基于GIS 的民航突發(fā)事件應(yīng)急演練方法

張青松，董藝云

(中國(guó)民航大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，天津300300)

民航運(yùn)輸業(yè)作為我國(guó)發(fā)展迅速的運(yùn)輸行業(yè)之一，其安全問(wèn)題一直是全行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為有效應(yīng)對(duì)民航突發(fā)事件，避免和減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，盡快恢復(fù)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行秩序，及時(shí)高效的應(yīng)急救援工作是避免突發(fā)事件影響擴(kuò)大的重要手段，而應(yīng)急演練作為應(yīng)急管理的重要組成部分，能有效檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)和保持組織的應(yīng)急能力［1］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)應(yīng)急演練方法做了具有積極意義的研究。JUAN 等［2］研究了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的輔助訓(xùn)練模型，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了應(yīng)急演練過(guò)程中的決策支持系統(tǒng)。周楊［3］設(shè)計(jì)了基于Quest 3D 的應(yīng)急預(yù)案三維自動(dòng)演練系統(tǒng)，為計(jì)算機(jī)模擬演練提供了一個(gè)形象化的方法。賈梅生等［4］在構(gòu)建應(yīng)急演練系統(tǒng)時(shí)以HLA 為技術(shù)核心，完成了演練系統(tǒng)總體架構(gòu)的設(shè)計(jì)。李力雄［5］對(duì)應(yīng)急預(yù)案流程進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)分析，提出了基于Agent 理論的應(yīng)急預(yù)案流程交互模型，利用PIPE2 開(kāi)源程序建立應(yīng)急預(yù)案流程仿真演練原型系統(tǒng)，并用實(shí)例檢驗(yàn)系統(tǒng)可操作性，利用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急演練結(jié)果進(jìn)行時(shí)間的評(píng)估，為演練評(píng)估提供數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)，便于評(píng)估階段對(duì)演練過(guò)程的評(píng)價(jià)。CHERKASSKY 等［6］針對(duì)模擬演練中最短路徑算法提出了可行方案，該方案可供研究人員構(gòu)建模擬演練平臺(tái)時(shí)使用。然而，由于民航運(yùn)輸?shù)奶厥庑?，上述模擬應(yīng)急演練的方法并不全然適用。MILLER［7］分析了地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)在生活各個(gè)方面的作用，指出GIS 在應(yīng)急管理方面有很好的應(yīng)用前景，地圖顯示的應(yīng)急管理信息可供應(yīng)急管理人員進(jìn)行決策。夏元友等［8］探討了基于MapObjects組件的GIS 二次開(kāi)發(fā)方法，并結(jié)合實(shí)際實(shí)現(xiàn)了公路交通信息屬性特征和空間特征的雙向查詢功能。朱新平等［9］基于J2EE 體系結(jié)構(gòu)，提出了集成Struts 和Hibernate 框架的機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援系統(tǒng)架構(gòu)模型，并對(duì)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分及具體的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了分析。

筆者在上述研究的基礎(chǔ)上提出基于GIS 民航突發(fā)事件模擬演練方法，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急演練過(guò)程可視化管理，并著重實(shí)現(xiàn)應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字化管理。結(jié)果表明，基于GIS 的模擬演練能使整個(gè)演練過(guò)程形象化，同時(shí)可有效節(jié)省人力物力，且模擬演練數(shù)據(jù)信息可通過(guò)演練平臺(tái)記錄下來(lái)，便于演練評(píng)估階段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并與其他組織共享。

1 GIS 下的民航突發(fā)事件應(yīng)急演練方法

1.1 應(yīng)急演練程序

基于GIS 的民航突發(fā)事件應(yīng)急演練方法較之傳統(tǒng)桌面演練方法而言，可為演練人員構(gòu)造一個(gè)可視化的演練平臺(tái)，在應(yīng)急演練計(jì)劃的基礎(chǔ)上提供機(jī)場(chǎng)及其毗鄰區(qū)域地理信息［10］。通過(guò)GIS 平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字化管理，為應(yīng)急指揮中心合理調(diào)配應(yīng)急資源提供依據(jù)，同時(shí)可通過(guò)GIS 平臺(tái)清晰明了地部署各參演部門的行動(dòng)，其應(yīng)急演練程序如圖1 所示。

