突發(fā)事件預案推演技術研究及實踐

劉旭升，郭建忠，文志成，，劉岱岳，孟晴晴

（1.信息工程大學 測繪學院，河南 鄭州 450052；2.68011部隊，甘肅 蘭州 730020；3.68036部隊，陜西 西安 710000）

近年來自然災害頻發(fā)，給國家和人民帶來了深重的災難，不僅影響社會經(jīng)濟的正常發(fā)展，而且對人民的生命財產(chǎn)安全構成了極大的威脅，如2005年的禽流感、2008年我國南方大范圍罕見的低溫雨雪冰凍災害、“五·一二”汶川特大地震、舟曲泥石流等等。這些災害的發(fā)生使人們認識到加強應急管理的重要性，并在國內(nèi)掀起了對應急管理理論及技術研究的熱潮。

安全是最好的經(jīng)濟效益［1］，在災難發(fā)生后，能否迅速做出適當?shù)姆磻w現(xiàn)了一個國家的應急管理能力［2］。2005年以來，我國的應急管理體系建設逐步健全完善，應急管理開始規(guī)范化、制度化和法制化。應急預案在應急管理中的作用越來越突出。從中央到地方，各行各業(yè)都針對屬地范圍可能發(fā)生的突發(fā)事件編制了應急預案。但在處理突發(fā)事件的過程中，人們逐漸認識到了傳統(tǒng)應急預案的不足，開始積極探索用計算機技術、網(wǎng)絡技術、地理信息技術等現(xiàn)代技術手段提升應急預案功能的技術方法。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來各種高新技術突飛猛進，推動著各項工程應用手段的大幅變革，從國內(nèi)外現(xiàn)狀來看，目前，較為成功的數(shù)字化預案系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了應急預案的自動分析功能，能夠根據(jù)突發(fā)事件的后果模擬進行應急處置方案分析，并通過現(xiàn)場視頻監(jiān)控攝像頭和三維仿真環(huán)境實現(xiàn)事發(fā)現(xiàn)場的可視化。美英法等發(fā)達國家應急管理理論與技術的研究起步早，到目前其數(shù)字化預案技術已經(jīng)較為成熟，較為典型的數(shù)字化應急預案項目有美國薩瓦納沿海區(qū)數(shù)字應急預案系統(tǒng)、美國俄亥俄油氣田應急響應系統(tǒng)等。我國應急管理技術研究起步晚，直到目前尚未建立完善的應急管理系統(tǒng)。但無論是國外還是國內(nèi)的應急管理系統(tǒng)，對預案動態(tài)推演技術的研究都未曾涉及。

2 應急預案推演技術思路

2.1 應急預案

應急預案是指面對突發(fā)事件如自然災害、重特大事件、環(huán)境災害及人為破壞等的應急管理、指揮和救援計劃。它是針對具體設備、設施、場所和環(huán)境，在安全評價的基礎上，為降低事件造成的人身、財產(chǎn)與環(huán)境損失，就事件發(fā)生后的應急救援機構和人員，應急救援的設備、設施、條件和環(huán)境，行動的步驟和綱領，控制事件發(fā)展的方法和程序等，預先做出的科學而有效的計劃和安排。它一般建立在綜合防災規(guī)劃上，專為政府執(zhí)行部門、私營機構、非政府組織和從事應急管理的實際工作人員制定。

應急預案是系統(tǒng)性和規(guī)范性的策略、措施與方法的文件。預案一旦批準，便成為法規(guī)性文件，具有行政約束力和強制力，因此，預案是整個應急工作的重要基礎；預案使政府和社會能夠高效有序地做好應急反應，從而保障公眾生命財產(chǎn)安全，維護國家安全和社會穩(wěn)定。

2.2 預案推演

突發(fā)事件態(tài)勢推演也應該成為預案制定的重要組成部分，它將預案與指揮者的決策相結合，分析事件的發(fā)展趨勢，推演出事件的未來情景［3］。由于重特大事件的特殊性和危害性，如果在態(tài)勢推演中出現(xiàn)大的誤差，其后果是無法估量的，因此，在推演結束后需要進行態(tài)勢結果分析。態(tài)勢結果分析就是對推演的結果進行態(tài)勢分析與態(tài)勢評估，即對推演結果進行目標上的評估以及技術上經(jīng)濟上的可行性分析等。這項工作的完成主要是將推演的態(tài)勢結果的各項指標與預定的目標中各項指標進行對比，并對其結果進行評估，一旦發(fā)現(xiàn)推演結果與目標不相符合，要立即反饋到前面的步驟，查找產(chǎn)生誤差的原因，并對其進行控制改進，然后重新推演，直至結果滿意為止。

