國家核應(yīng)急平臺總體框架及關(guān)鍵技術(shù)研究

袁 鋒，申利峰，李旭東，朱光瑩，宋亞峰，曾鎖田

（1.核工業(yè)計算機應(yīng)用研究所，北京 100048；2.核工業(yè)標準化研究所，北京100091）

核應(yīng)急工作是核能事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，是我國公共危機管理的重要組成部分，同時也是相關(guān)國際公約的要求［1］。當前，眾多復(fù)雜因素交織，給我國核應(yīng)急工作提出了許多新的課題，如何借助現(xiàn)代科技手段，降低核事故發(fā)生，提高核事故應(yīng)急處置效率，控制核事故帶來的影響，最大限度地減少核事故帶來的損失，是擺在我們面前的緊迫課題。

文獻［2］以國家核應(yīng)急業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)，對業(yè)務(wù)體系及內(nèi)容進行了總結(jié)，并從信息集成角度提出了應(yīng)用體系框架，文獻［3］提出了我國核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的概念設(shè)計方案，闡述了系統(tǒng)應(yīng)具有的主要功能和特點，文獻［4］認為核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)是由一個操作子系統(tǒng)、若干個功能子系統(tǒng)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組成的管理信息系統(tǒng)，此外，文獻［5］介紹了掌上電腦的現(xiàn)場核應(yīng)急信息系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，文獻［6］介紹了田灣核電站應(yīng)急決策支持系統(tǒng)應(yīng)用軟件。上述工作從不同角度對核應(yīng)急信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)、功能及特點進行了研究，但未涉及核應(yīng)急平臺的定義，國家核應(yīng)急總體框架及綜合應(yīng)用系統(tǒng)，及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

本文首次明確給出了核應(yīng)急平臺的定義，提出了國家核應(yīng)急平臺總體框架及三級體系結(jié)構(gòu)，按核應(yīng)急流程視角給出了平臺應(yīng)具有的功能，并對核應(yīng)急平臺所需的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。

1 核應(yīng)急平臺的概念

核應(yīng)急平臺是以國際原子能機構(gòu)和我國主管部門發(fā)布的規(guī)范、規(guī)程為依據(jù)，以核應(yīng)急預(yù)案為中心，以先進的信息與通信技術(shù)為支撐，以核應(yīng)急業(yè)務(wù)流程為主線，基于信息系統(tǒng)（GIS地理信息系統(tǒng)、GPS全球定位系統(tǒng)、RS遙感遙測系統(tǒng)、視頻會議、應(yīng)急廣播等）和核應(yīng)急信息資源的多網(wǎng)整合，軟硬件結(jié)合的工具和技術(shù)保障系統(tǒng)。它提供信息匯聚、預(yù)測預(yù)警、模擬演練、指揮調(diào)度、輔助決策、后果評價與總結(jié)評估等功能，可為核應(yīng)急管理、指揮提供全面的信息支持和可視化實戰(zhàn)指南。

2 國家核應(yīng)急平臺框架與功能

2.1 三級體系結(jié)構(gòu)

目前我國核應(yīng)急實行三級應(yīng)急組織體系，即國家核應(yīng)急組織、核設(shè)施所在省（自治區(qū)、直轄市）（以下簡稱?。┖藨?yīng)急組織、核設(shè)施營運單位應(yīng)急組織。為適應(yīng)三級管理體制要求，構(gòu)建以核應(yīng)急總平臺為中心的橫向互聯(lián)，縱向貫通的國家核應(yīng)急技術(shù)體系，并按照國家級、省級、核設(shè)施單位三級結(jié)構(gòu)進行部署，國家核應(yīng)急平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

國家核應(yīng)急總平臺部署在國防科工局，負責所有核設(shè)施核應(yīng)急的信息匯聚、指揮調(diào)度、應(yīng)急決策及綜合評估，并指導省級核應(yīng)急處置工作；省級核應(yīng)急平臺部署在省核應(yīng)急指揮中心，負責處置該省范圍內(nèi)的核應(yīng)急事件，將相關(guān)事件信息上報到科工局，并能夠?qū)嗽O(shè)施單位應(yīng)急處置進行指導；核設(shè)施單位應(yīng)急平臺可部署在核設(shè)施營運單位的應(yīng)急指揮中心，負責本單位的核應(yīng)急事務(wù)管理工作。

國家核應(yīng)急平臺與國家、地方政府、核設(shè)施單位的應(yīng)急平臺及其他信息系統(tǒng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息共享，當發(fā)生核事件或突發(fā)公共事件時，平臺間可以及時獲取相關(guān)信息，并充分利用各種社會力量，進行應(yīng)急處置和救援。

