Řešení činností 2011

Práce na projektu probíhají podle dílčích kroků harmonogramu s hlavním zaměřením na vývoj pokročilých metod modelování a dále na praktickou část, kterou je uplatnění produktu HARP u budoucích potenciálních uživatelů. Dosahovanou úroveň odborné práce dokumentujeme dále přehledem výsledků s možností přímého online přístupu k veškeré dokumentaci. V úvodu je třeba zdůraznit druhou problematiku praktického uplatnění, jejíž úspěšné řešení má pro projekt zcela zásadní význam. Vývoj produktu HARP proto musel respektovat specifické požadavky přicházející od možných uživatelů, vyvolané pokrokem v oblasti a legislativními nařízeními. Konkrétně, nezbytnou podmínkou pro rozšíření výsledků projektu a jeho uvedení do používání v praxi u jednotlivých uživatelů je splnění přísných kritérií státního dozoru pro software používaný v oblasti jaderné bezpečnosti. V roce 2011 k těmto významným aktivitám patří provedení hodnotící procedury pro deterministické jádro systému HARP a jeho akreditace pro urgentní použití v ÚJV Řež divize EGP pro výpočty do bezpečnostních zpráv. Podobně spolupracovníci ze SÚRO projevili zájem na rozšíření produktu HARP (který je testován a provozován na SÚRO) s možností analýzy modelové predikce (vypočtené z definovaného zdrojového členu úniku radionuklidů při nehodě) časově závislých dávkových příkonů z externího ozáření z depozice. V první fázi (červen 2011) již bylo provedeno základní srovnání se skutečně naměřenými dávkovými příkony pro případ nehody na jaderném zařízení ve Fukušimě v okolí do vzdálenosti asi 40 km. V další fázi (v Q3, Q4 2011) byla vypracována rychlá multiprocesorová verze pro statistické asimilační postupy s cílem upřesnit počáteční odhad zdrojového členu úniku na základě měření dávkových příkonů z terénu. Koncem roku 2011 by byly zahájeny testy složitějších pokročilých asimilačních technik (částicové filtry). V obou případech byly zahrnuty skutečné predikce (či archivovaná měření) meteorologických podmínek vztažených k místu nehody. Systém HARP byl dále využit pro dílčí analýzy související s únikem radioaktivního jódu v Maďarsku na podzim roku 2011 a jeho šíření nad Evropou. Provedené limitní odhady byly využity při monitoringu v SÚRO. Tyto příklady z oblasti péče o uživatele uvádíme též ve výsledcích projektu za 2011. Aktivity související s péčí o uživatele jsou u řešeného projektu prioritní a tyto aktivity považujeme za mimořádně významné a nezbytné. Současně představují i naplnění hlavních cílů projektu spočívajících v předání produktu do užívání na pracovišti uživatele. Z tohoto hlediska je významým výsledkem dosavadní práce na projektu uzavření "Smlouvy o využití výsledků projektu VG20102013018" mezi příjemcem podpory ÚTIA a uživatelem výsledků ÚJV Řež, divize EGP (k nahlédnutí u manažera projektu).

Podrobná dokumentace k jednotlivým činnostem z oblasti rozvoje pokročilých metodik a aplikací je strukturovaně uvedena ve výsledcích projektu za rok 2011.

-

Činnost 1: Asimilační subsystém ASIM: metodika pro časnou a pozdější fázi radiační nehody.

Metodika asimilace v časné a pozdější fázi radiační nehody aplikovaná pro řešení projektu vychází z pokročilých metod bayesovské filtrace založené na sekvenčních metodách Monte-Carlo. V současnosti se pozornost řešitelského týmu zaměřuje hlavně na časnou fázi, kdy je úkolem opakovaně v čase vyhodnocovat radiační situaci na terénu s přibývajícím počtem dostupných radiologických měření během pohybu radioaktivního mraku. Při návrhu metodiky je brán zřetel na kvalitativní a kvantitativní charakteristiky jednotlivých zdrojů měření, aby bylo zajištěno maximální využití informace, kterou tato měření přinášejí - viz rešerše dostupných metod monitoringu ionizujícího záření.

