核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法及系统与流程

1.本发明涉及数字化人机交互领域，尤其涉及一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法及系统。


背景技术：

2.主控室是核电站的控制中心，提供操纵员的监视、控制和管理功能，操纵员在主控室中完成对电厂的监控。随着信息化技术的发展，新建核电站已基本采用数字化主控室，部分在运模拟盘台式控制核电站也相继开展数字化改造。与传统的模拟盘台式控制相比，数字化控制带来了人机接口操作特征的根本性改变，然而人机接口操作特征是支撑人机接口设计、人员任务分析、绩效评价、可靠性分析等众多领域的基础。
3.受限于数据采集对象不清晰、采集场景建立的困难，采集流程和方法过于主观，可用数据匮乏和数据可用性差，上述众多领域现有定量的分析和评价工作仍基于在传统模拟盘台式人机接口采集的数据，其对先进数字化人机接口的定量设计、分析和评价适用性已经受到广泛的质疑和批评，严重制约以此为基础的各项工作的可信度，亟需开发一套数字化操作基本动作时间采集流程，建立与数字化控制人机接口特征相适应的数据库。
4.目前，现有的基本动作时间采集流程具有以下缺陷：
5.1、现有的相关技术方案及数据均基于传统模拟盘台式接口采集，随着社会的发展，电厂设计、自动化、数字化水平、人机接口特性、操纵人员特性、数据应用场景和需求已发生了巨大的变化；其对先进数字化人机接口的适用性已经受到广泛的质疑和批评，严重制约各项以此为基础工作的可信度；
6.2、现有主流数据均采用美国为主公开的基本数据，但是不同的国家、民族有不同的文化教育背景、社会环境和物质条件，决定了人们不同的思维方式和行为方式，因此国外数据是否适合我国国情也存在疑问；
7.3、目前在使用的数据主要是专家判断数据或电厂日志、运行事件的简单统计数据或从原始数据再依据某类法则外推获得的数据，一定程度上过度依赖于认知心理学(诊断、压力、复杂度等)分类，通用性差且来源于实际的原始数据并不多，而专家的判断和外推法则是否合理，却常难以给出令人信服的证明；
8.4、现有的国外数据往往来自多个不同类型的电厂或模拟机，代表性广，但是适用精度不足；
9.5、目前技术方案主要是从人因失误率统计的角度，对单个操纵可靠性影响因素进行收集、分类和评价，未将各因素作为一个整体考虑，不能全面反映操纵员的操纵特性及服务于其他分析和评价领域。


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法及系统。
11.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法，包括：
12.步骤s10.调出预先建立的事故测试情景库；
13.步骤s20.在多组操纵员依次在数字化全范围模拟机上依据运行规程执行所选定的事测试故情境响应工作的数字化操作时，获取所述数字化全范围模拟机的显示界面的录屏信息及采集现场的音视频信息，以获取录屏录像信息；
14.步骤s30.调用预先确定的基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库及与所选定的事故测试情景对应的运行规程路径库，并通过对所述录屏录像信息进行分析获取各个操纵员实施各个基本动作单元的操作时间；
15.步骤s40.调用预先设置的设备响应时间库，并根据各个基本动作单元的操作时间及所述设备响应时间库中相应的设备响应时间，分别确定每个基本动作单元的多个实施时间；
16.步骤s50.分别对每个基本动作单元的多个实施时间进行统计学处理，以获取各个基本动作单元的实施时间统计均值，并进行输出。
17.优选地，在所述步骤s50之后，还包括：
18.步骤s60.将所述各个基本动作单元的实施时间统计均值存入基本动作实施时间库。
19.优选地，在所述步骤s20之后，还包括：
20.步骤s70.根据所述录屏录像信息判断相应事故测试情景响应过程是否异常，和/或，相应操纵员的操作动作过程是否失效或异常，若是，则输出提示信息。
21.优选地，在所述步骤s30之后，还包括：
22.步骤s80.调用基本动作单元理论时间库，并通过比较各个基本动作单元的理论时间与步骤s30所获取的相应基本动作单元的操作时间来判断所获取的各个基本动作单元的操作时间是否需要修订。
23.优选地，在所述步骤s30之后，还包括：
24.步骤s90.调用基本动作单元操作时间限值库，并判断所述步骤s30所获取的基本动作单元的操作时间是否需要修订。
25.优选地，所述步骤s50包括：
26.步骤s51.针对每个基本动作单元，分别对多个操纵员所对应的实施时间进行求对数计算，以获取多个对数值；
27.步骤s52.对所述多个对数值计算平均值并进行标准差检验；
28.步骤s53.对所述标准差检验合格的平均值进行反对数计算，以获取相应基本动作单元的实施时间统计均值。
