论文部分内容阅读
[摘 要]本文是采用層次分析方法（AHP）進行铀浓缩厂气载流出物排放优化控制的详细的实例研究。铀浓缩厂气载流出物排放的优化控制需要综合考虑环境效益、经济效益和社会效益等多方面因素，本文综合考虑了关键居民组的个人有效剂量、职业人员个人有效剂量、公众集体有效剂量、废物治理费用和公众反应等因素的影响。本文采用层次分析方法构建层次分析模型，包括目标层、准则层和方案层。本文以国内某铀浓缩厂（简称A厂）气载流出物排放优化控制最优方案或较优方案为目标层，选取六种主要影响因素作为要素层，将五种不同的排放方案作为方案层。在两两比较各影响因素的基础上，构造成对比较矩阵，比较的尺度范围为1～9尺度。对于每个成对比较矩阵计算最大特征值及其对应的特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量（归一化后）即为权向量；若不通过，需要重新构造对比矩阵。只有当构造的所有矩阵满足一致性检验指标时，得出的目标选取方案排序结果才具有信服力。本文在AHP原理的基础上，建立了适合铀浓缩厂放射性气载流出物排放优化控制的层次结构模型。经过一致性检验，本文构造的各个成对比较矩阵均满足一致性要求。计算结果表明，方案5为最优方案（权重：0.4473），其次为方案4（0.2601）。
[关键词]铀浓缩；气载流出物；优化控制；层次分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）26-0286-03
[Abstract]This paper is using the analytic hierarchy process （AHP） method of uranium enrichment plant in airborne effluent discharge optimization control of detailed case studies. Uranium enrichment plant of airborne effluence from optimization control needs comprehensive consideration of environmental benefits， economic benefits and social benefits in many aspects factors， considering the critical population group of personal effective dose， professional personal effective dose， public collective effective dose and waste management costs and the public reaction factors of influence. In this paper， a hierarchical analysis method is used to construct a hierarchical analysis model， which includes target layer， rule layer and layer. The five hundred and four uranium enrichment plant gas contained effluent optimal control optimal solution or optimal solution is the target layer， select the six main factors as element layer， will be five different emission scenarios as a solution layer. Based on the comparison of the two two factors， the pairwise comparison matrix is constructed， and the scale of the scale is 1～9. For each pairwise comparison matrix， the maximum eigenvalues and their corresponding eigenvectors are calculated， and the consistency index is used to check the consistency index and the consistency index. If the test passes， the feature vector （normalized） is the right vector； if not through， the need to re construct the contrast matrix. Only when all the matrices are constructed to meet the consistency test index， the target selection scheme is the result of the ranking. In this paper， on the basis of the principle of AHP for uranium enrichment plant radioactive airborne effluents discharge optimization control in the hierarchy structure model is set up. Through the consistency test， the comparison matrix of the structure in this paper meets the requirement of consistency. The results show that the scheme 5 is the optimal solution （weight： 0.4473）， the second is scheme 4 （weight：0.2601）. [Key words]Uranium； Airborne effluent； Optimal control； AHP