圖1 基于GIS 的民航突發(fā)事件應(yīng)急演練程序

基于GIS 民航突發(fā)事件模擬演練方法應(yīng)用GIS 平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和網(wǎng)絡(luò)分析功能實(shí)現(xiàn)。演練開(kāi)始前，將民航突發(fā)事件數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)判斷突發(fā)事件嚴(yán)重程度，并將研判信息提供給應(yīng)急指揮中心。指揮中心根據(jù)所有信息并結(jié)合本單位應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行分析討論，綜合判斷并生成初步的事件應(yīng)對(duì)方案并傳遞給各個(gè)參演單位。各參演單位在接到初步事件應(yīng)對(duì)方案時(shí)，需立即給予指揮中心回復(fù)以確認(rèn)事件的情況已經(jīng)順利通知響應(yīng)單位;同時(shí)，各參演單位立即根據(jù)初步事件應(yīng)對(duì)方案采取相應(yīng)行動(dòng)，快速組織救援和事故處理?；贕IS 民航突發(fā)事件模擬演練方法的核心步驟是建立應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)及確定應(yīng)急救援調(diào)配模型。

1.2 應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立

應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立需要以機(jī)場(chǎng)區(qū)域應(yīng)急救援方格網(wǎng)圖和機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援綜合方格網(wǎng)圖為數(shù)據(jù)來(lái)源，重點(diǎn)對(duì)機(jī)場(chǎng)及其鄰近地區(qū)的消防隊(duì)、醫(yī)院、公安、機(jī)場(chǎng)跑道、滑行道、停機(jī)坪、圍界、救援道路及各種應(yīng)急救援相關(guān)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化、矢量化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮幚怼?/p>

在MAPGIS 軟件中，對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)域應(yīng)急救援方格網(wǎng)圖、機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援綜合方格網(wǎng)圖進(jìn)行矢量化操作，并運(yùn)用GIS 庫(kù)管理功能，通過(guò)“按序號(hào)連接方式”將應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù)(包括所需的消防車輛、消防員、公安干警、救護(hù)車、醫(yī)護(hù)人員等應(yīng)急救援資源)與上述矢量化實(shí)體相關(guān)聯(lián)，并將滿足條件數(shù)據(jù)錄入MAPGIS 圖形數(shù)據(jù)屬性中，以實(shí)現(xiàn)將外部數(shù)據(jù)庫(kù)(即應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù))的屬性數(shù)據(jù)輸入到MAPGIS 圖形文件的數(shù)據(jù)屬性中。錄入機(jī)場(chǎng)所有協(xié)議救援單位應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù)的屬性數(shù)據(jù)后，即完成了機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)為指揮中心實(shí)時(shí)查詢應(yīng)急救援資源提供了便利條件，同時(shí)也為應(yīng)急資源調(diào)配最佳方案的確定提供可視化依據(jù)。

1.3 應(yīng)急資源調(diào)配模型

一般情況下，若不考慮道路交通流量對(duì)道路通行能力影響，從各救援單位到達(dá)機(jī)場(chǎng)事故地點(diǎn)的應(yīng)急資源調(diào)配沿行車最短路徑進(jìn)行，即以距離最短為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行資源調(diào)配。基于不考慮道路交通流量對(duì)道路通行能力影響的假設(shè)，確定應(yīng)急資源調(diào)配模型(以某機(jī)場(chǎng)所需協(xié)議救援醫(yī)院的資源調(diào)配為例)應(yīng)滿足如下條件：

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

式中：z為所需調(diào)配救護(hù)車輛到機(jī)場(chǎng)最短路徑的總值;si為第i輛救護(hù)車到機(jī)場(chǎng)的距離;N為所需的場(chǎng)外救護(hù)車數(shù)量;nj為j醫(yī)院派出的救護(hù)車數(shù)量;Mj為j醫(yī)院擁有的救護(hù)車數(shù)量;a為每輛救護(hù)車最大承載人數(shù);X為所需調(diào)配的醫(yī)護(hù)人員數(shù)量。

以上述模型為基礎(chǔ)，按照就近原則運(yùn)用MAPGIS 網(wǎng)絡(luò)分析功能確定參演的協(xié)議救援醫(yī)院，并在GIS 界面直觀顯示所需調(diào)配應(yīng)急資源數(shù)量，規(guī)定所需調(diào)配救護(hù)車輛的行車路徑，以確保應(yīng)急資源調(diào)配方案為最佳方案。

