本发明的有益效果在于：通过该指标体系既可以为现役核设施在一定运行周期内的运行核安全性能提供定量化的直观数据，为其运行提供参考，也可以为核安全监管部门的监督管理和运行维修保障部门的运行维护提供依据，提高核设施的运行核安全水平。

附图说明

图1为本发明所提供的一种核设施运行核安全指标量化系统示意图；

图2为本发明所提供的一种核设施运行核安全指标量化方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

首先对本发明中涉及到的技术词汇做统一说明：

权重组：表示一组带有指标的权重信息和分数信息，标识下级指标对上级指标的贡献率。

任务：有目的的计算组合，可以在一次任务中执行多次计算，多次计算结果组成一个任务数据空间，进行曲线绘制、对比。

如图1所示，一种核设施运行核安全指标量化系统，包括数据处理模块，安全数据库，权重组生成模块，计算模块和展示及报告模块。

所述的数据处理模块对输入的故障数据进行预处理，然后存入安全数据库。展示及报告生成模块是用户交互控制的人机接口。用户通过展示及报告生成模块进行参数设置后，自动启动权重生成模块或计算模块进行计算，计算的生成数据存入安全数据库，计算模块和展示及报告模块再对计算结果进行展示。

所述的数据处理模块用于对导入故障数据进行预处理，预处理过程为将从各个核设施收集到的故障数据进行清洗，去掉重复数据及明显错误数据，再根据底层预先定义的关键字字典，采用正则表达式匹配或语义识别技术，解析故障的描述信息，识别出所属的底层指标、所属系统、设备类型、故障类型。根据故障及故障类型，进行严重程度分级。如因存在数据字典不全而无法解析的情况，对无法解析的记录，最终进行汇总，由用户自行打标，对新的标签将自动加入到数据字典。

所述的安全数据库通过关系型数据库存储本系统配置数据、数据字典、输入原始数据、清洗后数据及计算结果数据。根据数据处理模块清洗后数据信息形成安全数据库的故障数据表，字段包括ID、描述、核设施号、系统、发生时间、底层指标组、设备类型、故障类型、严重程度。因故障与底层指标是多对多映射关系，因此底层指标组字段采用字符串格式，各所属底层指标ID直接用逗号隔开。构建安全数据库的指标配置表，字段包括指标ID、子指标组、指标名称、描述。因一个指标可能包含多个子指标，子指标组字段采用字符串格式，子指标ID直接用逗号隔开。

所述的权重组生成模块用于生成量化计算所需的权重组，提供三种权重组生成方式：用户自定义方式，由用户根据经验，自行设置各个指标的权重；对于每一个父指标，采用多元回归算法，通过将历史计算数据随机按4：1分为训练集和测试集，进行训练，生成各个子指标的权重值，汇总形成权重组根据指标的分层结构，以底层指标作为输入层(特征)，构建一个3层神经网络模型，输出值是总指标值，隐藏层各个神经元是二、三层父指标，通过训练得到整体误差最小时各个权重，存为权重组。

所述的计算模块根据用户的输入的任务信息，根据底层指标及权重组，进行计算，可分为单次计算、批量计算。

单次计算是由用户自行选择核设施号，起始及结束时间，根据设置在安全数据库故障数据表中过滤选择符合要求的故障，先根据每个底层指标所包含的故障、故障的发生频率等级、严重程度等级、以及所选权重组中底层各个故障的权重分配，进行计算。其中缺省将严重程度分为严重、重大、一般、异常，对应系数分别为4,2,1,0.3。缺省每个底层指标统计天数与指标值对应关系分为5级，<20天，指标值在0～0.2之间根据天数线性计算，20～40天，指标指在0.2～0.4之间线性计算，依次类推，形成分段函数，当天数大于120天，指标值为1。在上述计算开始之前，可通过配置窗口，对缺省值进行修改。

每个底层指标平均无故障天数＝统计天数\求和(统计出的该段时间的每一类设备故障次数*严重程度)。

得到每个底层指标值。再根据指标配置表里的配置、所选权重组中对应的权重值以及底层指标值算出上一级指标值，指标值＝求和(子指标值*对应的权重)，用同样的方法递归算出总指标值。

批量计算是分析安全数据库故障数据表的数据，统计出所有的核设施类型、所有的发生年份，自动调用单次计算，得到每个核设施在各个年份的安全指标。

所述的展示及报告模块以树状列表根据安全数据库的指标配置表展示各个指标之间的分层关系，通过指示灯展示计算结果，根据指标值确定指示灯颜色，如果<0.2绿色，大于0.8为红色。通过曲线、图表、柱状图，只管展示不同设备、不同时间段、相同指标对比及趋势，将计算结果输出成固定格式的报告，包括报表及曲线。