Vlastní vyvíjený algoritmus pro odhad radiační situace během šíření mraku je natolik obecný, že ho lze aplikovat na všechny parametrizované disperzní modely. Algoritmus na základě příchozích měření hledá nejpravděpodobnější konfiguraci vnitřního stavu modelu tak, aby výsledná radiologická pole co nejlépe reprezentovala fyzikální realitu představovanou těmito měřeními. Pro odhad stavu se využívá metod částicové filtrace. V současnosti se testují dvě konkurenční varianty výpočtu. První varianta využívá částicový filtr s adaptivní volbou počáteční vzorkovací hustoty pravděpodobnosti, kdy jsou počáteční podmínky v každém kroku adaptivně upraveny pro co nejlepší pokrytí stavového prostoru. Druhá varianta, založená na marginalizované verzi částicového filtru, část stavového vektoru odhaduje pomocí přesného analytického řešení Bayesova vztahu pro distribuce z exponenciální rodiny a zbytek vzorkuje pomocí částicových filtrů.

Po stránce aplikační se pozornost soustřeďuje zejména na paralelní implementaci vyvinutých algoritmů, která umožní provádění náročných výpočtů daleko rychleji a efektivněji. Jednotlivé kroky výpočtu, jak na straně disperzního modelu, tak na straně statistického filtru, se modifikují tak, že jeden úkol může naráz vykonávat více počítačů a tím výrazně zkrátit čas potřebný k vypracování prognózy radiační situace. Je to nutný krok, který je třeba udělat směrem k operačnímu nasazení asimilačních algoritmů v systémech pro podporu krizového řízení.

Práce dosud provedené pro tuto činnost 1 jsou přehledně zdokumentovány na webu asim ve Výstupy 2011, ref [7], konkrétní vlastní příspěvky k metodice jsou v dalších výstupech. Některé důležité části vývoje asimilačních algoritmů byly řešeny v rámci disertační práce Ing. Radka Hofmana, PhD. (viz citace [22]).

-

Činnost 2: Monitoring v časné fázi- analýza všech typů měření.

Problematika byla řešena v úzké spolupráci s uživatelem SÚRO, který je jedinou institucí v ČR kompetentní a fundovanou pro oblast monitoringu ionizujícího záření. Řešení etapy bylo zahájeno v roce 2010 a skončilo k 30. 6. 2011. Byla shromážděna obsáhlá fakta o možnostech v ČR, ze kterých se vycházelo při řešení činnosti týkající se konfigurace a optimalizace monitorovacích sítí. Asimilační algoritmy musí být potom nastaveny podle způsobilosti existujících monitorovacích sítí (včetně Sítě včasného zjištění) reálně měřit konkrétní radiologické veličiny:

  • dávkový příkon ozáření z radioaktivního mraku postupujícího nad terénem
  • dávka (celkové ozáření) z radioaktivního mraku postupujícího nad terénem
  • dávkový příkon z externího ozáření od radionuklidů usazených na terénu
  • dávka (celkové ozáření) od radionuklidů usazených na terénu


Výsledky řešení:

-

Činnost 3: Integrace subsystému ASIM do produktu HARP, online napojení na meteo a radiační měření.

Řešení zahájeno v Q4/2011. Problematika je řešena v úzké spolupráci s uživatelem SÚRO, na jehož pracovišti je systém HARP připojen k databázi ORACLE s možností přímého přístupu ke krátkodobým meteorologickým předpovědím (formát FECZ pro bodové předpovědi pro místo JZ, formát HIRLAM pro předpovědi na omezené 3-D mříži). Do rozhraní HARP / ORACLE je zobrazena konfigurace Sítě včasného zjištění, řeší se otázka online přístupu k technologickým datům z JE. Řešení bude pokračovat v dalších dvou letech, přičemž bude zohledňována i možnost využití nových meteorologických předpovědí ze systému MEDARD.

-

Činnost 4: Rozšířování systému HARP (nové meteo, nově dávka z mraku, anomální meteorologické situace, kritické skupiny do ingesce, jemná výpočetní síť, 2-D růžice depozičního příkonu).