2.3 符號設計及標繪

圖形符號是表示事件發(fā)生時的人員、機構、救災物資、設施和救援活動的符號。其可以看成是由若干基本圖形組合成的復合圖形，這些基本單元定義為圖元，圖元是一些基本的幾何圖形，如：曲線、圓、矩形、三角形等。根據(jù)圖形符號幾何描述特征和計算機處理特點，圖形符號可分為點狀圖形符號、線狀圖形符號、面狀圖形符號和文本符號。其中點狀符號主要表示事件中的點狀實體，如救災物資、人員等；線狀符號主要表示沿某一方向延伸的即時信息，如群眾撤離災區(qū)路線等等；面狀符號主要表示具有一定范圍的實體，如受災群眾安置區(qū)等等；文本符號主要是一些文字信息，用以輔助說明事件的情況。圖形符號顯示效果是指這些圖元的幾何屬性，如大小、方向、顏色、線型、線寬、線色、漸變步長、填充樣式。為圖形符號設置這些屬性可以有更多的形式和更豐富的手段表現(xiàn)事件的狀態(tài)。

要表現(xiàn)事件的發(fā)生及發(fā)展狀態(tài)，不可或缺的是圖形符號的標繪。所謂標繪，簡單來說，就是用規(guī)范化標準化的文字和符號將事件發(fā)生發(fā)展的狀態(tài)標記在地圖上的過程。在事件發(fā)生后，首先要進行查詢分析，針對具體的事件類型和發(fā)生地點，要分析查詢出：疏散群眾范圍、就近的臨時安置點、應該參加救援的相關部門與人員、各救援力量到達事故現(xiàn)場的最短路徑等，然后將這些相關因素標繪在地圖上。圖1為對臨時避難所信息查詢的效果圖。此外，可查詢事故發(fā)生地附近可供使用的疏散地點；可計算某一地點人群到指定疏散地點的最優(yōu)路徑；設計了顧及風向、疏散距離和危害程度等的疏散模型，能夠自動計算所有需要疏散人群各自最佳的疏散地點及疏散路線。圖2是把通過分析查詢找出的事件相關因素標繪在地圖上的效果圖。

2.4 經(jīng)驗總結及方案提出

突發(fā)事件發(fā)生后，首先要做的是，控制事件進一步惡化。要做到這一點，最有效的辦法是通過研究歷史事件，掌握突發(fā)事件發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，了解其變化趨勢，以史為鑒來避免類似條件下同類事件的發(fā)生。

將近年來行之有效的突發(fā)事件管理經(jīng)驗進行整合，形成一套比較全面的結構框架，為突發(fā)事件管理部門提供應對各類危機的準備方案，使得相關應急處突單位在危機預防、應急準備、事件處置、事后恢復等方面協(xié)調一致、通力合作。

為了更好地利用突發(fā)事件本身的規(guī)律，可以從大量不規(guī)則的、無序的、混亂的非結構化數(shù)據(jù)中，尋找和歸納潛在的數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和規(guī)律，以及對數(shù)據(jù)進行學習和預測［4］。數(shù)據(jù)獲取方面，本文通過文獻檢索、網(wǎng)絡搜索等方式收集我國現(xiàn)有突發(fā)事件相關數(shù)據(jù)，對收集到的突發(fā)事件案例數(shù)據(jù)進行預處理后，整理成可以滿足GIS要求的突發(fā)事件數(shù)據(jù)源。找出事件屬性之間的關聯(lián)性、同類事件共有的規(guī)律，以及事件發(fā)展的本質原因，從而為決策者制定政策提供參考和依據(jù)。例如在舟曲泥石流事件中，災難造成的損失大小、地域類型、防護設施情況、應急部門的訓練素質之間是否存在必然聯(lián)系，同一類型事件的特征依賴于哪些屬性等，都可以進行探索。

3 事件的動態(tài)表達方法

為了展現(xiàn)事件隨時間的變化，本文采用圖形符號和各種具體動作相結合的方式表現(xiàn)實體的位置變化、狀態(tài)改變等態(tài)勢信息，即為態(tài)勢圖中標繪的圖形符號添加各種動作。添加的動作類型及執(zhí)行時間根據(jù)事件的實際情況確定。

3.1 圖形符號的動作

圖形符號的動作有移動、變形、閃爍、縮放、顯隱、屬性變化等［5］?？山o每一個圖形符號設置動作執(zhí)行的時間長短，可以設置符號執(zhí)行開始時間和結束時間。圖形符號主要控制參數(shù)如表1所示。

表1 圖形符號動作控制參數(shù)

隨著時間的推移，實體的空間位置可能會有改變，如受災群眾的撤離、救援部隊前往救援等等。這種空間位置上的變化可以設置圖形的移動動作來體 現(xiàn)。移 動 軌 跡 點 組（X1，Y1，T1），（X2，Y2，T2），…，（Xn，Yn，Tn）中，X，Y值為坐標點，T為實體運動到該點的時間。通過移動軌跡點組可以確定移動的路線及路線長度，移動路線長度為

