基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的杭州市環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)建設(shè)研究

吳洽灝 潘騰 陳斌

摘要：近年來伴隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，區(qū)域性環(huán)境污染事件明顯增多，如何有效應(yīng)對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染事件已成為環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。該文從杭州市自身實(shí)際出發(fā)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究構(gòu)建環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)，詳細(xì)分析了該平臺(tái)研究思路、運(yùn)行機(jī)制及組成要素，并對(duì)其預(yù)期建設(shè)成果及應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：突發(fā)性環(huán)境污染；物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)23-5738-03

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)節(jié)奏日益加快，重大環(huán)境污染事件的發(fā)生概率也隨之增加，近年來明顯出現(xiàn)突發(fā)環(huán)境事件高發(fā)態(tài)勢[1]。杭州新安江苯酚事件、東苕溪水污染事件、杭新景高速劇毒?；罚ㄌ妓徜^）運(yùn)輸車側(cè)翻事件集中體現(xiàn)了突發(fā)性環(huán)境污染事件爆發(fā)突然、信息模糊、演變迅速、危害嚴(yán)重、影響廣泛和長期[2]等典型特點(diǎn)。

環(huán)保部門在應(yīng)對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染事件時(shí)，往往面臨反應(yīng)時(shí)間短、信息水平低、應(yīng)對(duì)措施要求高等難題。如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理由事后管理向事前預(yù)防轉(zhuǎn)變、由被動(dòng)應(yīng)對(duì)向主動(dòng)管理轉(zhuǎn)變以及由經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)管理轉(zhuǎn)變已成為“十二五”期間杭州市環(huán)境保護(hù)局的重要研究課題。

該文結(jié)合杭州市環(huán)境應(yīng)急管理的實(shí)際情況，從分析環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)的建設(shè)思路出發(fā)，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)，致力于預(yù)防預(yù)警可能的環(huán)境污染事故，全面提升環(huán)境應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)能力，降低并控制重特大事故造成的損失和影響。

1現(xiàn)有基礎(chǔ)

《杭州市環(huán)境保護(hù)信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中明確提出要“實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染事故處置的數(shù)字化，快速化，科學(xué)化進(jìn)程”。杭州市也已具備構(gòu)建環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)的基礎(chǔ)條件，按照“總體規(guī)劃、分步實(shí)施，建設(shè)一塊、用好一塊”的原則，目前已初步建成包括環(huán)境在線監(jiān)控專網(wǎng)和VPN電子政務(wù)網(wǎng)，覆蓋杭州市及市縣兩級(jí)所有環(huán)保單位，共28個(gè)結(jié)點(diǎn)；初步形成內(nèi)外網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)，覆蓋杭州市環(huán)保管理的主要方面，包括環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)、放射源在線監(jiān)測系統(tǒng)、綜合信息平臺(tái)、建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)、機(jī)動(dòng)車尾氣檢測系統(tǒng)、排污收費(fèi)系統(tǒng)、權(quán)力陽光運(yùn)行、總量控制系統(tǒng)等，為預(yù)報(bào)預(yù)警突發(fā)環(huán)境事件、保障應(yīng)急指揮科學(xué)調(diào)度，提高環(huán)境應(yīng)急處置能力夯實(shí)了基礎(chǔ)。

2建設(shè)思路

杭州市環(huán)境應(yīng)急平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)研究構(gòu)建。物聯(lián)網(wǎng)從結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次：一是感知層，即以二維碼、射頻標(biāo)簽、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)“物”的識(shí)別；二是物聯(lián)層，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算與傳輸；三是智慧層，即利用手機(jī)、PC機(jī)等終端設(shè)備來實(shí)現(xiàn)環(huán)境應(yīng)急的智能化管理[3],與應(yīng)用相關(guān)的內(nèi)容主要集中在智慧層,通過應(yīng)急指揮平臺(tái)的統(tǒng)籌調(diào)度，各子系統(tǒng)將協(xié)同工作，為指揮首長、業(yè)務(wù)專家與工作人員提供相應(yīng)的服務(wù)。因此，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，搭建得到杭州市環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)的總體架構(gòu)，如圖1所示。

在此框架基礎(chǔ)上，提出“三整合”思路，為建設(shè)好基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)指引方向。

2.1信息整合

全面了解環(huán)境突發(fā)事件相關(guān)信息是合理有效制定應(yīng)急處理措施的第一步。這些信息可以是反映環(huán)境突發(fā)事件相關(guān)指標(biāo)量化的數(shù)據(jù)，也可以是相關(guān)文檔或多媒體信息。物聯(lián)網(wǎng)定位、收集、傳輸技術(shù)支持下的環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)可以最大限度的解決應(yīng)急信息缺失、時(shí)滯、阻塞、局限等問題，使應(yīng)急信息更加完整、系統(tǒng)，避免信息失真。