29.本发明还构造一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统，包括处理器及存储有计算机程序的存储器，所述处理器在执行所述计算机程序时实现以上所述核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法的步骤。
30.本发明还构造一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统，包括：
31.情景库调用模块，用于调出预先建立的事故测试情景库；
32.录屏录像模块，用于在多组操纵员依次在数字化全范围模拟机上依据运行规程执
行所选定的事故测试情境响应工作的数字化操作时，获取所述数字化全范围模拟机的显示界面的录屏信息及采集现场的音视频信息，以获取录屏录像信息；
33.操作时间获取模块，用于调用预先确定的基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库及与所选定的事故测试情景对应的运行规程路径库，并通过对所述录屏录像信息进行分析获取各个操纵员实施各个基本动作单元的操作时间；
34.实施时间获取模块，用于调用预先设置的设备响应时间库，并根据各个基本动作单元的操作时间及所述设备响应时间库中相应的设备响应时间，分别确定每个基本动作单元的多个实施时间；
35.统计处理模块，用于分别对每个基本动作单元的多个实施时间进行统计学处理，以获取各个基本动作单元的实施时间统计均值，并进行输出。
36.优选地，还包括：
37.存入模块，用于将所述各个基本动作单元的实施时间统计均值存入基本动作实施时间库。
38.优选地，还包括：
39.异常判断模块，用于根据所述录屏录像信息判断相应事故测试情景响应过程是否异常，和/或，相应操纵员的操作动作过程是否失效或异常，若是，则输出提示信息。
40.优选地，还包括：
41.理论判断模块，用于调用基本动作单元理论时间库，并通过比较各个基本动作单元的理论时间与所获取的相应基本动作单元的操作时间来判断所获取的各个基本动作单元的操作时间是否需要修订。
42.优选地，还包括：
43.限值判断模块，用于调用基本动作单元操作时间限值库，并判断所述操作时间获取模块所获取的基本动作单元的操作时间是否需要修订。
44.在本发明所提供的技术方案中，操纵员在核电站数字化全范围模拟机上执行所选定的事故测试情境响应工作的数字化操作时，通过对数字化全范围模拟机的显示界面进行实时录屏及对现场音视频进行实时采集，并通过对该录屏录像信息进行分析来获取各个操纵员实施各个基本动作单元的操作时间，再通过调用设备响应时间库确定各个基本动作单元的实施时间。最后针对每个基本动作单元，对多个实施时间进行统计学处理，以获取相应基本动作单元的实施时间统计均值，因此，可系统地、客观地、可复现地实现数字化人机接口操作的基本动作单元的时间数据的采集。所采集的时间数据还可进一步应用在新建及改造核电站，成为相关数字化人机接口设计、人员任务分析、人员可靠性评估、班组绩效评价工作的可信数据基础之一。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
46.图1是本发明核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法实施例一的流程
图；
47.图2是本发明核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统实施例一的逻辑结构图；
48.图3是本发明核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统实施例二的逻辑结构图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.针对目前尚未存在核电站数字化人机接口操作的基本动作单元的时间采集流程，本技术构造一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法。
51.首先说明的是，以往的人因数据采集都依赖于某个模型，该模型决定了原始数据采集模式和数据分析模式。这就带来了以下问题：不同的人因分析模型需要不同的数据采集模式，基于某种特殊模型而采集的数据不能照搬用于其它模型。更为困难的是根据传统的概率确定思维，在确定某基本动作单元失误率时，其分母(即总计动作次数)的获取非常困难，因而很难获得一个以实际统计数据为基础的失效率数据。为保证所采集数据的准确性、一致性、实用性和适用性，应摆脱具体的人因分析模型限制和传统的失误率采集思维的限制。采用关系型数据描述方式可在一定程度上解该问题，因此，建立结构化的数据采集模式和通用统计数据是非常必要的。