2.2 國家核應(yīng)急平臺總體框架

國家核應(yīng)急平臺應(yīng)遵循“一案三制”（預(yù)案、機制、體制、法制）應(yīng)急業(yè)務(wù)體系，主要任務(wù)是通過對信息資源的采集、匯聚、分析處理，實現(xiàn)對核事件的應(yīng)急預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急處置及推演評估等。國家核應(yīng)急平臺總體框架如圖2所示，可概括為“1682”，“1”即一個一體化平臺，“6”即六個層次，“8”即八大應(yīng)用，“2”即兩套體系。

圖1 國家核應(yīng)急平臺體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of NNEMS

圖2 國家核應(yīng)急平臺總體框架Fig.2 General framework of NNEMS

“1”：一體化平臺

一體化平臺包括統(tǒng)一用戶平臺、統(tǒng)一門戶平臺、應(yīng)用集成平臺、流程集成平臺、數(shù)據(jù)交換平臺，將為國家核應(yīng)急平臺提供統(tǒng)一的資源共享與協(xié)同的基礎(chǔ)環(huán)境。

“6”：六個層次

應(yīng)急指揮場所：為應(yīng)急平臺提供辦公和指揮場所。主要包括應(yīng)急指揮大廳、會商室、值班室、設(shè)備間、應(yīng)急辦公區(qū)以及應(yīng)急指揮場所內(nèi)顯示系統(tǒng)、數(shù)字會議系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)建設(shè)等。并提供移動指揮平臺（大型、中型、便攜式、單兵），用于移動信息采集、通信和指揮調(diào)度。

基礎(chǔ)支撐層：集成了應(yīng)急通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、圖像接入系統(tǒng)等多種硬件系統(tǒng)，為核應(yīng)急平臺提供硬件支持，為領(lǐng)導提供方便快捷的綜合指揮調(diào)度手段。

數(shù)據(jù)層：為核應(yīng)急平臺提供數(shù)據(jù)支持，本層提供海量信息存儲和管理，提供多種接口與其他平臺對接，整合外部數(shù)據(jù)以及自身相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)。包括基礎(chǔ)信息庫、空間數(shù)據(jù)、核應(yīng)急預(yù)案、模型庫、案例庫、知識庫、事件庫、文檔庫等。

服務(wù)層：為應(yīng)用層提供服務(wù)支持，包括目錄服務(wù)、流程服務(wù)、數(shù)據(jù)獲取服務(wù)、共享交換服務(wù)、空間地理GIS服務(wù)、元數(shù)據(jù)服務(wù)等。

應(yīng)用層：提供以核應(yīng)急管理與指揮為主體的應(yīng)用系統(tǒng)。

信息接報與發(fā)布層：應(yīng)用多種信息接報手段，為核應(yīng)急平臺提供立體、多元化的信息收集和發(fā)布途徑。

“8”：八大應(yīng)用

國家核應(yīng)急平臺包括八大應(yīng)用系統(tǒng)：綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)、預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)、監(jiān)測防控系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)急保障系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)、模擬演練系統(tǒng)以及后果評價系統(tǒng)。

“2”：兩套體系

安全保障體系為核應(yīng)急平臺的運行提供安全方面的支撐。包括物理場所安全保障、容災(zāi)備份、信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全保障和應(yīng)用層安全保障系統(tǒng)等。

標準規(guī)范體系包括法律法規(guī)、標準規(guī)范和技術(shù)要求等，是核應(yīng)急平臺運行的機制保障，平臺涉及系統(tǒng)非常多，同時需要進行大量的信息資源整合，達到多部門信息共享和聯(lián)動，必須制定并遵循各種標準規(guī)范。

2.3 國家核應(yīng)急平臺功能

國家核應(yīng)急平臺功能按狀態(tài)可分為常態(tài)和非常態(tài)，按流程可分為應(yīng)急準備（常態(tài)）、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急處置、應(yīng)急終止和恢復(fù)正常秩序四階段，如圖3所示。

圖3 國家核應(yīng)急平臺功能Fig.3 Functions of NNEMS

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 資源整合利用技術(shù)