K problematice dostupnosti meteorologických vstupů:

  • Vzhledem k přechodu instituce SÚRO na v.v.i. od roku 2011 není jasné, zda budou na SÚRO i nadále k dispozici meteorologická data ve formátech, na nichž je založen systém HARP a jeho asimilační část ASIM. Konkrétně jde o "bodová" meteorologická měření z lokalit JE v ČR a dále pak síťové krátkodobé meteorologické předpovědi ve formátu 3-D HIRLAM. V tomto ohledu se manažer projektu rozhodl navázat spolupráci s ÚI -AV ČR, kde byl vyvinut model MEDARD založený na světových předpovědních datech ve formátu WRF. Tato data jsou kvalitnější než doposud poskytovaná data jak vzhledem ke zkrácení doby mezi jednotlivými analýzami (3 hodiny oproti dosavadním 12 hodinám), tak z hlediska jemnějšího kroku mříže (až 3 x 3 km místo dosavadních 9 x 9 km) a z hlediska pokrytí analyzované oblasti kolem zdroje znečistění (200 x 200 km místo dosavadních 160 x 160 km). Na spolupráci na řešení tohoto úkolu byl místo Ing. Zajíčka přijat na DPC Ing. Hošek z FAT. Ověřena možnost a vhodnost implementace těchto dat do systému HARP. Jednání o možnosti implementace meteopředpovědí MEDARD dokumentují zápisy:

    • Zjemnění výpočetní sítě a nový algoritmus 5/µ pro ozáření z mraku:

    Počet výpočtových radiálních pásem do 100 km od zdroje byl zvýšen z 35 na 42, kdy bylo přidáno 7 vzdáleností v blízké vzdálenosti od zdroje. Tyto úpravy umožnily zavedení nového algoritmu 5/µ pro ozáření z mraku. Výsledky byly publikovány na konferenci HARMO14 (viz [4] - říjen 2011, GR). Rozšířený článek byl dále zaslán k publikaci v časopise IJEP - viz [12]. Jedná se o originální metodiku umožňující modelovat náběh signálu příkonu ozáření z mraku na čidlech TDS (teledosimetrický systém tenzorů (věnec 24 čidel)) kolem jaderného zdroje umístěných víceméně pravidelně na plotě elektrárny ve vzdálenosti zhruba 400 až 600 metrů kolem jaderného bloku).

    Další úpravy vyžádané uživatelem:

    Časový vývoj depozičního příkonu na terénu pro srovnávání s odpovídajícími měřeními v terénu se stejnou časovou známkou (viz [19] - scénář Fukušima ve "Výstupy 2011"), návrh zlepšené struktury vstupních subsystémů a zobrazovacího subsystému.

    -

    Činnost 5: Interaktivní presentační část pravděpodobnostní verze HARP, vývoj presentace ASIM

    Řešení zahájeno v roce 2011, pokračuje v 2012. Výsledky získávané pomocí pravděpodobnostní vezre systému HARP jsou více informativní než původní deterministický přístup a umožňují komplexnější náhled na vyhodnocovanou situaci. Jejich charakter ovšem klade specifické požadavky na jejich vizualizaci a prezentaci. Tyto výstupy musí být předzpracovány, abychom získali potřebné pravděpodobnostní ukazatele kvantifikující jejich neurčitost. Z tohoto důvodu byl vyvinut nový systém, který umožňuje nejen tyto matematické oprace nad surovými výstupy, ale zároveň poskytuje prostředky pro jejich efektivní zobrazování, např. 2-D zobrazení očekávané hodnoty analyzované radiologické veličiny, kde v každém místě je k dispozici a kompletní odhadnutá pravděpodobnostní distribuce reprezentovaná ve formě histogramu. Pro 2-D zobrazování na mapovém pozadí v systémech HARP a ASIM byl vypracován nový systém nabízející široké uživatelské nastavení včetně uživatelsky definovaných rozsahů a volby mapových vrstev (vodstvo, lesy, obce atd.). Pomocí tohoto subsystému byly připraveny obrázky pro konferenci PSA 2011 - viz výstup [1].

    -

    Činnost 7: Příprava systému HARP k akreditaci podle nařízení pro SW určený k analýzám v oblasti jaderné bezpečnosti.

