基于GIS的城市突发环境事故应急处置平台的建设

——以河南省焦作市为例

姚新¹，邓晓辉¹，顾伟伟¹，杨阳¹

（1 北京宇图天下科技有限公司，北京市朝阳区安翔北里甲11号B座13层，100101）

摘 要：焦作市突发环境事故应急平台利用网络、计算机技术和多媒体技术，以地理信息系统、信息表示系统为手段，实现对突发事件数据的收集、分析、对应急指挥的辅助决策、对应急资源的组织、协调和管理控制等指挥功能。为决策者提供科学、合理、优化的应急处置方案和可行性较强的指挥调度方案，能及时、有效地调集各种资源，实施事故控制，疏散群众，减轻对居民健康和生命安全造成的威胁，用最有效的手段和最小的资源投入，将损失控制在最小范围内。

关键词： 突发环境事故，应急处置，地理信息系统技术

1.引言

改革开放以来，随着我国社会的持续发展，由于生产空间结构不合理及其他社会因素导致一系列环保问题愈来愈突出，已成为制约我国国民经济和社会整体发展的一个重要“瓶颈”，区域性的环境问题，特别是危害公共安全的突发性环境污染事故极大的阻碍着社会的稳定健康的发展。“十一五”时期是全面建设小康社会的关键时期，国家环保总局明确指出我国已经进入了污染事故高发期。与频发的环境污染事故相比，我国的环境事故应急体系管理工作相对落后，因此环境事故应急体系的建设是我国目前环保工作的重中之重。

突发环境事故的发生常常是无章可循、信息模糊、演变迅速，具有爆发的突然性、危害的严重性，以及影响的广泛性和长期性等特点。在危机出现的高压势态下，环保部门的反应时间短、应对措施要求高，需要在连续获取、处理、分析相关信息的基础上，迅速做出正确决策，采取切实有效的处置措施^[[1]^][[2]^][[3]^]。因此，建立基于环境科学、社会学、地球信息科学、生态学等基础理论，通过集成利用遥感、地理信息、定位、网络、通信等技术，开展各级尺度内的突发性污染事故的预警分析、应急监控、应急指挥、决策分析等研究，提出完整的、切实可行的突发性环境污染事故应急信息化解决方案具有十分重要的意义。

2.焦作市突发环境事故处置平台总体设计

2.1简介

本系统是一个充分利用现代网络技术、计算机技术和多媒体技术，以资源数据库、方法库和知识库为基础，以地理信息系统、数据分析系统、信息表示系统为手段，实现对突发事件数据的收集、分析、对应急指挥的辅助决策、对应急资源的组织、协调和管理控制等指挥功能。为决策者提供一个科学、合理、优化的应急处置方案和可行性较强的指挥调度方案，能及时、有效地调集各种资源，实施灾情控制，疏散群众，减轻突发事件对居民健康和生命安全造成威胁，用最有效的控制手段和最小的资源投入，将损失控制在最小范围内。并能在事故处置完成后将进行后期评估，制定事故善后处理措施。

2.2总体架构设计

焦作市环境事件突发应急平台承担突发环境事件及相关信息收集、处理、分析、发布和应急反应工作。应急指挥的核心应用系统可以分解为现场处置、监控预警系统、应急监测、决策支持系统、应急指挥系统、灾后评估系统等五个子系统。

通过应急指挥信息平台，各子系统将协同工作，为指挥首长、业务专家与工作人员提供相应的服务，其中：监控预警系统在监测站的环境监测数据库支持下，主要完成对水、大气、噪声等环境因素的监控，并实现对突发环境事件的预警；决策支持系统可在数据库仓库支持下进行数据分析、在线分析与模型分析等，为决策提供不同维度与不同形式的支持；指挥调度系统主要实现指挥领导指令的下达和指挥效果的及时反馈；现场处置系统主要完成突发环境事件现场的处置和现场情况的反馈；后评估系统完成对整个突发环境事件全过程处理的后期评估以及突发环境事件结束后环境恢复方案的制定。

焦作市环境事件突发应急平台的总体应用架构如图1所示：

图1  总体应用架构图

2.3 系统网络结构设计

在系统网络建设方面，系统设计本着最大程度利用现有资源并适度考虑未来发展需要，采用相对较高的技术手段和现代通讯方式，整体建设注重稳定性和可拓展性，系统网络结构如图2所示：

图2 网络结构图

2.4网络平台设计

系统网络平台设计针对焦作市现有网络、数据情况以及现有设备情况进行，考虑使用目前应用比较广泛的并有前瞻的网络结构设计。融入GSM网络、政务网以及DDN专线网络。使用了GPRS、视频采集、GPS等多项技术，连接所有环保部门，在统一的平台下，协同管理焦作市市环境。网络拓扑图如图3所示。