國家核應(yīng)急平臺體系是一個跨領(lǐng)域、跨部門、跨學科的復(fù)雜技術(shù)支撐系統(tǒng)，它要求以國家核應(yīng)急總平臺為中心，以核設(shè)施所在省、核設(shè)施單位為聯(lián)動節(jié)點，上下貫通、左右銜接、互聯(lián)互通、信息共享、互有側(cè)重、相互支撐；要求通過各種標準協(xié)議和接口實現(xiàn)與有線通訊、無線通訊、無線集群、公用通信網(wǎng)、衛(wèi)星、微波通信等應(yīng)急通信系統(tǒng)有機銜接，確保應(yīng)急指揮處置工作通信暢通；要求與包括地理信息平臺、數(shù)據(jù)交換平臺、知識管理平臺、內(nèi)容管理平臺、工作流管理平臺、后果評價軟件、通訊集成平臺等進行有機集成；要求與監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)庫、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫、案例庫、預(yù)案庫、事件庫、模型庫、資源庫、其他專業(yè)數(shù)據(jù)庫等在內(nèi)的數(shù)據(jù)源進行互操作。因此，如何有效整合利用各級政府、各部門、各行業(yè)的應(yīng)急資源，是核應(yīng)急平臺建設(shè)面臨的關(guān)鍵技術(shù)之一，基于企業(yè)服務(wù)總線ESB的體系結(jié)構(gòu)是解決信息資源整合的有效方法（見圖4）。

圖4 核應(yīng)急信息共享平臺Fig.4 Information Share Platform of NNEMS

國家核應(yīng)急平臺與各專業(yè)信息系統(tǒng)、各異構(gòu)數(shù)據(jù)源應(yīng)實現(xiàn)共享，通過構(gòu)建以ESB為基礎(chǔ)設(shè)施的核應(yīng)急信息共享平臺，可以很好地解決異構(gòu)應(yīng)用和數(shù)據(jù)間的集成問題。

3.2 WebGIS技術(shù)

核應(yīng)急管理、指揮涉及監(jiān)控監(jiān)測地點、工況、社會經(jīng)濟單位、危險源、重點區(qū)域、應(yīng)急資源、救援隊伍、疏散路線等多方面信息，這些信息具有很強的空間屬性，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建核應(yīng)急平臺是行之有效的手段。WebGIS技術(shù)將在核應(yīng)急信息展現(xiàn)、綜合查詢、空間分析、決策標繪等方面發(fā)揮重要作用。

（1）信息展現(xiàn)，能夠展示各類專題數(shù)據(jù)，包括應(yīng)急資源分布圖、工況數(shù)據(jù)、危險源、重要單位、社會經(jīng)濟單元以及事件信息、處置信息、預(yù)測預(yù)警信息等。信息展現(xiàn)可以將各種信息以更為靈活、直觀、可視化的方式展現(xiàn)。

（2）綜合查詢，通過關(guān)聯(lián)，能夠提供基于地圖的對預(yù)案、案例以及處置流程的查詢，同時與突發(fā)事件信息集成后，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的過濾，提供最有效的查詢結(jié)果。

（3）空間分析，通過不同圖層疊加顯示，以核應(yīng)急突發(fā)事件GIS位置或標注點為中心，能夠進行指定半徑的周邊分析，風險源分析，衍生災(zāi)害分析等。

（4）決策標繪，建立基于GIS平臺的數(shù)字化圖形標繪，可以準確快速地制作行動方案，進行動態(tài)推演等功能。通過全局行動過程的動態(tài)模擬，協(xié)助分析態(tài)勢發(fā)展過程中的行動沖突及態(tài)勢發(fā)展結(jié)果等，能更有效地提供輔助決策支持。

3.3 數(shù)字化預(yù)案技術(shù)

預(yù)案在整個核應(yīng)急系統(tǒng)的平時演練、戰(zhàn)時指揮及后期歸檔分析中占有十分重要的地位。核應(yīng)急的核心是事件處置，而事件處置一般依托預(yù)案進行。核應(yīng)急預(yù)案目前是書面的，或只是存入電子文檔或數(shù)據(jù)庫（按某些查詢要素來存儲），供相關(guān)人員閱讀，或軟件開發(fā)人員將預(yù)案的某些要素編碼到核應(yīng)急平臺中，而沒有將預(yù)案從應(yīng)急程序中獨立出來進行數(shù)字化描述。