在MAPGIS 軟件中，基于上述應(yīng)急資源調(diào)配模型，假設(shè)各救援醫(yī)院到達(dá)機(jī)場(chǎng)的路線構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，則機(jī)場(chǎng)可視作一個(gè)節(jié)點(diǎn)并將其指定為網(wǎng)絡(luò)中心。網(wǎng)絡(luò)中心的資源容量設(shè)定為機(jī)場(chǎng)所需應(yīng)急資源數(shù)量(分別對(duì)應(yīng)消防車輛、消防員、公安干警、救護(hù)車、醫(yī)護(hù)人員等應(yīng)急救援資源的數(shù)量)，將各協(xié)議救援醫(yī)院現(xiàn)有應(yīng)急資源調(diào)配至機(jī)場(chǎng)。當(dāng)某一救援醫(yī)院的資源被調(diào)配給機(jī)場(chǎng)，該機(jī)場(chǎng)所需的資源量就依據(jù)救援單位的資源調(diào)配而縮減，直到滿足機(jī)場(chǎng)所需求的應(yīng)急資源數(shù)量調(diào)配為止。

2 基于GIS 的突發(fā)事件模擬演練實(shí)例

2.1 模擬演練場(chǎng)景設(shè)置

該研究假設(shè)某機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)接到險(xiǎn)情報(bào)告稱一架E190 客機(jī)在機(jī)場(chǎng)附近著陸過(guò)程中發(fā)生故障。機(jī)上載有96 人，其中乘客91 人，機(jī)組5 人。不久后，飛機(jī)在距離跑道690 m 處與塔臺(tái)失去聯(lián)系。此次模擬緊急事件為航空器跑道事故(未達(dá)到跑道著陸)，根據(jù)機(jī)載信息判定突發(fā)事件屬較大突發(fā)公共事件。塔臺(tái)在接到險(xiǎn)情報(bào)告后，立刻啟動(dòng)應(yīng)急救援響應(yīng)程序，同時(shí)將險(xiǎn)情報(bào)告給應(yīng)急指揮中心。指揮中心通過(guò)上報(bào)事件情況結(jié)合機(jī)場(chǎng)現(xiàn)狀，分析得出完成此次突發(fā)事件應(yīng)急救援實(shí)施所需應(yīng)急救援資源，如表1 所示。

表1 應(yīng)急救援實(shí)施所需應(yīng)急救援資源表

考慮到我國(guó)現(xiàn)行消防搶險(xiǎn)救援車輛都是主戰(zhàn)型車輛，車型標(biāo)準(zhǔn)為雙排座，座位設(shè)置為“1 +1 +4”模式(前排2 座后排4 座)。每輛消防搶險(xiǎn)救援車輛可載消防員5 人，則演練所需場(chǎng)外消防員17 人須至少乘坐4 輛消防車前往機(jī)場(chǎng)事故發(fā)生地;而救護(hù)車在運(yùn)輸非緊急病人時(shí)可以乘坐8 人(包括駕駛員)，則13 名醫(yī)護(hù)人員須至少乘坐2輛救護(hù)車前往機(jī)場(chǎng)事故發(fā)生地;8 名公安干警須乘坐至少2 輛警車前往機(jī)場(chǎng)事故發(fā)生地。

擬參加模擬演練機(jī)構(gòu)包括某機(jī)場(chǎng)、民航地區(qū)空管分局、航空器營(yíng)運(yùn)人、民航機(jī)場(chǎng)公安局、區(qū)公安局、16 消防中隊(duì)、32 消防中隊(duì)、50 消防中隊(duì)、59消防中隊(duì)、武警總隊(duì)醫(yī)院、第三中心醫(yī)院和區(qū)醫(yī)院。

2.2 模擬結(jié)果分析

該研究模擬演練是在某機(jī)場(chǎng)協(xié)議救援單位(以場(chǎng)外協(xié)議救援醫(yī)院為例)應(yīng)急資源調(diào)配達(dá)到最優(yōu)的條件下，以機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)，運(yùn)用GIS 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)分析功能實(shí)現(xiàn)模擬演練，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

圖2 為某機(jī)場(chǎng)協(xié)議救援醫(yī)院的屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)瀏覽錄入信息(即GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的醫(yī)院應(yīng)急救援資源庫(kù))，圖2 中上方區(qū)域顯示為武警總隊(duì)醫(yī)院、第三中心醫(yī)院及區(qū)醫(yī)院的位置，下方區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)錄入表格(包括醫(yī)院名稱、醫(yī)院等級(jí)、距機(jī)場(chǎng)距離、人員力量、救護(hù)車力量、床位數(shù)、醫(yī)院位置等信息)。

