重大核事故現(xiàn)場應(yīng)急處置“一張圖”技術(shù)研究

袁偉 李藐 李浪 陳顯波

《中國的核應(yīng)急》白皮書指出，核應(yīng)急事關(guān)重大、涉及全局，對于保護公眾、保護環(huán)境、保障社會穩(wěn)定、維護國家安全具有重要意義。隨著軍事現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，部隊涉核活動頻次顯著增加，發(fā)生核材料燃燒、爆炸、泄漏等核事故可能性加大。核事故一旦發(fā)生，無法采取科學(xué)有效的處置行動，將嚴重危及人員和環(huán)境安全。目前，部隊圍繞核應(yīng)急開展了一些專項建設(shè)，配套了指揮控制、輻射監(jiān)測、污染壓制、洗消去污等系列化裝備，但仍然存在不少實際問題。例如，部隊缺乏處理真實核事故經(jīng)驗，對于場景危害沒有具象化認識，難以結(jié)合核事故態(tài)勢將各類應(yīng)急裝備進行聯(lián)動部署運用；現(xiàn)有的應(yīng)急處置系統(tǒng)與GIS 結(jié)合不緊密，在面對應(yīng)急單位存在的數(shù)據(jù)標(biāo)準規(guī)范不統(tǒng)一、資源共享不足、信息化軟件多樣化等情況，難以實現(xiàn)各個分散數(shù)據(jù)的有效整合、調(diào)取和綜合利用[1]。

為了解決上述問題，筆者結(jié)合前期核事故源項模擬、污染擴散、輻射評估、決策優(yōu)化等研究工作，采用計算機信息處理、數(shù)學(xué)建模分析、立體空間展示等多種技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了服務(wù)于重大核事故現(xiàn)場應(yīng)急處置的“一張圖”系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的實時狀態(tài)信息展示，幫助決策者快速掌握事故趨勢、力量調(diào)遣、運輸條件和交通狀況，在短時間內(nèi)進行全局的兵力籌劃和行動規(guī)劃，讓應(yīng)急行動信息在“一張圖”上一目了然，從而為部隊核應(yīng)急處置行動的全過程提供精準智慧、科學(xué)高效的有力支撐。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

“一張圖”系統(tǒng)以貼近部隊核應(yīng)急業(yè)務(wù)工作實際需求進行設(shè)計，主要由硬件層、數(shù)據(jù)資源層、支撐服務(wù)層、計算層、可視化層和用戶層等六大部分組成。

其中，硬件層包括計算機工作站、顯示屏和相關(guān)傳輸設(shè)備等設(shè)施。數(shù)據(jù)資源層用于儲存和管理核事故區(qū)域地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、源項數(shù)據(jù)、輻射數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等，以及開展核污染態(tài)勢分析評估和應(yīng)急行動策劃的相關(guān)計算模型。支撐服務(wù)層主要提供數(shù)據(jù)管理、綜合查詢、數(shù)據(jù)通信、地理信息、權(quán)限設(shè)置等服務(wù)功能，通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)運行環(huán)境為各類應(yīng)用提供服務(wù)支撐。計算層主要開展核污染態(tài)勢分析評估和應(yīng)急行動策劃所必要的運行計算，通過適當(dāng)?shù)闹畏?wù)和對所需數(shù)據(jù)資源的分配調(diào)度來實現(xiàn)計算過程。可視化層主要借助地理信息可視化、三維場景可視化、圖表可視化等手段，實現(xiàn)放射性污染擴散和事故現(xiàn)場應(yīng)急行動態(tài)勢的二維、三維展現(xiàn)。用戶層是通過人機交互界面實現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和升級維護等功能任務(wù)[2]。圖1為系統(tǒng)主體架構(gòu)示意圖。

圖1 系統(tǒng)主體架構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)功能特點

“一張圖”系統(tǒng)以大量應(yīng)急信息作為主要數(shù)據(jù)根基，以基礎(chǔ)信息管理、危害態(tài)勢分析和行動決策建議作為重要功能，初步形成了“部門數(shù)據(jù)一體化、二維三維一體化、評估決策一體化”的大數(shù)據(jù)庫和應(yīng)急管理平臺，將傳統(tǒng)核應(yīng)急的“以救為主”變?yōu)椤耙苑罏橹鳌?，將“各行其是”變?yōu)椤爸腔廴诤稀?，實現(xiàn)以最小投入代價取得最好現(xiàn)實效果。