1 引言
铀浓缩厂的运行必然产生放射性气载流出物，这些放射性气载流出物向环境的“零排放”是难以实现的，因为这将给废气处理带来相当大的难度和代价。而过量排放也是不可取的，因为这会对当代公众造成不必要的附加照射。按照最优化的原则对气载流出物的排放进行优化控制是问题的关键。针对铀浓缩厂气载流出物的优化排放问题，应当根据铀浓缩厂周围的环境特征和气载流出物的排放特点，从环境、社会和经济等方面综合考虑影响最优化的各种因素，筛选出较为合适的最优化分析方法。得出的气载流出物最优化结果，应当能够指导铀浓缩设施的实际运行。同时在流出物向环境排放时，营运单位和监督部门要对流出物中的各个重要核素进行监测，只有这样才能实现在优化的排放水平下进行有监控的排放。
2 层次分析方法[8]
层析分析方法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种系统的层次性的多目标决策分析方法，这是由美国运筹学家、匹兹堡大学教授托马斯？萨迪教授（AHP的主要理论家）在20世纪70年代提出的决策方法，涉及到社会、经济、人文等因素的决策问题，这些因素通常不易定量测量的。方法具有系统性、简洁性和实用性的优点。
其思路与人对一个复杂决策问题的思维判断过程大体相一致。AHP大体分为四个具体步骤：
1）建立递阶层次结构。分析系统中各因素之间的关系，层次结构包括目标层、准则层和方案层。
2）构造成对比较矩阵。从第二层开始用成对比较矩阵和1～9尺度，对同一层次的各因素对于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，计算单一准则下元素相对重要性。
3）计算单排序权向量并做一致性检验。利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，归一化后的特征向量即为权向量。若不通过，需要重新构造成对比较矩阵。
4）计算层次总排序权向量，并进行一致性检验。计算最下层对最上层的总排序权向量，利用总排序一致性比率进行检查。若通过，则可按照总排序结果进行决策。否则需要重新考虑模型或重新构造哪些一致性比率CR较大的成对比较矩阵。
成对比较阵，即是每次取两个因素进行比较，全部比较结果可用成对比较矩阵表示。Satty等人提出两比较时采用相对1-9尺度较好，理由如下：
在成对比较时，通常有5个明显的等级，1相同，3稍强，5强，7明显强，9绝对强；心理学家认为，进行成对比较的因素太多，将超出人的判断能力，最多大致在7±2范围，用1-9尺度表示差别正好；Satty等人做过1-3、1-5、1-17等共27种比较尺度，计算结果发现，1-9尺度不仅在较简单尺度中最好，而且结果不劣势于较复杂的尺度。目前，在层次分析法的应用中，大多数人都采用1-9尺度。
成对比较阵通常不是一致阵，其不一致程度应在一定的容许范围内，确定这个范围就需要一致性检验。
定义了一致性指标。CI=0，则为一致阵，CI越大，不一致程度越严重。为了确定不一致程度的允许范围，需要找出可以衡量一致性指标CI的标准，又引入随机一致性指标RI。对于n>3的成对比较阵A，当一致性比率CR=CI/RI<0.1时，认为A的不一致程度在允许范围之内。其中，需要注意的是0.1的选取是带有一定主观信度的（表1）。
3 A厂气载流出物排放优化控制研究
本研究采用层次分析方法计算铀浓缩厂气载流出物的优化控制排放量。
（1）建立层次结构模型（图1）
共分为三个层次，最上层为目标层，中间层为准则层，最下层为方案层。备选方案1的放射性气载流出物排放量为1.1×1010Bq/a，备选方案2为1.1×109Bq/a，备选方案3为1.1×108Bq/a，备选方案4为1.1×107Bq/a，备选方案5为1.1×106Bq/a。备选方案的选取原则为：方案1的排放量为该设施气载流出物所致周围关键居民组最大个人有效剂量占到其分配的剂量约束值时的排放量，以下每个方案按照降一个数量级考虑。
（2）构造成对比较矩陣及层次单排序（表2-表8）
（3）层次总排序及一致性检验（表9-表10）
由表10可得出，方案5为最优方案，其次为方案4。
4 结论和建议
（1）本文在AHP原理的基础上，建立了适合铀浓缩厂放射性气载流出物排放优化控制的层次结构模型，该模型在成对比较时采用相对尺度，尽可能地减少性质不同的因素相互比较的困难，提高准确度。经过一致性檢验，本文构造的各个成对比较矩阵均满足一致性要求。计算结果表明，方案5为最优方案（权重：0.4473），其次为方案4（0.2601）。
（2）气载流出物的年排放量Q的优化水平与u值有关，u值则表示出不同人群的意愿，换句话说，优化值与利益相关者有关，其具体值可由主管当局召集各界人士（电站业主、工程人员、防护人员、环境保护与能源决策者等）商定。本文参照核电站问卷调查的结果分析各影响因素最大可能的权重值，但或许是不全面的或实际情况是更为复杂的。
参考文献
[1] IAEA. Regulatory Control of Radioactive Discharges to the Environment[R]. Safety Guide No.WS-G-2.3. 2000.
[2] IAEA. Radioactive Waste Management Glossary[R]. IAEA， Vienna， 2003.
[3] NCRP Report No.143 Management Techniques for Laboratories and other Small Institutional Generators to minimize off-side Disposal of low level Radioactive Waste[R]. 2003.
[4] 刘华.核设施放射性流出物排放的优化控制研究[D].中国原子能科学研究院，2005.