圖2 某機(jī)場(chǎng)救援醫(yī)院屬性數(shù)據(jù)圖

由表1 可知，該次模擬演練所需的13 名場(chǎng)外醫(yī)護(hù)人員須至少乘坐2 輛救護(hù)車前往機(jī)場(chǎng)事故發(fā)生地點(diǎn)。由圖2 可知，武警總隊(duì)醫(yī)院、第三中心醫(yī)院及區(qū)醫(yī)院的救護(hù)車力量分別為4 輛、5 輛、2 輛;由于各醫(yī)院的醫(yī)護(hù)人員數(shù)量均遠(yuǎn)大于13 名，醫(yī)護(hù)人員數(shù)量在應(yīng)急資源調(diào)配最佳方案的確定過(guò)程中不視作模擬參數(shù)。

在應(yīng)急資源調(diào)配最佳方案的確定過(guò)程中將救護(hù)車力量設(shè)置為模擬參數(shù)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中心容量(即機(jī)場(chǎng)所需救護(hù)車數(shù)量)為2 輛，同時(shí)設(shè)置節(jié)點(diǎn)(即各醫(yī)院)需求為4 輛、5 輛、2 輛，通過(guò)GIS 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)分析的資源分配功能實(shí)現(xiàn)向內(nèi)的資源調(diào)配，模擬結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，該機(jī)場(chǎng)協(xié)議救援醫(yī)院向機(jī)場(chǎng)事故地點(diǎn)的最佳應(yīng)急資源調(diào)配方案為區(qū)醫(yī)院向機(jī)場(chǎng)事故地點(diǎn)調(diào)配2 輛救護(hù)車和13 名醫(yī)護(hù)人員，同時(shí)在應(yīng)急救援調(diào)配過(guò)程中區(qū)醫(yī)院至機(jī)場(chǎng)的路徑為行車最短路徑。

圖3 資源調(diào)配結(jié)果圖

從模擬演練的結(jié)果看，基于GIS 的民航突發(fā)事件應(yīng)急演練方法能有效實(shí)現(xiàn)GIS 在應(yīng)急演練中的優(yōu)勢(shì)并達(dá)到預(yù)期的演練目的。應(yīng)用MAPGIS 軟件對(duì)某機(jī)場(chǎng)及其附近區(qū)域地圖進(jìn)行矢量化操作，將該機(jī)場(chǎng)協(xié)議救援單位應(yīng)急救援資源庫(kù)與MAPGIS 中實(shí)體相關(guān)聯(lián)，便于機(jī)場(chǎng)指揮中心查詢檢索應(yīng)急救援資源數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為依據(jù)合理進(jìn)行資源調(diào)配，為各救援單位提供最佳行車路線指引，為機(jī)場(chǎng)應(yīng)急指揮中心提供輔助決策。相比僅考慮最短行車路徑的模擬演練而言，基于GIS 的民航突發(fā)事件應(yīng)急演練方法更能降低事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急資源耗費(fèi)，縮短響應(yīng)時(shí)間。

3 結(jié)論

筆者基于MAPGIS 軟件對(duì)某區(qū)的地圖完成矢量化操作，對(duì)MAPGIS 軟件進(jìn)行庫(kù)管理，即將應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù)與GIS 實(shí)體(矢量化數(shù)據(jù))相關(guān)聯(lián)，將滿足條件部分?jǐn)?shù)據(jù)寫入MAPGIS 圖形數(shù)據(jù)屬性中，構(gòu)建了應(yīng)急救援GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng);以某機(jī)場(chǎng)所需協(xié)議救援醫(yī)院的資源調(diào)配為基礎(chǔ)，運(yùn)用MAPGIS 網(wǎng)絡(luò)分析功能實(shí)現(xiàn)應(yīng)急資源調(diào)配最佳方案。模擬結(jié)果表明，基于GIS 的應(yīng)急演練方法可使整個(gè)演練過(guò)程可視化、形象化，為機(jī)場(chǎng)應(yīng)急指揮中心提供決策依據(jù)，并為組織的演練評(píng)估階段提供可視化依據(jù)，同時(shí)還可作為共享數(shù)據(jù)與其他組織分享應(yīng)急經(jīng)驗(yàn)，以此形成一個(gè)閉環(huán)，有效提升組織的應(yīng)急能力。

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