2.2溝通和指揮整合

環(huán)境突發(fā)事件往往涉及眾多機(jī)構(gòu)和人員，包括突發(fā)事件發(fā)生的單位、環(huán)保局、機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)、應(yīng)急專家以及其他相關(guān)的職能部門，應(yīng)急對(duì)策商討和聯(lián)動(dòng)指揮是環(huán)境突發(fā)事件高效應(yīng)對(duì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

物聯(lián)網(wǎng)支持下的環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)能夠有效解決應(yīng)急信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)作問題，依托固定與機(jī)動(dòng)相結(jié)合、空中與地面相結(jié)合、有線與無線相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的物理連接，傳感網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和應(yīng)用網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)合一”，確保應(yīng)急主體間的應(yīng)急信息和資源共享。

2.3決策整合

突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生后，如何確定事故地點(diǎn)、如何預(yù)估演變狀況、如何進(jìn)行建議決策，是制約突發(fā)事件處理的關(guān)鍵成敗因素。

應(yīng)急分析決策對(duì)日常風(fēng)險(xiǎn)防控以及應(yīng)急指揮調(diào)度工作提供技術(shù)支撐[4]，通過調(diào)用風(fēng)險(xiǎn)隱患源信息以及日常監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行地理定位分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)估、污染擴(kuò)散模擬分析，合理進(jìn)行資源調(diào)度配置，化“應(yīng)急預(yù)案”為可實(shí)施的“應(yīng)急方案”，科學(xué)、有序的協(xié)助環(huán)

保部門進(jìn)行事件處置[5-6]。

3建設(shè)內(nèi)容

3.1感知層

感知層為不同類型用戶提供不同的感知和交互渠道，覆蓋PDA、指揮車、單兵、語音終端、手機(jī)、攝像頭、各類檢測探頭、RFID、GPS終端等多類感知設(shè)備。具體包括風(fēng)險(xiǎn)隱患源監(jiān)控、移動(dòng)調(diào)度、現(xiàn)場感知3類應(yīng)用。

3.1.1風(fēng)險(xiǎn)隱患源監(jiān)控

風(fēng)險(xiǎn)隱患源監(jiān)控分固定源和移動(dòng)源兩類：固定源監(jiān)控配備視頻監(jiān)控、智能標(biāo)簽（RFID）、定位器、報(bào)警器和探測器，發(fā)生異常情況如位置移動(dòng)時(shí)進(jìn)行報(bào)警；移動(dòng)源通過GPS定位裝置進(jìn)行路徑跟蹤，對(duì)超速、長時(shí)間停駛、違規(guī)駛?cè)虢袇^(qū)域等異常情況進(jìn)行報(bào)警提示。

3.1.2現(xiàn)場調(diào)度

應(yīng)急指揮車配備應(yīng)急通信系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備（天線系統(tǒng)、3G通信設(shè)備、綜合接入平臺(tái)、車載固定攝像機(jī)、電源系統(tǒng)）和業(yè)務(wù)相關(guān)設(shè)備、手機(jī)、3G接收、可視調(diào)度會(huì)議系統(tǒng)視頻終端、信息終端設(shè)備（PDA、筆記本電腦等）和現(xiàn)場圖像監(jiān)控及對(duì)講系統(tǒng)（或視頻會(huì)議設(shè)備等多種設(shè)施），實(shí)現(xiàn)調(diào)度的“現(xiàn)場化”。

3.1.3現(xiàn)場感知

作戰(zhàn)單兵配備便攜式3G專用行業(yè)終端和便攜式3G移動(dòng)監(jiān)控終端進(jìn)入突發(fā)事件現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場感知的“靈活布點(diǎn)”，隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場狀況及調(diào)度指令變換地點(diǎn)架設(shè)監(jiān)控設(shè)備，獲取第一手資料并將監(jiān)測點(diǎn)GPS坐標(biāo)、現(xiàn)場最新監(jiān)測數(shù)據(jù)、事件發(fā)展視頻等信息實(shí)時(shí)報(bào)送，使指揮中心能夠同步得知現(xiàn)場真實(shí)境況，直接給以實(shí)時(shí)最佳方案和指揮部署任務(wù)。

3.2物聯(lián)層

物聯(lián)層為環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)提供基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)支撐。包含支撐所有系統(tǒng)在其上傳遞語音、視頻和數(shù)據(jù)等一系列信息的傳輸鏈路和備用鏈路。