[5] 姚仁太.多堆厂址大气弥散问题及大气排放限制的优化规划问题研究[D]. 中国原子能科学研究院，2000.
[6] 电离辐射源与效应UNSCEAR2000年向联合国大会提交的报告及科学附件[R].山西科学技术出版社.
[7] 张钧等.关于辐射防护最优化的几点讨论[J].辐射防护通讯，2002.22（4）：（23-26）.
[8] 熊锐，曹锟生.多目标的层次分析方法[J].系统工程理论与实践，1992，12（6）：60.
[9] 李德平.辐射防护的最优化[J].辐射防护，1988，8（4-5）：241-252.
[10] 核工业标准化研究所.GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京：中国标准出版社，2003.
[关键词]铀浓缩；气载流出物；优化控制；层次分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）26-0286-03
[Abstract]This paper is using the analytic hierarchy process （AHP） method of uranium enrichment plant in airborne effluent discharge optimization control of detailed case studies. Uranium enrichment plant of airborne effluence from optimization control needs comprehensive consideration of environmental benefits， economic benefits and social benefits in many aspects factors， considering the critical population group of personal effective dose， professional personal effective dose， public collective effective dose and waste management costs and the public reaction factors of influence. In this paper， a hierarchical analysis method is used to construct a hierarchical analysis model， which includes target layer， rule layer and layer. The five hundred and four uranium enrichment plant gas contained effluent optimal control optimal solution or optimal solution is the target layer， select the six main factors as element layer， will be five different emission scenarios as a solution layer. Based on the comparison of the two two factors， the pairwise comparison matrix is constructed， and the scale of the scale is 1～9. For each pairwise comparison matrix， the maximum eigenvalues and their corresponding eigenvectors are calculated， and the consistency index is used to check the consistency index and the consistency index. If the test passes， the feature vector （normalized） is the right vector； if not through， the need to re construct the contrast matrix. Only when all the matrices are constructed to meet the consistency test index， the target selection scheme is the result of the ranking. In this paper， on the basis of the principle of AHP for uranium enrichment plant radioactive airborne effluents discharge optimization control in the hierarchy structure model is set up. Through the consistency test， the comparison matrix of the structure in this paper meets the requirement of consistency. The results show that the scheme 5 is the optimal solution （weight： 0.4473）， the second is scheme 4 （weight：0.2601）. [Key words]Uranium； Airborne effluent； Optimal control； AHP
1 引言