52.而数字化全范围模拟机是用一套计算机软件模拟核电站的整个作业过程，可对不同条件下的事故情境和操纵员响应进行模拟，涵盖电厂正常运行、异常瞬态、事故运行等工况，可为操纵员基本动作单元的时间数据采集提供客观依据。同时基于数字化模拟机的操纵员作业过程是自然的，并没有额外的介入措施或压力影响其任务执行过程，更为接近真实情况。通过模拟机采集的数据与实际电厂条件下的数据是接近的(可比拟)，也是目前采集操作任务数据主要的手段之一。
53.基于此，本技术通过核电站数字化全范围模拟机对电厂不同事故条件下的情景和操纵员响应进行模拟，采集人员操作的时间数据，为事故工况下的人员行为客观研究提供依据。采集结果的统计分析证明，数字化全范围模拟机数据可以作为数字化操作基本动作时间采集依据，其具有合理性和可行性。
54.图1是本发明核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法实施例一的流程图，该实施例的时间采集方法包括以下步骤：
55.步骤s10.调出预先建立的事故测试情景库；
56.步骤s20.在多组操纵员依次在数字化全范围模拟机上依据运行规程执行所选定的事测试故情境响应工作的数字化操作时，获取所述数字化全范围模拟机的显示界面的录屏信息及采集现场的音视频信息，以获取录屏录像信息；
57.步骤s30.调用预先确定的基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库及与所选定的事故测试情景对应的运行规程路径库，并通过对所述录屏录像信息进行分析获取各个
操纵员实施各个基本动作单元的操作时间；
58.步骤s40.调用预先设置的设备响应时间库，并根据各个基本动作单元的操作时间及所述设备响应时间库中相应的设备响应时间，分别确定每个基本动作单元的多个实施时间；
59.步骤s50.分别对每个基本动作单元的多个实施时间进行统计学处理，以获取各个基本动作单元的实施时间统计均值，并进行输出。关于该实施例，需说明的是：
60.在步骤s10中，需要预先在时间采集系统上建立事故测试情景库，具体地，根据《设计工况清单》确定核电站事故工况范围；根据确定论安全分析及psa(probability safety assessment，psa)文件给出的事故模型及其时序图，建立事故测试情景库。在状态导向法规程(state
‑
oriented procedures，sop)中选定各事故对应的运行规程路径以生成各个事故测试情景分别对应的运行规程路径库。基于所选取的运行规程路径，选定sop中数字化人机接口操作的基本动作单元类型，如有必要给出操作说明，以便定义该基本动作单元的含义和时间采集起始、结束要求，并生成数字化操作的基本动作单元类型库，如表1所示。这种基于sop规程选取数字化操作的基本动作单元类型的方式可解决采集对象从无到有的问题。
[0061][0062]
表1
[0063]
接着，确定所选定数字化操作基本动作单元类型对应于数字化人机界面上的操作图幅类型，并生成基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库，如表2所示。另外，如有必要，针对较为复杂的调节操作，以操纵员习惯性方式进行操纵说明和要求。
[0064][0065]
表2
[0066]
然后，依据前面获取的事故测试情景库中定义的数字化全范围模拟机试验的目
的、范围、内容，以及执行实验的工况要求，在数字化核电站全范围模拟机上设置事故测试情景库。
[0067]
最后需说明的是，所预先确定的事故测试情景库、基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库、各个事故测试情景对应的运行规程路径库，以及后面提及的设备响应时间库、基本动作单元理论时间库、基本动作单元操作时间限值库、操纵员信息库、任务信息库等，共同组成完整的信息采集系统，方便后续时间采集流程的调用。
[0068]
关于步骤s20，当在数字化全范围模拟机上设置好事故测试情景之后，可安排多组持照且经验丰富的运行班组的操纵员在数字化全范围模拟机平台上按照正规培训操作执行所选定(可随机选定，也可按顺序选定)的事故测试情境试验。而且，在执行数字化操作之前，还可录入操纵员信息和任务信息，操纵员信息数据与任务信息数据是时间数据采集质量得到保证的前提与基础。所录入的操纵员信息被存入操纵员信息库，所录入的任务信息被存入任务信息库。操纵员信息、任务信息的统计表分别如表3、4所示。
[0069][0070]
表3
[0071][0072]
表4
[0073]