3.2.1應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)

基于多種鏈路的應(yīng)急通信系統(tǒng)，由地面指揮中心、無線通信、現(xiàn)場應(yīng)急通信車、單兵可視調(diào)度終端、手持調(diào)度終端等多個(gè)系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)立體應(yīng)急調(diào)度。每輛應(yīng)急通信車均能自我組建現(xiàn)場應(yīng)急指揮部，借助無線網(wǎng)絡(luò)，所有車輛之間及與指揮中心之間亦能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

3.2.2應(yīng)急通訊系統(tǒng)

采用固定與機(jī)動(dòng)相結(jié)合、空中與地面相結(jié)合、有線與無線相結(jié)合的方式的立體組網(wǎng)方式。整套網(wǎng)絡(luò)的核心主干由光纖專網(wǎng)構(gòu)成，光纖專網(wǎng)分別連接指揮中心和多個(gè)分中心，各分中心在所轄范圍內(nèi)可利用3G網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)急現(xiàn)場采用應(yīng)急通訊車的車載3G傳輸設(shè)備與單兵之間實(shí)行網(wǎng)絡(luò)連接，成為機(jī)動(dòng)性極強(qiáng)的前方指揮所，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮“現(xiàn)場調(diào)度”。

3.2.3可視調(diào)度管理系統(tǒng)

可視化調(diào)度管理系統(tǒng)的硬件核心為多媒體綜合接入網(wǎng)關(guān)，通過這臺(tái)作為所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備核心的多媒體綜合接入網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)原有的多種孤立的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據(jù)的三網(wǎng)合一[7]。

3.3智慧層

智慧層由日常應(yīng)急管理系統(tǒng)、戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮系統(tǒng)、應(yīng)急演練系統(tǒng)三部分應(yīng)用組成。整個(gè)環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)以直觀形象的GIS為交互界面，能夠快速采集事故信息、合理提供決策依據(jù)、高效協(xié)調(diào)各方資源，為環(huán)境突發(fā)事故的快速響應(yīng)、科學(xué)決策及指揮調(diào)度提供

智能支持。

3.3.1日常應(yīng)急管理系統(tǒng)

日常應(yīng)急管理系統(tǒng)主要包括風(fēng)險(xiǎn)源管理、應(yīng)急保障管理、應(yīng)急知識(shí)庫管理以及數(shù)字預(yù)案管理。

風(fēng)險(xiǎn)源管理充分體現(xiàn)“以防為主”理念，完成風(fēng)險(xiǎn)源的申報(bào)登記、監(jiān)測管理[8]、預(yù)警分析以及巡查監(jiān)管等工作，并且用于維護(hù)企業(yè)信息、本地危化品、敏感點(diǎn)等數(shù)據(jù)庫。為戰(zhàn)時(shí)的決策分析打下良好的基礎(chǔ)。

應(yīng)急保障管理整合、利用應(yīng)急救援資源，對(duì)轄區(qū)現(xiàn)有應(yīng)急機(jī)構(gòu)、技術(shù)裝備、應(yīng)急物資、應(yīng)急專家等資源及分布區(qū)域進(jìn)行拉網(wǎng)式普查，建立集通信、信息、指揮和調(diào)度于一體的應(yīng)急資源保障體系。

應(yīng)急知識(shí)庫管理整合應(yīng)急監(jiān)測檢測方法、處理處置技術(shù)，收集中央與地方政府頒布的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，整理常用?；穾炫c參考案例庫。為風(fēng)險(xiǎn)源日常監(jiān)督檢查、應(yīng)急處理處置技術(shù)選擇和應(yīng)急指揮決策提供基礎(chǔ)支持。

數(shù)字預(yù)案管理針對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)環(huán)境事件及其影響和后果嚴(yán)重程度，為應(yīng)急預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)的各個(gè)方面所預(yù)先做出詳細(xì)安排，形成開展即時(shí)、有序和有效事故應(yīng)急救援工作的行動(dòng)指南。

3.3.2戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮系統(tǒng)

戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮系統(tǒng)主要包括決策支持管理、事件管理、調(diào)度管理、輔助指揮管理等應(yīng)用，可通過指揮中心、現(xiàn)場應(yīng)急通信車以及作戰(zhàn)單兵發(fā)揮作用。