铀浓缩厂的运行必然产生放射性气载流出物，这些放射性气载流出物向环境的“零排放”是难以实现的，因为这将给废气处理带来相当大的难度和代价。而过量排放也是不可取的，因为这会对当代公众造成不必要的附加照射。按照最优化的原则对气载流出物的排放进行优化控制是问题的关键。针对铀浓缩厂气载流出物的优化排放问题，应当根据铀浓缩厂周围的环境特征和气载流出物的排放特点，从环境、社会和经济等方面综合考虑影响最优化的各种因素，筛选出较为合适的最优化分析方法。得出的气载流出物最优化结果，应当能够指导铀浓缩设施的实际运行。同时在流出物向环境排放时，营运单位和监督部门要对流出物中的各个重要核素进行监测，只有这样才能实现在优化的排放水平下进行有监控的排放。
2 层次分析方法[8]
层析分析方法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种系统的层次性的多目标决策分析方法，这是由美国运筹学家、匹兹堡大学教授托马斯？萨迪教授（AHP的主要理论家）在20世纪70年代提出的决策方法，涉及到社会、经济、人文等因素的决策问题，这些因素通常不易定量测量的。方法具有系统性、简洁性和实用性的优点。
其思路与人对一个复杂决策问题的思维判断过程大体相一致。AHP大体分为四个具体步骤：
1）建立递阶层次结构。分析系统中各因素之间的关系，层次结构包括目标层、准则层和方案层。
2）构造成对比较矩阵。从第二层开始用成对比较矩阵和1～9尺度，对同一层次的各因素对于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，计算单一准则下元素相对重要性。
3）计算单排序权向量并做一致性检验。利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，归一化后的特征向量即为权向量。若不通过，需要重新构造成对比较矩阵。
4）计算层次总排序权向量，并进行一致性检验。计算最下层对最上层的总排序权向量，利用总排序一致性比率进行检查。若通过，则可按照总排序结果进行决策。否则需要重新考虑模型或重新构造哪些一致性比率CR较大的成对比较矩阵。
成对比较阵，即是每次取两个因素进行比较，全部比较结果可用成对比较矩阵表示。Satty等人提出两比较时采用相对1-9尺度较好，理由如下：
在成对比较时，通常有5个明显的等级，1相同，3稍强，5强，7明显强，9绝对强；心理学家认为，进行成对比较的因素太多，将超出人的判断能力，最多大致在7±2范围，用1-9尺度表示差别正好；Satty等人做过1-3、1-5、1-17等共27种比较尺度，计算结果发现，1-9尺度不仅在较简单尺度中最好，而且结果不劣势于较复杂的尺度。目前，在层次分析法的应用中，大多数人都采用1-9尺度。
成对比较阵通常不是一致阵，其不一致程度应在一定的容许范围内，确定这个范围就需要一致性检验。
定义了一致性指标。CI=0，则为一致阵，CI越大，不一致程度越严重。为了确定不一致程度的允许范围，需要找出可以衡量一致性指标CI的标准，又引入随机一致性指标RI。对于n>3的成对比较阵A，当一致性比率CR=CI/RI<0.1时，认为A的不一致程度在允许范围之内。其中，需要注意的是0.1的选取是带有一定主观信度的（表1）。
3 A厂气载流出物排放优化控制研究
本研究采用层次分析方法计算铀浓缩厂气载流出物的优化控制排放量。
（1）建立层次结构模型（图1）
共分为三个层次，最上层为目标层，中间层为准则层，最下层为方案层。备选方案1的放射性气载流出物排放量为1.1×1010Bq/a，备选方案2为1.1×109Bq/a，备选方案3为1.1×108Bq/a，备选方案4为1.1×107Bq/a，备选方案5为1.1×106Bq/a。备选方案的选取原则为：方案1的排放量为该设施气载流出物所致周围关键居民组最大个人有效剂量占到其分配的剂量约束值时的排放量，以下每个方案按照降一个数量级考虑。
（2）构造成对比较矩陣及层次单排序（表2-表8）
（3）层次总排序及一致性检验（表9-表10）
由表10可得出，方案5为最优方案，其次为方案4。
4 结论和建议
（1）本文在AHP原理的基础上，建立了适合铀浓缩厂放射性气载流出物排放优化控制的层次结构模型，该模型在成对比较时采用相对尺度，尽可能地减少性质不同的因素相互比较的困难，提高准确度。经过一致性檢验，本文构造的各个成对比较矩阵均满足一致性要求。计算结果表明，方案5为最优方案（权重：0.4473），其次为方案4（0.2601）。
（2）气载流出物的年排放量Q的优化水平与u值有关，u值则表示出不同人群的意愿，换句话说，优化值与利益相关者有关，其具体值可由主管当局召集各界人士（电站业主、工程人员、防护人员、环境保护与能源决策者等）商定。本文参照核电站问卷调查的结果分析各影响因素最大可能的权重值，但或许是不全面的或实际情况是更为复杂的。
参考文献
[1] IAEA. Regulatory Control of Radioactive Discharges to the Environment[R]. Safety Guide No.WS-G-2.3. 2000.
[2] IAEA. Radioactive Waste Management Glossary[R]. IAEA， Vienna， 2003.
[3] NCRP Report No.143 Management Techniques for Laboratories and other Small Institutional Generators to minimize off-side Disposal of low level Radioactive Waste[R]. 2003.
[4] 刘华.核设施放射性流出物排放的优化控制研究[D].中国原子能科学研究院，2005.
[5] 姚仁太.多堆厂址大气弥散问题及大气排放限制的优化规划问题研究[D]. 中国原子能科学研究院，2000.
[6] 电离辐射源与效应UNSCEAR2000年向联合国大会提交的报告及科学附件[R].山西科学技术出版社.
[7] 张钧等.关于辐射防护最优化的几点讨论[J].辐射防护通讯，2002.22（4）：（23-26）.
[8] 熊锐，曹锟生.多目标的层次分析方法[J].系统工程理论与实践，1992，12（6）：60.
[9] 李德平.辐射防护的最优化[J].辐射防护，1988，8（4-5）：241-252.
[10] 核工业标准化研究所.GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京：中国标准出版社，2003.