图3  系统网络拓扑图

3.系统建设

焦作市突发环境事故应急处置平台功能系统包阔应急监控与预警系统、应急现场处置系统、应急指挥与调度系统、事故后评估系统、决策支持系统。系统总体功能结构设计如图4所示。

图4 系统总体功能结构图

3.1 监控与预警系统建设

监控与预警系统建设将实现对重点污染源和环境质量的实时监控，并通过这些监控手段，有效地避免一些潜在的突发环境事件的发生，尽可能地为突发环境事件赢得响应和处理时间，是应急处理流程的第一步。

（1）潜在事故源与环境质量实时监控

系统与环境在线监测设备和放射源监控系统相连，在易引发突发性环境污染事故的场所安装监测和预警装置，监控设备与监控中心通过公共网络进行数据传送，实现实时的远程数据、图像传送和移动监控的目的，可以任意查看任一风险源的实时和历史排放情况或调看一台或多台监控设备拍摄的现场实时图像。对潜在事故源源进行实时监控可有效降低事故发生率。水质监测实时数据曲线图和污染源视频监控界面分别见图5和图6。

图5 水质监测实时数据

图6  污染源视频监控

（2）警情快速响应处理

1）报警分析

当监测数据出现异常时，系统报警分析模块根据各类既定的各类预警条件或预案由系统自动提请或者由环保工作人员手工进行事态评估，系统对错误冗余信息自动屏蔽，当信息量满足预警条件时，系统启动自动预警模块，以短信方式通知责任人。

2）12369报警

12369报警后，计算机辅助系统自动将打入的报警电话送至空闲的接警员处，该接警员与报警员通话，接警员将警情的事件内容、时间和准确地址等信息，并将事件分派给不同调度中心的调度机进行调度处理。同时，计算机自动识别报警人的电话号码及其所在位置，终端电脑自动生成并存储标准化的事件记录。

3）警情分析

在确定警情后系统根据报警信息在地图上自动突出显示事发地点，并可在地图上详细显示查询事发点周围情况，包括地形、建筑物分布等情况。同时系统立即调用数据库中相关信息，给出污染源、污染物、发生事故单位、联系负责人、等基础资料报告。事故现场分析图如图7所示。

图7 事故现场情况分析图

3.2 应急现场处置系统建设

应急现场处置功能为应急现场处置措施的制定提供支持，包括应急监测支持、应急现场视频传输和应急处置方案制定。

(1) 应急监测支持

系统根据初步确定的监测项目，从专家知识库里选定监测分析方法，从监测仪器数据库中确定相应的监测仪器和采样设备，从应急专家库中选择针对该监测项目的应急专家，从应急监测人员数据库中调出应急监测仪器维护人员的联系方式，快速生成应急监测指导书。应急监测指导书如图8所示。

图8 应急监测指导书

根据现场采集回来的数据，录入到系统中，系统在地图上标出监测点实时监测的值。以浓度变化折线图预测污染物浓度变化的趋势。

监测完毕后根据现场采集的数据，人员调度情况，生成应急监测报告书。

（2）应急现场视频传输

在环境突发事故现场，现场处置组使用无线视频设备，传送视频音频以及数据信息，使指挥中心能在第一时间掌握第一手材料，使领导和专家作出快速判断，争取时间下达指示。应急监测设备和应急现场视频图像分别见图9和图10。

图9 应急监控终端

图10 事故现场视频

（3）应急处置方案制定

根据对现场监测结果、专家知识库中专业知识进行分析，并结合专业模型进行模拟，对污染物浓度随时间和空间的变化进行预测，生成浓度变化和空间变化图，了解污染物影响的时间和范围的变化规律，提出事故处置建议，为决策者提供科学、高效的决策支持。

污染物浓度、扩散范围随时间变化情况分别如图11和图12所示。

图11  污染物浓度随时间变化趋势

图12 污染物扩散情况模拟

3.3 应急指挥与调度系统建设

通过应急指挥与调度系统，决策者可以根据污染事故信息，现场处置方案和相关应急信息，在简短的信息输入后可以得到一个专门用于当前的应急指挥处理方案，对应急系统中的各应急单元进行指挥调度，能随时反映事件进度并进行动态调整。

（1）指挥命令调度

实时指挥调度模块提供应急指挥与调度系统中指挥命令的传输功能，通过网络向指挥大厅和辅助大厅的指挥工作终端提供信息和处理信息功能,可以在指挥中心和其他的各个机构之间传递信息。包括以下几种方式的信息传输：指令传输、文书传输、传真传输和邮件传输。