決策支持管理使方案決策科學(xué)化，對(duì)日常風(fēng)險(xiǎn)防控以及應(yīng)急指揮調(diào)度工作提供技術(shù)支撐，調(diào)用日常應(yīng)急管理信息進(jìn)行地理定位分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)估，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場傳回的最新監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行突發(fā)事件污染擴(kuò)散模擬推演，組建完備的事件態(tài)勢圖，形成針對(duì)性的應(yīng)急方案及資源配置規(guī)劃。

事件管理使事故響應(yīng)快速化，承擔(dān)突發(fā)環(huán)境事件的接報(bào)、應(yīng)急事故處置流程的記錄、災(zāi)后評(píng)估[9]等工作，完成對(duì)突發(fā)事件的接警預(yù)警和應(yīng)急管理[10]工作。

調(diào)度管控具有強(qiáng)大的對(duì)突發(fā)環(huán)境事故的信息化處理能力，圍繞應(yīng)急方案執(zhí)行控制，包括指令管理、資源調(diào)度、現(xiàn)場情況反饋記錄、結(jié)果錄入等功能。

輔助指揮管理實(shí)時(shí)標(biāo)繪現(xiàn)場態(tài)勢，通過實(shí)時(shí)語音、圖像和數(shù)據(jù)信息的發(fā)布與反饋，實(shí)現(xiàn)分級(jí)協(xié)同指揮，為決策人員提供一個(gè)便利的、交互式的指揮平臺(tái)。

3.3.3應(yīng)急演練系統(tǒng)

分為應(yīng)急演練與應(yīng)急實(shí)戰(zhàn)兩類場景，可在接警時(shí)對(duì)事故類型進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)選用應(yīng)急演練場景時(shí)，能夠短信通知演練人員、保存應(yīng)急演練記錄、進(jìn)行交互演示、事件發(fā)展變化桌面推演、最終形成演練數(shù)據(jù)庫及文檔庫。

4應(yīng)用前景及建議

相對(duì)于傳統(tǒng)環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)，基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)具有“測得準(zhǔn)、傳得快、說得清、管得好”的天然優(yōu)勢，“測得準(zhǔn)”即對(duì)環(huán)境應(yīng)急信息全面感知、覆蓋面廣、布點(diǎn)靈活、監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；“傳得快”即通過三網(wǎng)融合，實(shí)現(xiàn)信息高效、穩(wěn)定、快速傳輸；“說得清”即通過日常監(jiān)管信息及高性能的污染擴(kuò)散模擬推演，清楚的說明突發(fā)事件發(fā)生、發(fā)展、處置及善后的全過程；“管得好”即通過日常應(yīng)急管理系統(tǒng)和戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理由事后管理向事前預(yù)防轉(zhuǎn)變、由被動(dòng)應(yīng)對(duì)向主動(dòng)管理轉(zhuǎn)變以及由經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)管理轉(zhuǎn)變。以上優(yōu)勢對(duì)于實(shí)現(xiàn)環(huán)保管理工作跨越式發(fā)展有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基于物聯(lián)網(wǎng)的杭州市環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)構(gòu)建完成后，將從環(huán)境監(jiān)測、通信、決策分析3個(gè)方面給杭州市環(huán)保局的環(huán)境應(yīng)急信息管理能力和IT能力帶來大幅提升，可廣泛應(yīng)用于突發(fā)污染事件的預(yù)防、預(yù)備、響應(yīng)指揮以及善后重建等階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件數(shù)據(jù)的收集、分析，對(duì)應(yīng)急指揮的輔助決策，對(duì)應(yīng)急資源的組織、協(xié)調(diào)和管理控制，為決策者提供一個(gè)科學(xué)、合理、優(yōu)化的應(yīng)急處置方案和可行性較強(qiáng)的指揮調(diào)度方案，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境應(yīng)急管理工作科學(xué)化、規(guī)范化、高效化。

在未來環(huán)境信息化水平不斷發(fā)展的道路上，環(huán)境應(yīng)急信息平臺(tái)技術(shù)水平的提高仍需從管理實(shí)現(xiàn)模式及技術(shù)手段這兩方面出發(fā)，對(duì)日常應(yīng)急管理、戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮等內(nèi)容進(jìn)行更深入的研究。在日常應(yīng)急管理方面，加強(qiáng)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測水平，研究更為安全及高效的應(yīng)急保障及應(yīng)急預(yù)案的管理方法。在戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮方面，構(gòu)建更為優(yōu)化的應(yīng)急指揮決策模式。此外應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、分析、共享的能力建設(shè)，充分重視與物聯(lián)網(wǎng)或其他新技術(shù)發(fā)展的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)環(huán)境應(yīng)急數(shù)據(jù)和信息的無障礙傳輸。

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