環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測與指揮系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

張永輝 王 東

摘要:針對環(huán)保部門應(yīng)對突發(fā)性環(huán)境污染事故的應(yīng)急監(jiān)測與指揮處置能力,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和GIS分析技術(shù)的區(qū)域環(huán)境污染事故應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。文章在重點(diǎn)分析系統(tǒng)需求和工作流程基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的實(shí)施方案和模塊功能;該系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計完成并得到良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞:環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測;應(yīng)急指揮系統(tǒng);環(huán)境污染;ArcGIS

中圖分類號:X830文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)21-0117-03

環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測與指揮系統(tǒng)建立了基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和GIS分析技術(shù)的區(qū)域環(huán)境污染事故應(yīng)急、預(yù)警系統(tǒng),為突發(fā)性環(huán)境事故的應(yīng)急監(jiān)測、指揮處理提供了先進(jìn)的技術(shù)手段和決策支持。

一、系統(tǒng)需求與流程分析

(一)系統(tǒng)的總體需求

環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測與指揮系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下重點(diǎn)危險源、化學(xué)危險品的管理和環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測管理,為環(huán)境污染事故的應(yīng)急、預(yù)案管理,以及應(yīng)急指揮提供先進(jìn)的技術(shù)手段和決策支持。

1.重點(diǎn)危險源的管理。生產(chǎn)企業(yè)集中存儲的危險物品、工業(yè)生產(chǎn)過程中用到的危險原料、中間產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品,都是危險源。對危險源可以通過建立數(shù)據(jù)庫來管理。在數(shù)據(jù)庫中記錄危險源的地理位置、現(xiàn)存的污染物或者危險品和在特定條件下可能產(chǎn)生的污染物的名稱、性質(zhì)和來源、環(huán)境事故發(fā)生影響的范圍、危害程度以及存儲量等信息,實(shí)現(xiàn)對風(fēng)險源的屬性信息和地理信息查詢,生成針對特定風(fēng)險源的突發(fā)環(huán)境事故的應(yīng)急防治辦法及處置預(yù)案。

2.化學(xué)危險品的管理。能夠造成污染的物質(zhì)就是危險品。需要給危險品建立數(shù)據(jù)庫,記錄危險品的名稱、理化性質(zhì)、健康危害、監(jiān)測方法、安全防護(hù)措施以及應(yīng)急處理處置方法、實(shí)驗室監(jiān)測方法及用到儀器設(shè)備,實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的快速檢索和查詢。

3.危險品的應(yīng)急檢測。發(fā)生突發(fā)性環(huán)境事故后,要求迅速查明該污染物的信息,為下一步的工作做好準(zhǔn)備,污染物或危險品的監(jiān)測有多種方法,不同的方法使用的檢測儀器及原理也不同,可以將這些方法錄入數(shù)據(jù)庫,并配以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等參考文件,以備查詢和檢索,為污染物的監(jiān)測提供幫助和輔助手段。

4.危險品的預(yù)警管理。某些危險品、危險源在特定的氣候狀況下,發(fā)生污染事故的頻率較高,因此在這種特殊的天氣條件下,應(yīng)當(dāng)能夠查詢出該種危險品,向有關(guān)部門發(fā)出預(yù)警信息,提高警惕,防止污染事故的發(fā)生。

5.決策支持與部門聯(lián)動。當(dāng)發(fā)生突發(fā)性環(huán)境事故時,要求環(huán)保部門迅速做出對策,有效的處理突發(fā)事故,最大限度的拯救國家和人民的生命和財產(chǎn)安全,在這種情況下,要迅速的調(diào)集相關(guān)人員,同時咨詢專家做出決策。突發(fā)性環(huán)境污染事故一旦發(fā)生,一般靠某一部門或單位是無法快速有效地妥善處理的,因此,遇到重大突發(fā)性環(huán)境污染事故時,應(yīng)立即啟動相關(guān)預(yù)案,及時上報當(dāng)?shù)鼗蛏霞壵块T,由政府牽頭,各部門協(xié)同作戰(zhàn)。因此系統(tǒng)應(yīng)具有應(yīng)急預(yù)案、決策支持、部門聯(lián)動、現(xiàn)場監(jiān)控等功能,以輔助領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行決策指揮,減少損失。

(二)系統(tǒng)的工作流程

1.環(huán)境突發(fā)污染事故應(yīng)急監(jiān)測工作流程:

2.環(huán)境突發(fā)性污染事故的預(yù)警工作流程:

3.環(huán)境突發(fā)性污染事故的應(yīng)急指揮工作流程:

二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計

突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急預(yù)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要管理的數(shù)據(jù)有:基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、環(huán)境專業(yè)空間數(shù)據(jù)、危險源數(shù)據(jù)、危險品數(shù)據(jù)、監(jiān)測分析方法數(shù)據(jù)、應(yīng)急監(jiān)測聯(lián)絡(luò)組織數(shù)據(jù)、環(huán)境應(yīng)急專家數(shù)據(jù)、應(yīng)急監(jiān)測車輛數(shù)據(jù)、應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、應(yīng)急事故處置預(yù)案數(shù)據(jù)、環(huán)境應(yīng)急事故管理數(shù)據(jù)、環(huán)境污染事故案例數(shù)據(jù)管理、環(huán)境污染事故預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)、環(huán)境污染事故污染擴(kuò)散分析模型數(shù)據(jù)、污染擴(kuò)散模擬事件數(shù)據(jù)等。

這些數(shù)據(jù)中的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、環(huán)境專業(yè)空間數(shù)據(jù)可以通過GIS平臺和關(guān)系數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行管理,使得這些地理要素的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)匹配。對于其它的數(shù)據(jù)可以使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫直接進(jìn)行管理。

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中要遵循數(shù)據(jù)庫的設(shè)計原則,可以采用實(shí)體-屬性(E-R)方法進(jìn)行設(shè)計。

三、系統(tǒng)實(shí)施

(一)系統(tǒng)的開發(fā)平臺和開發(fā)工具

系統(tǒng)的開發(fā)平臺采用了ArcGIS平臺,ArcGIS軟件平臺是一套全面的、完善的、可伸縮的GIS軟件平臺。在系統(tǒng)的開發(fā)工具上,.NET在進(jìn)行GIS應(yīng)用開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)時具有極大的優(yōu)勢,所以系統(tǒng)開發(fā)的主要工具是.NET。

(二)系統(tǒng)實(shí)施方案

1.系統(tǒng)集成方案。系統(tǒng)利用GIS通用平臺與數(shù)據(jù)庫管理集成框架實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊,并采用了應(yīng)用集成和組件集成的集成方式將各個功能組件組織在一起。

2.數(shù)據(jù)訪問方案。對數(shù)據(jù)的訪問使用ADO.NET的數(shù)據(jù)緩存技術(shù),加快了交互速度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

3.數(shù)據(jù)交互與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞桨?。整個系統(tǒng)運(yùn)行于無線CDMA網(wǎng)絡(luò)上。根據(jù)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu),系統(tǒng)分為本地版和中心版,本地版和中心版的區(qū)別在于本地版只是關(guān)注本監(jiān)測車的數(shù)據(jù),而中心版需要監(jiān)控整體的應(yīng)急指揮狀態(tài)。而總體數(shù)據(jù)的傳輸是基于數(shù)據(jù)采集通訊模塊,通過該模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫間的傳遞。

中心版系統(tǒng)與監(jiān)測車之間以及幾臺監(jiān)測車之間基于無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和通訊,同時與數(shù)字采集通訊系統(tǒng)形成邏輯連接關(guān)系。

四、系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)的功能模塊主要有:重點(diǎn)危險源管理子系統(tǒng)、化學(xué)危險品管理子系統(tǒng)、環(huán)境應(yīng)急預(yù)案管理子系統(tǒng)、環(huán)境應(yīng)急指揮管理子系統(tǒng)、污染擴(kuò)散模擬子系統(tǒng)、車載導(dǎo)航子系統(tǒng)、環(huán)境無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、車載氣象監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖4所示:

1.點(diǎn)危險源管理。對企業(yè)的危險源進(jìn)行備案管理。當(dāng)事故發(fā)生時,可以通過GIS地圖查詢事故發(fā)生點(diǎn)周圍危險源分布位置、企業(yè)信息、危險品儲備情況,為事故的處置提供全方位危險源信息。

2.化學(xué)危險品管理。對危險品的種類、毒性和理化性質(zhì)等相關(guān)信息進(jìn)行存檔和管理?？蓭椭鷳?yīng)急監(jiān)測人員快速鎖定污染因子,完成應(yīng)急監(jiān)測任務(wù),并在最短的時間以最安全的方法控制污染,最大程度減少人民生命財產(chǎn)損失、保護(hù)環(huán)境,又可作為應(yīng)急監(jiān)測人員日常知識儲備、提高應(yīng)急監(jiān)測人員專業(yè)素質(zhì)的必要知識庫。