一种核设施运行核安全指标量化方法，首先要根据核实施安全特性，建立自上而下树状的分层关系，例如运行核安全性能指标是1层指标，依赖的二层指标是反应性控制功能指标，堆芯热量导出指标，放射性物资包容指标，环境保障功能指标，安全系统支持功能指标。每一个二层指标又依赖若干三层指标，每个三层指标又依赖若干底层指标。根据上述分层关系，构建安全数据库的指标配置表，字段包括指标ID、子指标组、指标名称、描述。

如图2所示，一种核设施运行核安全指标量化方法，包括如下步骤：

步骤1：

通过数据处理模块从核设施故障数据文件(excel)导入故障数据，识别每一条记录，进行初步清洗，去除空白行及没有关键信息的数据。

步骤2：

通过数据处理模块对数据去重，数值化、降噪，根据预先定义在安全数据库中的关键字字典表，采用正则表达式匹配的方法对故障类型进行归类，识别出所属的底层指标及严重程度，生成故障数据表，字段包括ID、描述、核设施号、系统、发生时间、底层指标组、设备类型、故障类型、严重程度。因故障与底层指标是多对多映射关系，因此底层指标组字段采用字符串格式，各所属底层指标ID直接用逗号隔开。

通过数据处理模块管理功能及展示及报告生成对数据进行查看，管理，对于匹配不成功，无法确定底层指标的故障，将以列表展示，可通过管理功能手动设置所属底层指标。

步骤3：

通过权重组生成模块，生成缺省的权重组，量化每个底层子指标对父指标的贡献率。此权重组定义可依赖经验公式，根据不同估算策略(悲观估算、乐观估算、最佳估算)等，设置保存，也可采用训练的深度学习模型进行计算，得出一组准确率较高的权重系数。通过本步骤形成权重组清单表和权重组明细表。

对于底层指标，设置分级区间，分级区间对应天数，严重程度系数，形成底层指标评分分级表，包含字段包括指标编号、级别1阈值，级别1对应无故障平均天数，级别2阈值，级别2对应无故障平均天数，级别3阈值，级别3对应无故障平均天数，级别4阈值，级别4对应无故障平均天数，级别5阈值，级别5对应无故障平均天数。

步骤4：

在上述工作完成后，可通过展示及报告生成模块进行自定义计算参数设置，包括：选择核设施、权重组，选择计算周期，然后开启计算，计算模块将根据设置条件去故障数据表中查询该核设施，该段计算周期的故障，统计出属于各个底层指标的故障，进一步用下列公式求出每个底层指标平均无故障天数

进一步对照本计算所选择的权重组的底层指标评分分级表，进行线性转换，算出底层指标值。

进一步再根据本计算所选择的权重组的权重组明细表，获取底层指标的权重，从而根据指公式下列公式求出第三层指标指标值：

用同样的方法递归算出第二层指标值，总指标值。

进一步，将上述计算的中间数据、结果数据(每个底层指标平均无故障天数、底层指标值、第三层指标值，第二层指标值，总指标值)均写入安全数据库计算结果数据表。

进一步展示及报告生成模块获取安全数据库计算结果数据表的数据，以树状结构展示，根据指标指确定指示灯颜色。

通过展示及报告生成模块，可选择将本次计算结果输出成报告，报告内容，包括本次计算所用到的数据信息(核设施、权重组，计算周期、各个底层指标的故障明细、每个底层指标平均无故障天数、权重组明细表、各层指标)。

同样，本方法的批量计算功能，缺省将自动对最近3年(批量计算的年份也可以自定义配置)、各个核设施按年计算，也就是对于n个核设施，将自动开启3*n次计算，步骤同上述自定义计算，并用趋势图、雷达图、柱状图进行不同设施，同一设施不同时间周期运行指标对比展示，亦可通过展示及报告生成模块对批量计算结果导出，包括3*n次计算信息。

Claims (10)

1.一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：包括数据处理模块，安全数据库，权重组生成模块，计算模块和展示及报告模块；

所述的数据处理模块对输入的故障数据进行预处理，然后存入安全数据库；展示及报告生成模块是用户交互控制的人机接口，通过展示及报告生成模块进行参数设置，通过权重生成模块或计算模块进行计算，计算的生成数据存入安全数据库，计算模块和展示及报告模块再对计算结果进行展示。