当操纵员执行数字化操作时，通过数字化全范围模拟机上的摄像头和专用软件实施实时录像、录屏、录音操作等工作，记录完整的试验过程，以收集录屏录像信息。由于每个事故测试情景所对应的运行规程路径是预先确定的，其操作步骤录入表格形成运行规程路径库，每个步骤自动调用其基本动作单元类型。所以，当操纵员在数字化全范围模拟机上进行测试后，可通过调用运行规程路径库从录屏录像信息中确定出操作时间。该方式通过全范围数字化全范围模拟机和持照操纵员的真实场景模拟，解决了数据采集工作真实性、有效性和可用性，提高了定量评估预测的可信程度以及统计样本量问题，而且，利用数字化全范围模拟机技术发展优势和计算机手段，采集数字化规程执行的视频/音频数据，解决了时间数据采集客观性、准确性。另外，还可通过音像监测界面和/或单向可视玻璃观察、记录实验过程，从而避免干预试验过程。
[0074]
关于步骤s30，需说明的是，通过调用基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库来对所获取的录屏录像信息进行分析处理，以获取各操纵员实施基本动作单元时的操作时间。另外，为避免不同人员或不同阶段观察、采集数据导致的格式或内容不一致，可通过excel数据筛选工具等方式进行预处理，部分数据记录见表5。这种二维表格式的数据方便导入到各种类型的常见数据库中，而且，可以通过数据库对数据进行统计分析，或作为基础数据为其他研究提供分析。数据的收集结果以及数理分析结果表明，运用上述方法能够准确可靠、全面地获取所要收集的信息，结果具有良好的一致性。
[0075][0076]
表5
[0077]
关于步骤s40，需说明的是，需要预先依据核电站调试试验实测设备响应数据，给出操作对应的实体设备的响应时间清单，如表6所示，并生成设备响应时间库。应理解，并不是所有的基本动作单元均对应有设备响应时间，仅操作类的基本动作单元才对应有设备响应时间。在确定各个操纵员进行各个基本动作单元的实施时间时，对于操作类的基本动作单元，将其所对应的操作时间及相应的设备响应时间进行叠加，便可确定该基本动作单元的实施时间；对于非操作类的基本动作单元，直接将其所对应的操作时间作为该基本动作单元的实施时间。这样，可基于核电站调试实测设备响应时间数据，修正通过数字化全范围模拟机试验获取的时间数据，提升时间数据采集的完整性。
[0078][0079]
表6
[0080]
关于步骤s50，需说明的是，可基于microsoft编写数据分析处理程序，针对每个基本动作单元，对多个采集的实施时间采用对数正态分布进行统计与方差检验，以获取相应基本动作单元的实施时间统计均值，并输出基本动作单元实施时间均值表，如表7所示。
[0081][0082]
表7
[0083]
该实施例的技术方案，操纵员在核电站数字化全范围模拟机上执行事故情境响应
工作的数字化操作时，通过对数字化全范围模拟机的显示界面进行实时录屏及对现场音视频进行实时采集，并通过对该录屏录像信息进行分析来获取各个操纵员实施各个基本动作单元的操作时间，再通过调用设备响应时间库确定各个基本动作单元的实施时间。最后针对每个基本动作单元，对多个采集的实施时间进行统计学处理，以获取相应基本动作单元的实施时间统计均值，因此，可系统地、客观地、可复现地实现数字化人机接口操作的基本动作单元的时间数据的采集。所采集的时间数据还可进一步应用在新建及改造核电站，成为相关数字化人机接口设计、人员任务分析、人员可靠性评估、班组绩效评价工作的理论基础之一。而且，由于操纵员日常基于此数字化规程和数字化全范围模拟机数字化人机界面进行培训，人员素质也较好，操作技术熟练，因此得到的结果适用性好于现有数据，以此为基础的评价结果可信度更高。
[0084]
进一步地，在一个可选实施例中，在步骤s50之后，还包括：
[0085]
步骤s60.将所述各个基本动作单元的实施时间统计均值存入基本动作实施时间库，这也是首次供国内核电站设计使用的自主开发数据库。
[0086]
进一步地，在一个可选实施例中，在步骤s20之后，还包括：
[0087]
步骤s70.根据所述录屏录像信息判断相应事故测试情景响应过程是否异常，和/或，相应操纵员的操作动作过程是否失效或异常，若是，则输出提示信息。
[0088]
在该实施例中，通过分析数字化全范围模拟机上的事故情境试验结果，检查事故进程的符合性，例如，完整的事故响应过程超出了热工水力要求的事故可用时间，可认为该事故情景响应过程失效；操纵员动作失效或异常、违反运行技术规范的操作、违反程序执行规范的操作、临时中止操作等，可认为操作动作过程异常。通过对监测记录清点，可剔除异常的事故情境、异常人员行为或奇异数据。
[0089]
进一步地，在一个可选实施例中，在步骤s30之后，还包括：
[0090]
步骤s80.调用基本动作单元理论时间库，并通过比较各个基本动作单元的理论时间与步骤s30所获取的相应基本动作单元的操作时间来判断所获取的各个基本动作单元的操作时间是否需要修订。
[0091]
在该实施例中，可根据基本动作单元理论时间库，计算各个基本动作单元的理论时间。然后再通过比较各基本动作单元的理论时间与操作时间偏差是否在规定范围内来判断所获取的各个基本动作单元的实施时间统计均值是否需要修订，具体地，若偏离理论时间的30％以上则给出需要修订提示。