數(shù)字化后的核應(yīng)急預(yù)案模型首先應(yīng)具有完整性，能表示文本預(yù)案的所有內(nèi)容；其次應(yīng)具有嚴密性，保證推理機制能得出確定的結(jié)果，為智能輔助決策提供基礎(chǔ)；最后，模型盡可能簡化，從而方便計算機實現(xiàn)。按照本體論的形式化方法，核應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容可表示為六元組：NPlan＿Onto：＝＜Nplan＿Element，NPlan＿Scope，Nplan＿Org，Nplan＿Mechanism，Nplan＿Resource，Nplan＿Team＞。其中，Nplan＿Element表示預(yù)案要素，包括主體集、客體集、任務(wù)集、方案集、關(guān)系集；Nplan＿Scope表示預(yù)案的適用范圍，包括事件分級、事件分類、適用時間、適用空間、工作原則等；Nplan＿Org是預(yù)案的組織體系，包括決策組織、指揮組織、執(zhí)行組織等；Nplan＿Mechanism是應(yīng)急機制，如預(yù)警發(fā)布機制，應(yīng)急響應(yīng)機制，后期處理機制等，每個機制都對應(yīng)相應(yīng)的業(yè)務(wù)流程；Nplan＿Resource表示應(yīng)急資源，分為衛(wèi)生資源、交通資源、消防資源、應(yīng)急設(shè)備、生活物資等；Nplan＿Team表示應(yīng)急隊伍，分為專業(yè)應(yīng)急隊伍（應(yīng)急輻射監(jiān)測分隊、核應(yīng)急航空輻射監(jiān)測分隊、醫(yī)療應(yīng)急分隊、洗消去污救援分隊等）、專家隊伍、志愿者隊伍等。

3.4 核應(yīng)急輔助決策技術(shù)

核應(yīng)急事件處置中，科學性和時效性要求非常高，目前應(yīng)急處置方案制定基本都是人工進行的，自動化程度不高，只有借助預(yù)先制定的業(yè)務(wù)規(guī)則以及建模的各種領(lǐng)域知識如業(yè)務(wù)流程、處置措施和各種約束等，在平時或戰(zhàn)時情形下，決策指揮人員才有可能利用通信技術(shù)和計算機技術(shù)對突發(fā)事件進行快速、科學、智能處置，將事件帶來的災(zāi)害和損失降至最低。

核應(yīng)急預(yù)案可以描述為一組對象以及對象之間的約束集，而核應(yīng)急決策過程就是在對象域范圍內(nèi)找出滿足所有約束的對象組合，賦值后的對象滿足預(yù)先定義的對象間的所有規(guī)則，從而形成應(yīng)對不同突發(fā)事件的核應(yīng)急處置方案，該過程本質(zhì)就是基于約束滿足的求解問題［7］。

圖5 核應(yīng)急決策過程示意圖Fig.5 Decision－making for nuclear emergency

如圖5所示為核應(yīng)急預(yù)案到核應(yīng)急方案生成過程，可以將方案生成問題映射到CSP框架中，將核應(yīng)急預(yù)案中的可賦值對象和值域映射為CSP中的變量和值域，將核應(yīng)急預(yù)案中的規(guī)則集合映射為CSP中的約束集合。這樣，方案生成問題就可以表示為一個約束滿足問題CSP，核應(yīng)急方案的生成就轉(zhuǎn)換為對等的約束滿足問題CSP的求解。核應(yīng)急方案生成問題和約束滿足問題CSP之間的映射關(guān)系說明了應(yīng)用CSP的求解適合于核應(yīng)急決策過程，得到的解為核應(yīng)急處置方案。

4 小結(jié)

核應(yīng)急工作是核事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生命線，當前眾多復(fù)雜因素交織，給我國核應(yīng)急工作提出了很多新的課題，如何借助現(xiàn)代科技手段，降低核事故發(fā)生，提高核事故應(yīng)急處置效率，是擺在我們面前的緊迫課題。本文首次對核應(yīng)急平臺進行了明確定義，指出了我國核應(yīng)急平臺需要按照“國家級、省市、核設(shè)施單位”三級體系結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃部署，提出了國家核應(yīng)急平臺總體框架，提出了應(yīng)急平臺應(yīng)具有的功能，并對應(yīng)急平臺所需的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。

［1］ 王毅韌 .我國核應(yīng)急工作的形勢和任務(wù)［J］.國防科技工業(yè) .2006，（6）.

［2］ 錢兵，姜曉強，何穗錦 .國家核應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)軟件平臺應(yīng)用體系框架探討，第四次全國核應(yīng)急工作研討會論文匯編，2006：467－473.

［3］ 王醒宇，施仲齊 .國家核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)概念設(shè)計，核動力工程［J］，2003，24（4）：387－390.

［4］ 凌永生，王醒宇，施仲齊 .廣東省核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的研究，第四次全國核應(yīng)急工作研討會論文匯編.2006：457－465.

［5］ 閻亮，王醒宇，李穎杰 .基于掌上電腦的核事故后果評價軟件設(shè)計與實現(xiàn)，第四次全國核應(yīng)急工作研討會論文匯編 .2006：502－507.

［6］ 張鵬飛，茍全錄，仲崇軍 .田灣核電站核應(yīng)急決策支持系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能介紹，第四次全國核應(yīng)急工作研討會論文匯編 .2006：488－495.

［7］ 袁鋒 .基于本體的應(yīng)急智能方案生成［D］，天津大學碩士學位論文 .2009：24－27.