該子系統(tǒng)儲備了包括優(yōu)先污染物在內(nèi)的1300多種危險品的主要標(biāo)識、理化特性、健康危害、應(yīng)急處置方法、人員防護(hù)、應(yīng)急監(jiān)測方法、實(shí)驗室監(jiān)測方法、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、毒性、對環(huán)境的影響等信息,還收集管理了大量的有關(guān)危險品相關(guān)知識、標(biāo)準(zhǔn)等信息。

3.環(huán)境應(yīng)急預(yù)案管理。提供完整統(tǒng)一、切實(shí)可行的預(yù)案模板,可以聯(lián)系GIS電子地圖進(jìn)行預(yù)案查詢管理。境應(yīng)急預(yù)案是快速、高效集中調(diào)度一切可利用的資源和力量,在最短時間,以最小的代價保護(hù)人民生命財產(chǎn)、降低環(huán)境污染的保證。因此,制定切實(shí)有效的環(huán)境應(yīng)急預(yù)案和在最短時間內(nèi)啟動、執(zhí)行環(huán)境應(yīng)急預(yù)案具有重要的意義。

4.環(huán)境應(yīng)急指揮管理。提供人員、組織、技術(shù)等輔助決策信息,輔助處理突發(fā)性環(huán)境污染事故。環(huán)境應(yīng)急指揮管理是以事故管理為導(dǎo)向,將環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測、應(yīng)急事故指揮處理及應(yīng)急監(jiān)測資源整合到一起,充分發(fā)揮監(jiān)測中心的職能,提高環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測管理及應(yīng)急事故處理水平。主要功能有:應(yīng)急監(jiān)測專家管理、應(yīng)急通訊錄、應(yīng)急事故記錄、應(yīng)急事故查詢、污染事故案例庫管理等。

5.污染擴(kuò)散模擬。有毒有害、易燃易爆物質(zhì)在運(yùn)輸、生產(chǎn)、儲存中由于疏忽或操作錯誤可能引發(fā)泄露、燃燒、爆炸等突發(fā)性環(huán)境污染事故,會給公眾的人身安全帶來嚴(yán)重危害和對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。在事故發(fā)生時能夠快速分析和預(yù)測出事故影響和損害的范圍,就能為事故處理部門快速作出合理可行的防范、減緩措施提供數(shù)據(jù)的依據(jù),將事故帶來的人員和環(huán)境危害降低到最小。

根據(jù)有毒有害物質(zhì)擴(kuò)散的介質(zhì)不同,將擴(kuò)散模擬分為空氣擴(kuò)散模擬和水體擴(kuò)散模擬兩個部分。提供環(huán)境污染物擴(kuò)散模型和多種GIS空間綜合分析功能,模擬環(huán)境污染事故的發(fā)生、發(fā)展和變化,為科學(xué)決策提供依據(jù)。

6.車輛導(dǎo)航監(jiān)控。環(huán)境應(yīng)急車輛與指揮中心的聯(lián)網(wǎng)管理,包括應(yīng)急監(jiān)測車、監(jiān)察車在GIS系統(tǒng)上的位置通訊管理,最短路徑分析、監(jiān)測布點(diǎn)等。

7.環(huán)境無線視頻監(jiān)控。環(huán)境污染事故發(fā)生后,可以在指揮中心通過無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控事故現(xiàn)場的監(jiān)測與救援處置情況,為污染事故的快速有效指揮處理提供有力工具,并且將視頻信息與危險源管理有機(jī)聯(lián)網(wǎng),全方位掌握區(qū)域環(huán)境變化情況。

8.車載氣象監(jiān)控。利用環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測車配備的移動氣象監(jiān)測系統(tǒng),為應(yīng)急事故的指揮提供現(xiàn)場的實(shí)時氣象變化數(shù)據(jù)。

9.數(shù)據(jù)采集與傳輸。為車載系統(tǒng)與指揮中心提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_,將應(yīng)急監(jiān)測車的污染監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和視頻信息傳輸?shù)街笓]中心。

五、結(jié)語

目前,環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測與指揮系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)工作已經(jīng)結(jié)束,處于用戶試運(yùn)行階段,體現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性和交互性,滿足了環(huán)保部門對環(huán)境應(yīng)急事故的監(jiān)測指揮服務(wù)的要求。

作者簡介:張永輝(1975-),河北石家莊人,國家環(huán)境計量檢測技術(shù)中心工程師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備研制開發(fā);王東(1977-),河北保定人,國家環(huán)境計量檢測技術(shù)中心工程師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備研制開發(fā)。