一種基于G I S的城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)

韓 波

（淮陰師范學(xué)院外國(guó)語(yǔ)學(xué)院 江蘇 淮安 223300）

0 引言

城市燃?xì)夤艿朗窍蚴袇^(qū)供應(yīng)生活用氣、企業(yè)熱源及化工原料的重要樞紐。管道發(fā)生的任何意外事故，都可能?chē)?yán)重影響人們生產(chǎn)生活，甚至造成巨大損失，對(duì)城市燃?xì)夤艿肋M(jìn)行有效地風(fēng)險(xiǎn)管理極具有現(xiàn)實(shí)意義。研究管道的風(fēng)險(xiǎn)管理目的在于提供相關(guān)決策支持信息，供人們分析、判斷、預(yù)防、決策參考，最終以最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)。

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的廣泛深入，用戶(hù)對(duì)決策支持提出了越來(lái)越高的要求。由于國(guó)內(nèi)城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)起步較晚，過(guò)去城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)多以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)[1]。這種單一的評(píng)價(jià)體系往往是以對(duì)大量靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理為依據(jù)。智能決策支持應(yīng)用于管道管理方面的實(shí)例很少，為了提高城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理的科學(xué)性和有效性，在充分調(diào)研管道風(fēng)險(xiǎn)管理相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)部分，最終構(gòu)建城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。

1 風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的重要數(shù)據(jù)資源，是模型庫(kù)、方法庫(kù)和會(huì)話(huà)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分。管道風(fēng)險(xiǎn)管理主要涉及到兩個(gè)最基本數(shù)據(jù)庫(kù)：管道基本信息庫(kù)、區(qū)域地理圖層庫(kù)。

1.1 管道基本信息庫(kù)

對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，首要關(guān)注管道基本信息，因此必須建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)?！癙ipeline risk management manual”[2]中介紹了美國(guó)的管道指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分體系，它是目前為止國(guó)際上較為通用的體系標(biāo)準(zhǔn)，它將影響管道事故可能性的成因分為第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)因素、誤操作等4類(lèi)。采用這一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)城市某區(qū)域管道進(jìn)行分段編號(hào)，采集各管段相關(guān)數(shù)據(jù)（第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)因素、誤操作指標(biāo)等），并進(jìn)行適當(dāng)處理。

1.2 區(qū)域地理圖層庫(kù)

為管道風(fēng)險(xiǎn)管理提供一個(gè)可視化平臺(tái)環(huán)境，采用GIS、DATABASE等技術(shù)，建立管道區(qū)域地理圖層庫(kù)，圖層庫(kù)中至少包括區(qū)域輪廓圖層、管道圖層等。在此圖層庫(kù)上來(lái)實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）圖庫(kù)管理：提供圖層管理功能，可任意添加、刪除圖庫(kù)中的現(xiàn)有圖層，按需求顯示地形、地貌等。

（2）地形圖顯示：按分區(qū)、管道壓力等顯示。地形圖的查找和問(wèn)訊方式可分別以屏幕和地形圖號(hào)為單位，沿上、下、左、右、左上、右上、左下、右下共8個(gè)相連接的方向移動(dòng)顯示。顯示控制包括放大、縮小、平移、還原、重置中心點(diǎn)等。

（3）地形圖查詢(xún)：依托數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)圖文數(shù)據(jù)的交互查詢(xún)。將主要以GIS的空間拓?fù)潢P(guān)系處理為依據(jù)，考慮點(diǎn)、線(xiàn)、面的包含、相鄰、相交等。提供精確查詢(xún)和模糊查詢(xún)等。

（4）地形圖編輯：編輯規(guī)定比例地形圖、管道序號(hào)及各個(gè)屬性參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)地形圖的輸人、圖形矢量化。

（5）符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)地形圖中的各種圖元代表的符號(hào)，包括標(biāo)準(zhǔn)圖元庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)庫(kù)、各圖元矢量數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)定比例地形圖庫(kù)、標(biāo)記庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和其他資料庫(kù)。

2 管道風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，目的是得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的分布狀況，即要確定管道各分段的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)總值。關(guān)于相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)總值的確立，在W Kent Muhlbauer評(píng)分法[4]基礎(chǔ)上，采用對(duì)管道相應(yīng)參數(shù)的客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分范圍來(lái)打分的方式，在此改進(jìn)國(guó)際上常用的專(zhuān)家評(píng)分法的對(duì)象，以管道的風(fēng)險(xiǎn)概率值作為評(píng)分對(duì)象，這樣能更加有效地評(píng)價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)預(yù)先對(duì)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了管道的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)概率值，采用以下公式來(lái)計(jì)算管道風(fēng)險(xiǎn)概率值：