2.1 多源數(shù)據(jù)全面融合，一圖統(tǒng)覽風(fēng)險全局

針對當(dāng)前涉核活動安全風(fēng)險涉及的類型增多、風(fēng)險隱患的隱蔽性和風(fēng)險防控的復(fù)雜度提升等情況，著眼于“大安全、大應(yīng)急”格局，充分梳理辨識動態(tài)活動過程中的主要風(fēng)險點和危險場所，確定風(fēng)險易發(fā)節(jié)點和轉(zhuǎn)化拐點，匯聚多源風(fēng)險數(shù)據(jù)、相互交叉印證，建立起應(yīng)急綜合時空的科學(xué)精準大數(shù)據(jù)庫。

迄今為止，“一張圖”系統(tǒng)已經(jīng)整合覆蓋部隊涉核活動區(qū)域內(nèi)氣象、交通、水文、山林等多類安全風(fēng)險源信息的空間化建庫，完成了包括應(yīng)急專家、應(yīng)急隊伍、應(yīng)急裝備、應(yīng)急物資等70 余類資源的數(shù)據(jù)匯聚、整理、歸類和存檔。通過空間分析技術(shù)可快速查詢就近重點關(guān)注對象和周邊應(yīng)急資源分布情況，實現(xiàn)救援指揮調(diào)度的數(shù)據(jù)資源實時動態(tài)展現(xiàn)、精準智能分析，并結(jié)合工作持續(xù)補充完善，全面掌握應(yīng)急管控底數(shù)，為涉核活動風(fēng)險防控提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 危害影響預(yù)先掌握，事故后果科學(xué)評估

在調(diào)研和汲取國內(nèi)外核事故后果評估成果的基礎(chǔ)上，充分考慮部隊涉核活動期間發(fā)生核事故的主要特點，解決中小尺度環(huán)境下放射性物質(zhì)大氣輸運仿真模擬關(guān)鍵技術(shù)，建立起滿足源項數(shù)據(jù)處理、受照劑量評價、污染過程三維可視化的危害后果評估模型。通過雨情、水情（水庫、河道）、衛(wèi)星云圖、氣象雷達、降雨分布、天氣實況等區(qū)域?qū)崟r數(shù)據(jù)的傳輸接入，對核事故危害后果、影響范圍進行預(yù)先研判，確定不同區(qū)域范圍內(nèi)人員的受照劑量，為核應(yīng)急指揮決策和應(yīng)急救援行動方案的制定提供判斷依據(jù)[3]。

2.3 兵力調(diào)遣運籌帷幄，應(yīng)急行動智慧決策

“一張圖”系統(tǒng)主要以核事故危害分析結(jié)果為核心，結(jié)合事發(fā)區(qū)域當(dāng)時環(huán)境條件并按照公眾、應(yīng)急人員的輻射干預(yù)水平要求，劃定包括事故核心控制區(qū)、警戒封鎖區(qū)、疏散撤離區(qū)、外圍保障區(qū)等不同范圍區(qū)域，對于部隊各級應(yīng)急力量進行有針對性地排兵布陣，確保指揮控制和處置行動更加精準[4]。該系統(tǒng)集成遠程監(jiān)控、圖像傳輸?shù)葢?yīng)用系統(tǒng)和功能接口，可實現(xiàn)一鍵直呼、協(xié)同調(diào)度多方向應(yīng)急資源，支持將數(shù)字化預(yù)案相關(guān)要素和指揮過程進行多種方式的可視化呈現(xiàn)，支持應(yīng)急行動路線規(guī)劃、應(yīng)急行動兵力部署、應(yīng)急行動作業(yè)能力等過程動態(tài)推演，從而為核事故專題化處置提供全方位智慧決策支持。

3 系統(tǒng)實例演示

“一張圖”系統(tǒng)綜合集成了大量基礎(chǔ)信息、地圖服務(wù)、全景服務(wù)、應(yīng)急管理及監(jiān)測數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)上級指揮機構(gòu)統(tǒng)一指揮調(diào)度、各救援單位之間協(xié)同聯(lián)動的處置行動機制。對于操作使用者而言，最為直觀地是通過設(shè)計一個典型涉核活動核事故場景來推演展示系統(tǒng)應(yīng)用過程，從而驗證其實用性和有效性。