    Z důvodů péče o potenciální uživatele musely být s předstihem zahájeny činnosti 7 a 6, původně neplánované pro 1. pololetí 2011. Byla provedena celá procedura akreditace deterministického jádra systému HARP (viz abstrakt produktu [14] předložený pro hodnotící komisi) pod jménem HAVAR-DET (zvoleno na přání uživatele z historických důvodů) včetně získání certifikátu pro použití v oblasti jaderné bezpečnosti. Byla vypracována kompletní dokumentace - 3 nové manuály : Metodika ([15]), Uživatelský manuál ([16]), Aplikace v oblasti jaderné bezpečnosti ([17]). Díky této aktivitě vyšlé vstříc požadavkům uživatele došlo koncem roku 2011 k realizaci "Smlouvy o využití výsledků projektu VG20102013018" mezi příjemcem podpory ÚTIA a uživatelem výsledků ÚJV Řež, divize EGP (k nahlédnutí u manažera projektu).

    Standardizační procedura bude pokračovat pro pravděpodobnostní shell systému HARP v závěru roku 2013.

    -

    Činnost 8: Užití HARP/ASIM pro optimalizaci konfigurace monitorovacích sítí.

    Vývoj na metodice optimalizace konfigurace monitorovacích sítí probíhal celý rok 2011. Práce probíhaly ve dvou směrech. Zaprvé šlo o volbu a adaptaci vhodné metodiky. V rámci této aktivity byly uvažovány dva scénáře: (1) konfigurace stabilních stanic sítě včasného zjištění a (2) vyhodnocování trasy mobilních měřících systémů a mobilních měřících skupin. Druhý úkol je jednodušší, protože probíhá za konkrétních naměřených podmínek, kdežto konfigurace sítě včasného zjištění vyžaduje analýzu dlouhodobých meteorologických podmínek v lokalitě. Zvolený metodický přístup k optimalizaci navazuje na vyvinuté metody asimilace a je dokumentován v reportu [9]. Vzhledek k použitým Bayesovským asimilačním metodám je koncepčně možné rozšířit výpočet asimilačního subsystému o vyhodnocování očekávané hodnoty ztrátové funkce, která je nutná pro optimalizaci. Vhodné volby ztrátových funkcí jsou průběžně konzultovány se SÚRO a budou v dalším řešení použity k výpočtům. Viz ujednání:
    Zapis ze schůzky konané 10.11.2011 ohledně aplikace nové asimilační metody na návrh konfigurace monitorovací sítě

    Zadruhé, při řešení činnosti č. 8 během roku 2011 byly vyvinuty softwarové nástroje pro analýzu konfigurace a prověření funkčnosti monitorovacích sítí. Kromě přístupu popsaném v reportu [9] se jedná o originální rychlý algoritmus pro výpočet ozáření z 3-D mraku postupujícího nad terénem [4], [12]. Řešení je provedeno pro obecně zadanou síť čidel (TDS, pevné okruhy, výnosní staničky, případná čidla ve správních budovách, mobilní skupiny pozemní resp. bezpilotní prostředky). Použití bude prováděno u uživatele SÚRO podle jeho variant a s přihlédnutím na dlouhodobé povětrnostní statistiky.

    -

    Činnost 14: Publicita výsledků

    Publicita výsledků řešeného projektu je prováděna ve čtyřech směrech:

    • Odborné publikace (články v časopisech, konferenční příspěvky, reporty)
    • Podpora u potenciálních uživatelů
    • Studie reagující na mimořádné události ve světě (události ve Fukušimě, únik jódu v Maďarsku)
    • Pořádání odborných seminářů (ÚTIA, SÚRO, Kybernetická společnost)

    Podrobně: "Výstupy" projektu za roky 2010, 2011 na webu projektu http://asim.utia.cas.cz/vystupy.htm a http://asim.utia.cas.cz/vystupy2011.htm

    -

    ================================================

    Činnost 6 (manuály, dokumentace): Zahájeno s předstihem. Současně s řešením činností bylo prováděno kontinuální zpracování dokumentace dílčích kroků vývoje ve formě publikací v časopisech, reportech, manuálech a dílčích archivech. Seznam lze najít ve "Výstupech" projektu za roky 2010, 2011 na webu projektu http://asim.utia.cas.cz/vystupy.htm a http://asim.utia.cas.cz/vystupy2011.htm