Projekti / Programi
Metoda za lokalno napovedovanje radiološkega onesnaženja atmosfere z uporabo modelov na podlagi Gaussovih procesov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.02 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Znanja o sistemih in vodenju sistemov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T125 |
Tehnološke vede |
Avtomatizacija, robotika, nadzorno inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
Modeliranje nelinearnih dinamičnih sistemov, identifikacija sistemov, radiološko onesnaženje zraka, napovedovanje vrednosti signalov
Raziskovalci (10)
Organizacije (3)
Povzetek
Nesreči v Černobilu in v Fukušimi sta pokazali, da je širjenje radioaktivnega onesnaženja v ozračju najpomembnejši način, kako taka nevarnost doseže množice prebivalcev. Zato v tem projektu predlagamo razvoj inovativne metode modeliranja napovedi tega širjenja, ki bo dovolj dobro že dan ali dva vnaprej pokazalo razvoj dogodka. S tem bomo bistveno izboljšali učinkovitost ukrepanja za varovanje prebivalstva. To bomo dosegli z uporabo modelov na podlagi Gaussovih procesov (GP).
Model na podlagi GP je verjetnostni, neparametrični model, ki temelji na pravilih bayesovske verjetnosti. Od drugih metod za identifikacijo na podlagi črne škatle se razlikuje po tem, da v postopku modeliranja ne optimiziramo parametrov vnaprej izbranih baznih funkcij, ampak iščemo povezave med merjenimi podatki. Na izhodu modelov na podlagi GP dobimo napoved v obliki normalne distribucije, ki jo lahko izrazimo z njeno srednjo vrednostjo in varianco. Metoda modeliranja na podlagi GP je posebej primerna za kompleksne, nelinearne procese, opisane z negotovimi in manjkajočimi podatki. Meteorološko stanje atmosfere je prav tak zapleten proces.
Za pravilno ukrepanje ob jedrski nesreči potrebujemo čim boljšo napoved, kam bo radioaktivni oblak odneslo. Pri tem modeliranju je veliko pomembnih korakov v znanosti že dovolj dobro rešenih. Odprto pa še vedno ostaja napovedovanje vhodnih signalov o atmosferskih spremenljivkah, ki so ključne za širjenje. V predlaganem projektu ne bomo lokalno napovedovali in sproti izboljševali neposredno vrednosti koncentracij radionuklidov v ozračju, ampak vrednosti signalov, ki popisujejo prihodnje meteorološko dogajanje v obravnavanem 3D področju. To so predvsem signali hitrosti vetra, turbulentnosti, globalnega sončnega sevanja itd., vse v 3D področju.
Cilj raziskave je izdelati napoved vrednosti signalov, ki popisujejo 3D stanje atmosfere v okolici jedrske elektrarne, ki bo znatno boljša kot obstoječa napoved. S tem bomo omogočili boljšo napoved koncentracij radionuklidov v ozračju kot posledice razvoja nezgodnega dogodka z izpustom v ozračje.
Ker imamo v okolici jedrskih elektrarn predpisane zmogljive meteorološke merilne sisteme, imamo na voljo veliko množico meritev. Te popisujejo zgodovinski razvoj vremena. Vse te informacije, ki jo meritve zgodovine signalov o stanju atmosfere nosijo, pa lahko uporabimo za modelsko izboljševanje napovedi vrednosti teh signalov. Ocenjujemo, da lahko z metodami na podlagi GP iz zgodovine meritev in meteoroloških napovedi zgradimo modele za natančne napovedi ciljnih signalov, ki bodo vhod za pravilno in realistično ponazoritev razvoja širjenja radioaktivnega oblaka v prihodnosti ob morebitni nesreči. Te napovedi pa so ključne za pravočasno, ustrezno in učinkovito varovanje prebivalcev, še preden se nesreča v polnosti razvije.
Z naprednimi metodami na podlagi GP si obetamo bistveno izboljšanje napovedi, saj so se zelo dobro izkazale na sorodnem področju modeliranja onesnaženja z ozonom v atmosferi. Obetamo si tudi izboljšanje metodologije identifikacije z modeli na podlagi GP za probleme z zelo veliko podatki, s periodičnimi signali in prostorsko-časovnim modeliranjem. Problem identifikacije dinamičnih sistemov smo zastavili kot fuzijo signalov iz raznovrstnih podatkovnih virov v želeno napoved. Pri tem je zelo pomembna zagotovljena stabilnost dobljenih modelov.
Celotna predlagana metoda izboljšav napovedi vremena, uporabljene za širjenje z radionuklidi onesnaženega oblaka, je pomembna novost pri zagotavljanju varnosti v primeru jedrskih nesreč, kar je potrdila tudi Mednarodna agencija za atomsko energijo IAEA, ki je naš predlog možnosti uporabe teh napovedi vključila kot ključno novost v svoj program MODARIA II v segmentu atmosferskega modeliranja.
