LNG槽車公路事故應(yīng)急救援決策支持系統(tǒng)研究

賀 萌 王文和，2 易 俊 龐吉敏 劉 偉

(1. 重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院， 重慶 401331； 2. 重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究院， 重慶 401331)

天然氣是一種高效清潔能源，在我國(guó)能源架構(gòu)體系中發(fā)揮著重要的作用[1]。隨著天然氣的需求量不斷增加，大型 LNG(液化天然氣)槽車的公路運(yùn)輸成為內(nèi)地天然氣供應(yīng)的主要方式。液化天然氣作為危險(xiǎn)化學(xué)品，具有易燃易爆等高危險(xiǎn)性質(zhì)，若發(fā)生事故所帶來的損失將不可低估。

為了實(shí)時(shí)掌握LNG槽車的運(yùn)輸動(dòng)態(tài)，減少事故，提升救援效率，LNG槽車公路事故應(yīng)急救援的決策支持系統(tǒng)成為重要的研究課題。本次研究將通過開發(fā)LNG槽車公路事故應(yīng)急決策支持系統(tǒng)，建立相應(yīng)的事故模型，匹配對(duì)應(yīng)的應(yīng)急救援方案，實(shí)現(xiàn)LNG槽車公路運(yùn)行監(jiān)控和救援平臺(tái)一體化，為科學(xué)、精準(zhǔn)、高效的事故應(yīng)急救援提供理論支持。

1 LNG槽車公路運(yùn)輸現(xiàn)狀分析

目前我國(guó)LNG槽車運(yùn)輸過程的不足是：缺乏監(jiān)管手段。在LNG槽車公路運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控停留運(yùn)輸注冊(cè)登記時(shí)，并未對(duì)運(yùn)輸全過程中環(huán)境、車輛以及儲(chǔ)罐進(jìn)行可視化監(jiān)控，無可靠的系統(tǒng)來管理相關(guān)信息[2]。由此導(dǎo)致發(fā)生事故后監(jiān)管部門難以準(zhǔn)確分析事故致因和事故危害，無法啟動(dòng)預(yù)案進(jìn)行救援[3]。

運(yùn)輸環(huán)境具有復(fù)雜性。LNG槽車運(yùn)輸周圍環(huán)境復(fù)雜多變，一旦發(fā)生事故，難以把握周圍的環(huán)境、人口、交通等情況。如果處理不當(dāng)，還會(huì)使事故影響升級(jí)。

事故地點(diǎn)具有隨機(jī)性。LNG槽車發(fā)生事故具有隨機(jī)性、不可預(yù)測(cè)性，并且LNG槽車的運(yùn)輸路徑必須通過城市郊區(qū)道路，增加了發(fā)生重大事故危險(xiǎn)性和可能性的概率，一旦LNG槽車突發(fā)事故，后果將非常嚴(yán)重。

應(yīng)急救援預(yù)案沒有靈活性。事故發(fā)生以后，必須采取有效的救援對(duì)策以減少危害。目前，我國(guó)應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)急救援機(jī)制和救援對(duì)策遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有跟上道路運(yùn)輸技術(shù)飛速發(fā)展的腳步[4]。我國(guó)LNG槽車事故急救援預(yù)案大部分以文本的形式存在，主要為了應(yīng)付相關(guān)部門的檢查而編制，難以有效地發(fā)揮作用，并且大部分預(yù)案缺乏靈活性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，在事故處置過程自動(dòng)化程度不高，導(dǎo)致在事故應(yīng)急救援的效率大大降低。

因此，必須建立LNG槽車公路運(yùn)輸事故應(yīng)急救援決策支持系統(tǒng)，加強(qiáng)LNG槽車的行車監(jiān)控及事故救援，實(shí)現(xiàn)LNG槽車監(jiān)控救援綜合化平臺(tái)研發(fā)，保障LNG槽車公路運(yùn)輸事故的科學(xué)化、專業(yè)化救援。

2 決策支持系統(tǒng)研究

決策支持系統(tǒng)(DSS)中，將數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫、方法庫嵌套起來，使模型或分析技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和檢索功能結(jié)合起來，通過人機(jī)交互方式為決策者提供輔助決策功能[5]。決策支持系統(tǒng)可以為使用者提供最優(yōu)化的決策支持方案，能夠處理半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的決策問題，此問題是決策支持系統(tǒng)平臺(tái)的主要研究對(duì)象。半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的決策過程是由系統(tǒng)平臺(tái)做分析處理，同時(shí)決策者要對(duì)決策結(jié)果進(jìn)行評(píng)估以確定決策方案的可行性。該系統(tǒng)最大限度地借助決策者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)信息的快速處理及大空間信息存儲(chǔ)功能，可提供針對(duì)現(xiàn)有問題的最優(yōu)決策[6]。

3 LNG槽車公路事故應(yīng)急決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

LNG槽車公路事故應(yīng)急救援決策支持系統(tǒng)(見圖1)是基于GIS建立的應(yīng)急救援可視化平臺(tái)，該軟件平臺(tái)可以完成事故前行車數(shù)據(jù)、駕駛員數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及道路數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸在該平臺(tái)上。平臺(tái)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)命名和分類處理，并設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)預(yù)警。

事故發(fā)生后，監(jiān)測(cè)事故地地形、事故現(xiàn)場(chǎng)天氣狀況以及事故現(xiàn)場(chǎng)LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)外壓力、儲(chǔ)罐泄漏孔徑、泄漏量等信息，并提取事故發(fā)生后影響事故嚴(yán)重度的數(shù)據(jù)信息，通過與事故嚴(yán)重程度的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)進(jìn)行比較，最終確定事故等級(jí)。

