一种统计分析软件与核能程序的接口设计方法及集成系统

本发明属于核反应堆工程软件开发领域，更具体地，涉及一种统计分析软件与核能程序的接口设计方法及集成系统。

背景技术：

1、“最佳估算+不确定分析”(bepu)方法近年来已发展为一种重要的核安全分析方法。相对于传统的保守性分析方法，bepu方法采用最佳估算程序进行更加准确的接近现实的计算，能够在保证安全的前提下带来更多的经济效益。而按照核安全法规要求，不确定性量化计算是最佳估算程序验证的必要环节。不确定性量化分析能够合理地衡量计算结果与真实情况之间的差距。目前，国际上发展出了多种不确定性分析的方法，并研发了多种具备不确定性分析功能的软件，如dakota统计软件等。dakota具备参数探索、模型校准、实验设计、最优化研究和不确定性量化等功能，其中不确定性量化功能可以为核反应堆专业的数值模拟软件验证中的抽样和敏感性分析提供高效可靠的技术手段，进一步挖掘反应堆设计裕量。

2、对于核工程领域的最佳估算程序(如relap5、trace、melcor等)，以下简称核能专业程序，其计算结果的不确定性量化分析，通常需要结合统计分析软件和核能专业程序，开展大量的抽样计算和复杂的数据传递，往往需要人为的繁杂操作和数据处理工作，并耗费大量的计算资源。因而十分有必要开展核能专业程序与统计分析软件之间的耦合接口设计，实现一体化高效的不确定性计算工作流，同时建立可视化的不确定性量化分析集成系统，便于用户通过简捷操作即可实现高效的不确定性量化和验证分析。从而为我国开发自主化的不确定性分析平台提供技术支撑，同时也能够为我国自主研发的核反应堆系统程序的验证提供方法指导。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种统计分析软件与核能程序的接口设计方法及集成系统，通过统计分析软件与核能专业程序的耦合接口设计实现一体化的不确定性计算工作流，包括抽样样本获取、接口前处理、程序批量化运行和接口后处理；同时，基于qt框架将所搭建的接口设计工作流进行串联封装，建立可视化的不确定性量化分析集成系统，便于用户开展高效的不确定性量化计算和敏感性分析。

2、为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种统计分析软件与核能专业程序的接口设计方法，包括以下步骤：

4、s101：抽样样本获取：确定不确定性输入参数及其统计分布信息，利用统计分析软件进行抽样得到不确定性输入参数的抽样样本数据；

5、s102：接口前处理：利用抽样样本数据对核能专业程序输入卡中的相应参数进行抽样替换，生成多组具有不同计算工况条件的核能专业程序输入文件；

6、s103：程序批量化运行：将抽样替换后的多个输入卡文件传输到核能专业程序的可执行文件中进行自动化批量运行，得到多组计算结果文件；

7、s104：接口后处理：读取计算结果文件中的输出参数值，进行数据后处理，如进行敏感性系数的计算等。

8、进一步的，所述抽样样本获取具体为：根据所选取的不确定性输入参数及其分布和范围，在统计分析软件的输入文件中，输入所需的各种设置，例如抽样方法、抽样次数、抽样参数的名称、抽样参数上下限值、抽样所用驱动程序、抽样结果文件名等；利用统计分析软件所提供的外部接口，将输入文件导入软件进行抽样计算，得到抽样结果文件。

9、进一步的，所述接口前处理具体为：针对选定的不确定性输入参数，抽样结果文件将以表格的形式给出所有参数的抽样样本值；将抽样结果文件中的不确定性输入参数的抽样样本值与核能专业程序输入卡中对应参数的参数值进行替换；每个样本组合对应一个新的输入卡，从而得到多个具有不同计算工况条件的新输入卡。

10、进一步的，所述程序批量化运行具体为：通过编写批量化并行的命令行语句的方式，实现将每个输入卡文件传输到核能专业程序的可执行文件中进行自动化批量运行，进而计算得到多组计算结果。在计算之前，需要在命令行中对输入文件名称以及输出文件名称进行适当修改，以满足对不同输入卡文件运行结果文件之间的区分。此外，以用户自定义命令行的方式提供了对不同系统程序进行耦合的拓展功能。该步骤基于每个文件夹下的输入(.in)文件进行计算，并在对应文件夹目录下生成输出结果(.out)文件和重启(.rst)文件。

11、进一步的，所述接口后处理具体为：通过程序批量化传播计算得到输出结果之后，对计算结果数据进行统计后处理，以满足后续安全分析和程序验证的需求。通常需要对结果数据的后处理包括获取所关心参数的最大/最小值、计算方差和标准差，以及计算敏感性系数等。其中，通过计算敏感性系数的大小是开展敏感性分析的重要环节，可用于评估输入参数对输出参数的影响程度大小。

12、第二方面，提供了一种统计分析软件与核能专业程序的不确定性量化分析集成系统，包括：

13、界面属性配置单元，用于对主窗口和子窗口类的界面属性进行配置，并实现主窗口和子窗口的相应功能。其中，主窗口类用于定义主界面的属性及功能实现，包括统计分析软件和核能专业程序输入文件的选择、各数据文件的管理、程序批量化运行得到输出计算结果等。子窗口类用于定义子界面的属性及功能实现，包括参数抽样信息的设定、核能程序输入卡中抽样参数的替换、输出响应参数的指定等。

14、功能模块构建单元，用于对主界面和子界面各功能区域分布的设定，实现不同功能模块的构建。对于主窗口界面，包括四个区域：区域一是核能专业程序输入卡显示区域，区域二是统计分析软件输入文件显示区域，区域三是自定义命令行输入区域，区域四是计算信息(错误信息)显示区域；对于子窗口一界面，包括抽样方法设置、抽样分布信息和抽样参数替换三个界面区域；对于子窗口二界面，显示区域主要实现所关注的输出响应参数的指定，并计算输出结果的最大值和最小值。

15、集成系统封装单元，用于建立主窗口类和子窗口类之间的交互关系，并建立界面属性及功能与所搭建的功能模块区域分布之间的联系；按照不确定性分析计算的一般流程步骤，对上述所配置好的界面属性以及功能模块进行封装，实现一体化高效计算的工作流，进而建立统计分析软件与核能专业程序的不确定性量化分析集成系统。

16、第三方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面所述的方法。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明能够实现一体化的不确定性计算工作流，包括抽样样本获取、接口前处理、程序批量化运行和接口后处理，不需要人为手动繁杂操作，能够开展自动化批量运行，大大提高计算效率；

19、2、本发明建立的不确定性量化分析集成系统，具备抽样参数自定义、基准算例计算、多组不同工况的不确定性计算以及敏感性系数计算等功能，方便用户进行不同需求的计算；

20、3、本发明提供的集成系统界面简洁清晰，便于用户快速掌握和便捷操作；

21、4、本发明提供的接口设计方法和集成系统可适用于多种不同类型的核能专业程序与统计分析软件的耦合计算，具备良好的应用普适性。