2.如权利要求1所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的数据处理模块用于对导入故障数据进行预处理，预处理过程为将从各个核设施收集到的故障数据进行清洗，去掉重复数据及明显错误数据，再根据底层预先定义的关键字字典，采用正则表达式匹配或语义识别方法，解析故障的描述信息，识别出所属的底层指标、所属系统、设备类型、故障类型，根据故障及故障类型，进行严重程度分级。

3.如权利要求1所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的安全数据库通过关系型数据库存储本系统配置数据、数据字典、输入原始数据、清洗后数据及计算结果数据，根据数据处理模块清洗后数据信息形成安全数据库的故障数据表，字段包括ID、描述、核设施号、系统、发生时间、底层指标组、设备类型、故障类型、严重程度，所采用的底层指标组字段为字符串格式，各所属底层指标ID直接用逗号隔开，构建安全数据库的指标配置表，字段包括指标ID、子指标组、指标名称、描述。

4.如权利要求1所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的权重组生成模块用于生成量化计算所需的权重组，提供三种权重组生成方式：用户自定义方式，由用户根据经验，自行设置各个指标的权重；对于每一个父指标，采用多元回归算法，通过将历史计算数据随机按4：1分为训练集和测试集，进行训练，生成各个子指标的权重值，汇总形成权重组根据指标的分层结构，以底层指标作为输入层，构建一个3层神经网络模型，输出值是总指标值，隐藏层各个神经元是二、三层父指标，通过训练得到整体误差最小时各个权重，存为权重组。

5.如权利要求1所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的计算模块根据用户的输入的任务信息，根据底层指标及权重组，进行计算，可分为单次计算、批量计算。

6.如权利要求5所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的单次计算通过选择核设施号，起始及结束时间，根据设置在安全数据库故障数据表中过滤选择符合要求的故障，先根据每个底层指标所包含的故障、故障的发生频率等级、严重程度等级、以及所选权重组中底层各个故障的权重分配，进行计算。

7.如权利要求5所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的批量计算是分析安全数据库故障数据表的数据，统计出所有的核设施类型、所有的发生年份，调用单次计算，得到每个核设施在各个年份的安全指标。

8.如权利要求1所述的一种核设施运行核安全指标量化系统，其特征在于：所述的展示及报告模块以树状列表根据安全数据库的指标配置表展示各个指标之间的分层关系，通过指示灯展示计算结果，根据指标值确定指示灯颜色，通过曲线、图表、柱状图，只管展示不同设备、不同时间段、相同指标对比及趋势，将计算结果输出成固定格式的报告，包括报表及曲线。

9.一种核设施运行核安全指标量化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：从核设施故障数据文件导入故障数据，识别每一条记录，进行初步清洗，去除空白行及没有关键信息的数据；

步骤2：对数据去重，数值化、降噪，根据预先定义在安全数据库中的关键字字典表，采用正则表达式匹配的方法对故障类型进行归类，识别出所属的底层指标及严重程度，生成故障数据表，字段包括ID、描述、核设施号、系统、发生时间、底层指标组、设备类型、故障类型、严重程度；

对数据进行查看，管理，对于匹配不成功，无法确定底层指标的故障，将以列表展示，可通过管理功能手动设置所属底层指标；

步骤3：生成缺省的权重组，量化每个底层子指标对父指标的贡献率。

10.如权利要求9所述的一种核设施运行核安全指标量化方法，其特征在于，所述的步骤3包括：

对于底层指标，设置分级区间，分级区间对应天数，严重程度系数，形成底层指标评分分级表，包含字段包括指标编号、级别1阈值，级别1对应无故障平均天数，级别2阈值，级别2对应无故障平均天数，级别3阈值，级别3对应无故障平均天数，级别4阈值，级别4对应无故障平均天数，级别5阈值，级别5对应无故障平均天数。

步骤4：进行自定义计算参数设置，包括：选择核设施、权重组，选择计算周期，然后开启计算，将根据设置条件去故障数据表中查询该核设施，该段计算周期的故障，统计出属于各个底层指标的故障，进一步用下列公式求出每个底层指标平均无故障天数

对照本计算所选择的权重组的底层指标评分分级表，进行线性转换，算出底层指标值；

再根据本计算所选择的权重组的权重组明细表，获取底层指标的权重，从而根据指公式下列公式求出第三层指标的指标值：

用同样的方法递归算出第二层指标值，总指标值；

将上述计算的中间数据、结果数据均写入安全数据库计算结果数据表；

获取安全数据库计算结果数据表的数据，以树状结构展示，根据指标指确定指示灯颜色。