其中：

已知移動軌跡點的坐標，可以知道任意一點時刻T點的坐標X和Y。

其中LT為T時刻圖形符號已經(jīng)移動的路線長度，其計算公式為

變形動作是通過符號形狀的改變來表現(xiàn)事態(tài)的發(fā)展，如面狀符號通過擴展和收縮的動作來表現(xiàn)受災區(qū)域范圍的擴大與縮?。?］；閃爍動作是主要表現(xiàn)重點目標，通過閃爍來強調其重要地位，可以使態(tài)勢顯示更加生動形象；顯隱動作主要用來表現(xiàn)實體的出現(xiàn)或者消失；屬性變化動作主要表現(xiàn)實體的屬性改變，如某個地區(qū)由危險區(qū)改變?yōu)榘踩珔^(qū)等等。

3.2 視頻鏈接及推演過程

為了更加形象生動地表現(xiàn)事態(tài)的發(fā)生以及發(fā)展過程，在GIS中，可以進行視頻鏈接，通過網(wǎng)絡通信，對興趣點，即某一時刻或者某一點的事件發(fā)展狀態(tài)，可以用實地視頻鏈接的方式呈現(xiàn)給決策者，這種方式可以進行場景轉換，即可以同時鏈接幾個地方或幾個時間段事件動態(tài)，然后通過視頻放大或全屏的方式進行播放。為了輔助指揮者決策，在GIS系統(tǒng)中，可以存儲多個成功處置災害的視頻，在指揮者決策時，可以起到借鑒作用。

事件態(tài)勢推演的目的是通過對計算和分析得到事件在未來可能達到的情景，其過程是：已知時刻t的態(tài)勢特征∮（t），計算得到事件情景∏（t＋△t），根據(jù)∏（t＋△t），又轉而計算事件態(tài)勢特征∮（t＋△t），如此反復進行推演，可求得態(tài)勢特征勢序列∮（t），∮（t＋△t），∮（t＋2△t）……和事件情景序列∏（t＋△t），∏（t＋2△t），∏（t＋3△t）……，達到對事件未來狀態(tài)推演的目的。針對不同的事件類型，要結合態(tài)勢控制采用不同的推演策略，并記錄每一次推演過程的結果。

4 案例應用

城市安全問題一直是人們所關心的話題，城市居住人口密度大，當發(fā)生如火災、爆炸等事件，如果處置不當，將造成群眾生命財產(chǎn)的巨大損失。本文用Visual C＋＋6.0語言開發(fā)了關于應急預案推演技術實現(xiàn)的程序。某預案模擬的過程是：某市發(fā)生特大煤氣爆炸事件。圖3為現(xiàn)場情況報告；通過網(wǎng)頁上的公告板、滾動圖片欄和視頻窗口實時查詢事故發(fā)生的圖片信息、現(xiàn)場視頻以及服務器端發(fā)布的滾動文字報道。圖4為經(jīng)過反復推演，制定出的疏散方案。該疏散方案標繪有事故受影響范圍以及人員物資撤離的最佳路徑。

圖3 現(xiàn)場情況報道

圖4 多點目標疏散方案

5 結束語

隨著近幾年來我國特大事故的頻頻發(fā)生，關于應急救援及管理的問題已經(jīng)引起了各界廣泛的關注。研究表明，在人所獲悉的各種信息中，通過視覺獲取的占60%以上［7］，因此，對預案進行可視化動態(tài)推演，對于決策者了解預案，了解事件的發(fā)生發(fā)展狀態(tài)以及推斷預案的合理性都有非常重大的意義。本文所采用的技術，通過實踐表明，可以較好地輔助預案決策。它不僅可以對預案進行模擬演播，還可以跟蹤事態(tài)發(fā)展，實時表現(xiàn)事態(tài)發(fā)展過程，也可以對已經(jīng)發(fā)生的事件進行回放再現(xiàn)，從而為指揮者決策提供支持。

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［4］張大可.數(shù)據(jù)挖掘技術在火災事件分析中的應用研究［D］.北京：首都經(jīng)濟貿(mào)易大學，2010：1－59.

［5］張欣，鐘耳順.基于GIS的應急預案過程動態(tài)推演模擬技術研究［J］.武漢大學學報：信息科學版，2008，33（3）：281－284

［6］張欣，張立立，曹國峰，等.戰(zhàn)場態(tài)勢推演GIS動態(tài)表達技術與引用［J］.地球信息科學，2006，8（4）：80－83.

［7］江斌，胡毓鉅.地圖視覺化－現(xiàn)代地圖學的核心［J］.地圖，1995（2）：3－7.