管道風(fēng)險(xiǎn)概率值=第三方損壞指標(biāo) （概率值）+腐蝕指標(biāo)（概率值）+設(shè)計(jì)指標(biāo)（概率值）+誤操作指標(biāo)（概率值）

3 管道風(fēng)險(xiǎn)事故后果模擬模型

模型是給決策者以通過(guò)推理、比較、選擇來(lái)分析解答整個(gè)問(wèn)題的能力，所有的決策都要求不同程度地建立模型。管道風(fēng)險(xiǎn)管理涉及到的模型主要為重大事故后果模擬模型等，下面以火災(zāi)事故后果模擬模型為例來(lái)介紹模型庫(kù)的建立。

管道火災(zāi)事故后果模擬主要模擬火災(zāi)發(fā)生后的過(guò)程，在可視化狀態(tài)下，提供火災(zāi)影響范圍和程度等。模型的確立是由火災(zāi)的熱輻射通量來(lái)推斷火災(zāi)的損害程度，進(jìn)而由某處的熱輻射通量推算其距火災(zāi)中心的位置。

在計(jì)算火的熱通量時(shí)，把它看作一系列點(diǎn)熱源，其熱輻射通量可按下列公式計(jì)算：

熱輻射通量為I處距中心的位置可按如下公式求解：

在模擬過(guò)程中，根據(jù)熱輻射通量將火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)周?chē)鷧^(qū)域劃分為：死亡區(qū)（q＞37.5Kw/m3），重傷區(qū)（q＞25Kw/m3），輕傷區(qū)（q＞12.5Kw/m3），感覺(jué)區(qū)（q＞4.0Kw/m3）。

4 城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

智能決策支持系統(tǒng)的最終目的是支持決策，一個(gè)通用智能軟件通過(guò)人-機(jī)界面與決策者進(jìn)行交互，通過(guò)處理機(jī)來(lái)執(zhí)行對(duì)當(dāng)前決策者及指令的理解知識(shí)任務(wù)，四庫(kù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換、消息傳遞、模型方法等，它是整個(gè)軟件的核心。以四庫(kù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立基于GIS的城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。

在GIS下，提供了一個(gè)交互良好的人-機(jī)界面，決策者通過(guò)人-機(jī)界面發(fā)布指令，由處理機(jī)調(diào)用四庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、方法庫(kù)調(diào)用、模型模擬、知識(shí)庫(kù)查閱等功能。最終通過(guò)數(shù)據(jù)交換等方式將運(yùn)行結(jié)果及狀態(tài)傳遞到人-機(jī)界面，供決策者決策。該系統(tǒng)可以方便地診斷出管道“健康”狀況、評(píng)價(jià)管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)程度；并結(jié)合重大事故模擬過(guò)程，提出應(yīng)急預(yù)案等。

以MAPX作為地理信息平臺(tái)，采用Delphi開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)了城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)[4]。該系統(tǒng)在某市管道管理中得到具體應(yīng)用嘗試，基本實(shí)現(xiàn)了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的功能，且運(yùn)行情況顯示效果良好。

火災(zāi)模擬過(guò)程中，在圖層界面上分別以不同顏色區(qū)域顯示管道發(fā)生火災(zāi)點(diǎn)附近的死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)、感覺(jué)區(qū)。并在下面的信息框內(nèi)顯示燃燒物質(zhì)信息、火災(zāi)區(qū)域信息，以及應(yīng)急措施等。

5 結(jié)論

本文為城市燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)管理提供了一種靈活方便的、交互式的決策支持構(gòu)架。主要特點(diǎn)是：（1）構(gòu)建了管道信息和圖層數(shù)據(jù)庫(kù)；（2）探討了一種新的管道風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，并設(shè)計(jì)了管道重大事故后果模擬模型；（3）在基于MAPX的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。

［1］Liu Jun,Wang Xin.Study on risk evaluation intelligent decision support system of urban gas pipeline[C].3rd International Conference on Innovative Computing Information and Control,2008：p 4603789.

［2］Muhlbauer K Went.Pipeline risk management manual(2nd Edition)[M].Houston USA：Gulf publishing company,2001,184-189.

［3］王凱全，邵輝.事故理論與分析技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：136-140.

［4］荊平.地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011：124-168.