將該系統(tǒng)監(jiān)控所得數(shù)據(jù)匹配已有事故模型，或者建立與該事故相同的事故模型，將建立的事故模型與系統(tǒng)解決方法相結(jié)合，從而為L(zhǎng)NG槽車公路事故應(yīng)急救援提供科學(xué)合理的應(yīng)急救援方案。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

3.1 數(shù)據(jù)采集輸入接口

在該系統(tǒng)的最前端，即系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)，包括了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線接收接口、地理地形數(shù)據(jù)更新接口、天氣狀況數(shù)據(jù)接口和人機(jī)交互接口。實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的車載速度、胎壓、LNG儲(chǔ)罐壓力等感應(yīng)元件讀取，并通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。地理地形信息和天氣狀況的數(shù)據(jù)可以接入相關(guān)衛(wèi)星，并從中獲取行車路段的地理信息和天氣信息，再將這些數(shù)據(jù)收集在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)應(yīng)急救援決策提供數(shù)據(jù)資料。人機(jī)交互接口將決策者與該系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，可通過該接口完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的手動(dòng)輸入，對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)部模型進(jìn)行更新。人機(jī)交互功能是為了更好地為決策者提供決策方案，而不是代替決策者進(jìn)行決策。

3.2 事故模型建立及救援方案的匹配

建立有效的事故模型，通過指標(biāo)對(duì)比的方法合理匹配應(yīng)急救援方案。LNG槽車在公路上發(fā)生事故的各種情況都有很大的相似性，在很大程度上LNG槽車公路事故致因都?xì)w于交通事故、車輛自身設(shè)計(jì)、駕駛員疲勞駕駛等問題，而導(dǎo)致的事故有儲(chǔ)罐碰撞無泄漏、碰撞有泄漏、火災(zāi)、爆炸等情況。因此，各種模型也可互相參照。利用系統(tǒng)之間的關(guān)系來調(diào)用模型庫中的相關(guān)模型，將以前事故發(fā)生的救援方案應(yīng)用在此事故當(dāng)中。當(dāng)事故沒有可對(duì)照的模型時(shí)，該系統(tǒng)利用液化天然氣儲(chǔ)罐的泄露口徑、泄露量及泄露后空氣中CH4濃度、風(fēng)速、地形等數(shù)據(jù)建立相關(guān)事故模型。根據(jù)事故模型及各指標(biāo)的對(duì)比結(jié)果，確定針對(duì)該事故的救援方案。

3.3 救援物資運(yùn)輸?shù)穆窂絻?yōu)化

救援物資的配備為L(zhǎng)NG槽車事故應(yīng)急救援中的受傷人員和救援人員提供了保障，可縮小事故傷害范圍，因此確保救援物資及時(shí)運(yùn)動(dòng)到事故地點(diǎn)，救援物資的運(yùn)輸路徑選擇至關(guān)重要。在LNG槽車公路運(yùn)輸過程中，整個(gè)路段發(fā)生事故的位置是未知的，必須確保每個(gè)位置都能處于救援站點(diǎn)的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此選用最大網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型，利用救援站點(diǎn)與事故點(diǎn)之間的覆蓋關(guān)系，以及每條救援路徑不同的交通阻抗變化，建立網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型，并借助人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法求解模型，實(shí)現(xiàn)救援物資運(yùn)輸路徑的優(yōu)選。

4 應(yīng)急救援決策流程

根據(jù)應(yīng)急救援決策系統(tǒng)流程(見圖2)，當(dāng)遇到LNG槽車公路突發(fā)事故時(shí)，車載的報(bào)警系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)將事故點(diǎn)的具體狀況實(shí)時(shí)傳輸在LNG槽車公路事故應(yīng)急救援決策支持系統(tǒng)上，使系統(tǒng)產(chǎn)生應(yīng)急響應(yīng)；在系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)后隨即對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和分析處理，并與案例庫中的案例進(jìn)行相似性匹配。如果案例庫中的案例相似度較高即可選用相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案；如果相似度不滿足要求則需要新建事故模型，結(jié)合系統(tǒng)的方法庫和模型庫，確定與新事故案例適應(yīng)的救援方案。在識(shí)別和分析事故的同時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)?yīng)急救援聯(lián)合部門發(fā)出報(bào)警信息，保證各部門做好充分的應(yīng)急救援準(zhǔn)備。應(yīng)急救援方案決策之后對(duì)救援方案進(jìn)行可行性分析和評(píng)估，以提高應(yīng)急預(yù)案的可操作性。最終能夠?qū)崿F(xiàn)高效救援的決策方案被采納，用于指揮各個(gè)應(yīng)急救援部門參與救援工作。

圖2 事故應(yīng)急救援決策系統(tǒng)流程

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)能夠在LNG槽車公路運(yùn)輸過程中對(duì)環(huán)境條件、車輛狀態(tài)、儲(chǔ)罐壓力以及在發(fā)生事故后天然氣的泄漏量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析處理，綜合運(yùn)用事故數(shù)據(jù)和事故模型實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援方案的決策，為應(yīng)急救援指揮者提供決策方案，有利于縮短應(yīng)急救援時(shí)間，減少事故中的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在事故模型的建立和應(yīng)急方案的決策過程中，對(duì)應(yīng)急救援方案決策的定量分析還不夠透徹，在后續(xù)的研究中將對(duì)此進(jìn)行深入探究。