[0092]
进一步地，在一个可选实施例中，在步骤s30之后，还包括：
[0093]
步骤s90.调用基本动作单元操作时间限值库，并判断所述步骤s30所获取的基本动作单元的操作时间是否需要修订。
[0094]
在该实施例中，可预先通过对高级操纵员及运行经验丰富的操纵员进行访谈来确定出特殊或极限状态应采用的最长操作时间(操作时间限值)，并生成基本动作单元操作时间限值库。在实际的采集流程中，可通过调用基本动作单元操作时间限值库来判断通过数字化全范围模拟机试验获取的操作时间与电站实际运行时的操作时间是否一致，如有需要可对操作时间进行校正修订，修订部分以0.05分钟为最小单位。因此，可通过对参与测试的操纵员访谈所确定的最长操作时间限值，来对数字化全范围模拟机测试获取的时间数据进行校正修订，消除数字化全范围模拟机测试与真实环境操作偏差，解决部分特殊场景时间
数据的定量化取值需要，提升采集数据应用的有效性。
[0095]
进一步地，在一个可选实施例中，步骤s50包括：
[0096]
步骤s51.针对每个基本动作单元，分别对多个操纵员所对应的实施时间进行求对数计算，以获取多个对数值；
[0097]
步骤s52.对所述多个对数值计算平均值并进行标准差检验；
[0098]
步骤s53.对所述标准差检验合格的平均值进行反对数计算，以获取相应基本动作单元的实施时间统计均值。
[0099]
在该实施例中，采用对数正态分布处理各个基本动作单元的实施时间，而且，可基于microsoft编写对数正态分布的数据自动处理程序，确保了数据采集的客观性，消除随机偏差，确保了数据分析和处理过程的规范性、科学性。具体地，首先对数字化操作基本动作单元的全部实施时间取其对数值，然后计算这些对数值的平均值和标准差，标准差符合3西格玛准则后再取平均值的指数，所得的时间作为该基本动作单元的最终的实施时间统计均值。
[0100]
本发明还构造一种核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统，该时间采集系统包括处理器及存储有计算机程序的存储器，而且，该处理器在执行所述计算机程序时实现以上实施例所述的核电站数字化操作基本动作单元的时间采集方法的步骤。
[0101]
图2是本发明核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统实施例一的逻辑结构图，该时间采集系统包括：情景库调用模块10、录屏录像模块20、操作时间获取模块30、实施时间获取模块40、统计处理模块50，其中，情景库调用模块10用于调出预先建立的事故测试情景库；录屏录像模块20用于在多组操纵员依次在数字化全范围模拟机上依据运行规程执行所选定的事故测试情境响应工作的数字化操作时，获取所述数字化全范围模拟机的显示界面的录屏信息及采集现场的音视频信息，以获取录屏录像信息；操作时间获取模块30用于调用预先确定的基本动作单元类型与操作图幅类型的对照库及与所选定的事故测试情景对应的运行规程路径库，并通过对所述录屏录像信息进行分析获取各个操纵员实施各个基本动作单元的操作时间；实施时间获取模块40用于调用预先设置的设备响应时间库，并根据各个基本动作单元的操作时间及所述设备响应时间库中相应的设备响应时间，分别确定每个基本动作单元的多个实施时间；统计处理模块50用于分别对每个基本动作单元的多个实施时间进行统计学处理，以获取各个基本动作单元的实施时间统计均值，并进行输出。
[0102]
图3是本发明核电站数字化操作基本动作单元的时间采集系统实施例二的逻辑结构图，该实施例的时间采集系统相比图2所示的实施例，还包括有：存入模块60、异常判断模块70、理论判断模块80、限值判断模块90，其中，存入模块60用于将所述各个基本动作单元的实施时间统计均值存入基本动作实施时间库；异常判断模块70用于根据所述录屏录像信息判断相应事故情景响应过程是否异常，和/或，相应操纵员的操作动作过程是否失效或异常，若是，则输出提示信息；理论判断模块80用于调用基本动作单元理论时间库，并通过比较各个基本动作单元的理论时间与操作时间来判断所获取的各个基本动作单元的操作时间是否需要修订；限值判断模块90用于调用基本动作单元操作时间限值库，并判断所述操作时间获取模块所获取的基本动作单元的操作时间是否需要修订。
[0103]
综上，核电站数字化全范围模拟机可对电厂不同事故条件下的情景和操纵员响应
进行模拟，为事故工况下的人员行为客观研究提供依据，因此，可通过数字化全范围模拟机获取操纵员进行数字化操作的基本动作单元的时间数据，试验结果证明该数据与实际电厂条件下得到的数据是可比拟的。因此，数字化全范围模拟机数据可以作为数字化操作基本动作时间采集依据并有其合理性和可行性。
[0104]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。