Pomen za razvoj znanosti
Metode na podlagi GP za napovedovanje vrednosti signalov, ki opisujejo meteorološke spremenljivke, bodo kot metoda fuzije podatkov zelo pomembne na področju modeliranja vremenskih pojavov in širše. Metoda izboljšave napovedi potencialnega širjenja onesnaženja v ozračju na podlagi napovedovanja meteoroloških spremenljivk in z uporabo dostopnih zgodovinskih podatkovnih baz predstavlja novost v stroki in bo imela kot taka velik pomen.
Poleg naštetega predlagani projekt vpeljuje modeliranje z GP na popolnoma novo raziskovalno in strokovno področje. Pri razvoju fuzije signalov za napovedovanje meteoroloških spremenljivk z uporabo GP modelov pričakujemo naslednje rezultate:
- vrednotenje metod identifikacije GP modelov za novo znanstveno domeno,
- izboljšavo obstoječih metod za identifikacijo običajnih in sprotnih GP modelov za probleme z zelo veliko podatki, s cikličnimi signali in za probleme prostorsko-časovnega modeliranja,
- vrednotenje alternativnih metod modeliranja z GP modeli za obravnavane probleme,
- metoda analize za ugotavljanje stabilnosti dinamičnih GP modelov.
Vsak od teh rezultatov predstavlja korak naprej pri modeliranju dinamičnih sistemov, ki predstavlja osnovo in zelo pomemben del teorije sistemov.
Pomen za razvoj Slovenije
Izboljšane in lokalizirane napovedi pomenijo bistveno boljše varovanje prebivalcev v izjemnih varnostnih situacijah na svetovni ravni. Vpliv jedrskih elektrarn kot nepogrešljivega vira energije je zaradi možnih nesreč znaten tudi čez državne meje. Niso pa zanemarljive niti teroristične grožnje, ki se jih tudi na ravni Mednarodne agencije za atomsko energijo (IAEA) in njenega programa MODARIA obravnava z vso resnostjo.
Ker raziskovalci MEIS sodelujemo v programu IAEA MODARIA, bomo dosežke tega projekta posredovali organizaciji IAEA in s tem znanstveni in strokovni javnosti, ki mora poskrbeti za učinkovito varstvo prebivalcev ob jedrskih nesrečah. Nesreči v Černobilu in Fukušimi sta med drugim pokazali tudi v tem segmentu pomanjkljivosti.
Poročila iz programa MODARIA predstavljajo izhodišče za kasnejše tehnične napotke, ki jih pripravi IAEA za cel svet. Dolgoročno si obetamo uvedbo izsledkov predlaganega projekta v inženirska priporočila za vsakdanjo rabo na jedrskih elektrarnah (serija dokumentov TECDOC). Predstavitev v MODARIA II programu je dolgoročno zelo pomembna in omogoča prenos najboljših znanstvenih dosežkov v zagotavljanje okoljske jedrske varnosti.
Izsledki in izvedba rezultatov tega projekta bodo izrednega pomena za Nuklearno elektrarno Krško, ki izraža projektu podporo. Jedrske elektrarne morajo imeti sistem za oceno potencialnega vpliva morebitnega izpusta v ozračje zaradi nesreče, vendar pa so izvedbe marsikje še precej okorele. Slovenska jedrska elektrarna je v tem pogledu zelo napredna, v celotni oceni na ravni EU po nesreči v Fukušimi je zasedla prvo mesto. Lokalizirana in izboljšana napoved relativnih koncentracij, ki bo eden od ključnih rezultatov tega projekta, pa bo njen nivo v tem segmentu še bistveno izboljšala. Z rednimi mednarodnimi inšpekcijami bomo vedenje o novem sistemu razširili na svetovni nivo kot primer dobre prakse (podobno smo že dosegli v preteklosti za okoljski sistem – prepoznan kot tak je bil pri inšpekciji OSART).
Za MEIS projekt pomeni možnost, da svoje delovanje za trg na področju okoljske jedrske varnosti še nadgradi. V preteklosti smo že delali za Černobil kot eno najtežjih takih situacij, obetamo si še dodatno tržišče. Zaradi zahtevnosti področja je znanstven projekt nujen za doseganje novih kvalitet. MEISove reference potrjujejo že dosedanje znanstvene dosežke na področjih relevantnih za ta projekt.
Projekt kot tak in rezultati delujoči v preizkusnem okolju za jedrsko elektrarno v Krškem pa bodo za MEIS izjemna referenca tako za nastop na trgu kot za delovanje v mednarodnih organizacijah.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