3.1 事故場景設(shè)計

本實例設(shè)計情況為：某部在執(zhí)行涉核活動過程中由于車輛意外翻車著火，導(dǎo)致裝載的某型核材料部件劇烈爆炸，產(chǎn)生大量放射性氣溶膠微粒快速擴散，在下風(fēng)向區(qū)域形成較大覆蓋區(qū)域的輻射沾染帶。核事故發(fā)生后，按照處置突發(fā)事件響應(yīng)部署，現(xiàn)場任務(wù)人員迅疾開展第一現(xiàn)場處置，實施應(yīng)急滅火、搶救傷員、道路警戒等行動，并迅速向上級指揮機構(gòu)求援。

3.2 系統(tǒng)作業(yè)流程

3.2.1 事故區(qū)域重要信息調(diào)取

上級指揮機構(gòu)接到前方支援請求后，按照預(yù)案啟動應(yīng)急響應(yīng)程序?！耙粡垐D”系統(tǒng)按照有關(guān)指令進入應(yīng)急行動模式，根據(jù)事故現(xiàn)場傳遞的簡要情況通報，快速調(diào)取事故區(qū)域周邊地形地貌、水文氣象、交通狀況、力量部署和公眾分布情況等基礎(chǔ)信息，并向有關(guān)部門申請獲取實時氣象、現(xiàn)場初步輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息，做好開展放射性污染評價分析的準備工作。圖2為核事故區(qū)域重要基礎(chǔ)信息調(diào)取與查閱，通過用戶界面操作能夠定位查詢本次任務(wù)的起點和終點、途中主要風(fēng)險點、重要場所設(shè)施（如政府、醫(yī)院、學(xué)校、加油站等）、事故發(fā)生點以及部隊駐地和應(yīng)急定點保障力量的具體坐標(biāo)和相關(guān)信息。

圖2 核事故區(qū)域重要基礎(chǔ)信息調(diào)取與查閱

3.2.2 放射性污染態(tài)勢分析研判

按照某型核材料部件爆炸核事故源項數(shù)據(jù)和擴散模型，結(jié)合區(qū)域環(huán)境特點進行后果評估，計算分析不同時刻放射性污染物的擴散范圍、空間濃度、地面沉積水平等重要數(shù)據(jù)。計算中，由現(xiàn)場氣象監(jiān)測傳感設(shè)備確定實時風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度參考帕斯奎爾法分級標(biāo)準為C級（較不穩(wěn)定狀態(tài)）、地面粗糙度為B 類（田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)），得到事故后放射性危害影響數(shù)據(jù)如表1所示。圖3為放射性污染態(tài)勢動態(tài)分布展示。

表1 核事故放射性危害影響數(shù)據(jù)

圖3 放射性污染態(tài)勢動態(tài)分布展示

3.2.3 應(yīng)急力量行動輔助決策

在掌握不同時刻核事故污染態(tài)勢分布情況后，上級指揮機構(gòu)結(jié)合核事故現(xiàn)場的行動信息，開展應(yīng)急行動路線規(guī)劃、兵力部署等工作。首先，按照應(yīng)急行動預(yù)案中多種行動路線，確定路徑上每個節(jié)點在評價區(qū)域中的網(wǎng)格位置，綜合分析行動路徑、行進速度、滯留時間等信息；其次，以核事故污染態(tài)勢分布為輸入，掌握應(yīng)急人員在各任務(wù)段上的受照劑量，累積計算在整個行動路徑上的總預(yù)期劑量和行動時間；最后，根據(jù)不同行動路線方案的劑量評價結(jié)果，綜合劑量值、抵達時間、交通條件等要素進行合理化排序，以圖表方式呈現(xiàn)各方案的對比結(jié)果，確定最佳行動路線和部署方案，最終形成輔助決策報告以指導(dǎo)部隊開展后續(xù)處置行動[5]。圖4為應(yīng)急力量作業(yè)行動規(guī)劃界面。

圖4 應(yīng)急力量作業(yè)行動規(guī)劃界面

4 結(jié)語

本文結(jié)合筆者前期參與的核應(yīng)急處置有關(guān)研究實踐工作，介紹了核事故現(xiàn)場應(yīng)急處置“一張圖”的主體設(shè)計架構(gòu)和主要功能特點，并以部隊涉核活動發(fā)生重大核事故為案例，闡述了應(yīng)急處置相關(guān)信息展示、放射性污染態(tài)勢分析、應(yīng)急力量行動輔助決策的具體實現(xiàn)過程，印證了該系統(tǒng)能夠給予應(yīng)急工作有效幫助。本文提出的系統(tǒng)設(shè)計功能，能夠為類似系統(tǒng)的構(gòu)建和開發(fā)提供有利的參考和借鑒。下一步，將結(jié)合部隊試用和訓(xùn)練優(yōu)化完善相關(guān)技術(shù)成果。