（2）应急车辆调度

该功能通过车载智能终端中的GPS接收机接收到卫星发送的定位信号经处理后获得该车的坐标、速度、航向及跟踪卫星状态等各种数据信息，摄像机获取的视频图像经压缩编码处理后的图像信息数据，以及遇险告警信息，可上传到指挥中心的大屏幕同电子地图叠加标定显示，同时也可在车载终端显示屏显示。指挥中心发布的消息和调度命令也可下传到车载终端显示屏显示。

（3）应急视频指挥

应急视频指挥功能主要提供指挥中心与各相关单位对各个监测点的监测功能。通过应急视频指挥系统可以实时监测被监测地的情况，并以视频的方式显示出来，以方便指挥中心与各相关单位对情况的了结，并作出正确的判断。

3.4 事故后评估

环境突发事件应急工作中，后评估工作是十分重要的一部分，其目的是实现环境突发环境事件处置完成后的后期评估，掌握环境突发事件对环境的影响，为环境的恢复提供依据；对处置的方法进行效果评估，形成新的处置预案或对原有的处置预案进行改善，为避免同类反恐应急突发环境事件和处置类似的突发环境事件提供决策依据。

从组成部门来说都包括四个方面的内容，分别是评估标准维护、应急处置评估、环境影响评估和善后方案制定，具体功能设置如图13所示。

图13  事故后评估系统功能设置

3.5 决策支持系统建设

决策支持系统为整个应急处置过程提供知识、方法、信息等方面的支持。包括潜在事故源信息、应急知识、专业模型、政策法规标准、应急信息的支持。

（1）潜在事故发生源信息支持

包括重点污染源、放射源的位置、排放量统计、企业信息、负责人联系方式、周边情况等信息。在接到报警后能迅速了解相关信息并进行情况核实，为应急处理节约宝贵的时间。

（2）应急知识支持

提供与环境污染事故相关的危险化学品、历史案例、应急专家等信息，使事故发生后能快速确定污染物理化性质和毒性，决定应急监测方案，在制定处置方案时通过历史案例查询提供支持。

（3）专业模型支持

专业模型包括包括大气扩散模型、水质模型、爆炸模型、有毒气体泄漏模型、溢油模型等。可根据事故发生时间、地点、污染物类型、气象参数、水文参数、现有地理数据的变化情况，智能地从模型库中选择合适的污染物扩散模型进行典型污染物的扩散模拟、预测、预报，分析污染事故发生后对周边地区的影响范围，给出居民应疏散区域及安全区域，并可实现污染物扩散过程的动态显示功能，使污染事故应急处置的科学性、准确性更强。

（4）政策法规、标准支持

政策法规包括国家环境保护基本法，环境单项法，处理环境纠纷管理办法，各地方环境保护法规。

标准包括气和水等环境质量标准，污染物排放标准，环境保护基础标准，标准样品标准和环境保护方法标准等五个部分。

（5）应急信息支持

收录辖区内敏感单位和人员的资料。事故一旦发生，可迅速确定一定几何范围内受到事故影响的人口数量和单位名称、位置、联络方式等，以便估计危险性并迅速通知、疏散、转移、救护或采取其他措施。

记录辖区内各级环保、公安等应急救护救援指挥部门和医院、消防等应急救护单位人员、设备的相关信息，如联系电话、负责人、消防车辆、病床数量等。记录应急监测设备、危险品监测设备情况，其中包括应急监测仪器装备和应急监测仪器功能。实现人员与设备的对应管理，可以进行实时监测人员，应急现场监测人员，分析人员，有关专家的查询和调度。

4.结论

突发性环境污染事故发生后情况复杂多变，并且随着人们生产生活的发展其复杂程度也日益加深，因此对环境突发事故应急信息平台的研究与开发也应日益精进。焦作市突发环境事故应急平台建设也应该在以下这几个方面不断加强：

1）加强数据信息的完备性与准确性。信息资源的充分获取，对于应急指挥来说，其意义有两层：一是增强了灾后的处理能力，而更重要的，是增强了灾害的预测预警能力，为抑制灾害的进一步发展、实施有效救助赢得宝贵的时间提前量。

2）增强系统的平战结合能力。在未发生事故时加强对相关应急信息的管理和应急预案的演练，应急措施应该通过不断的实际演练吸取经验，不断完善，这样才能在事故发生后更有效地配置物资、人员，实行最有效的应急资源利用。

3）由于受到GIS 发展水平等的限制，系统对多维问题、实时问题、动态问题的处理还是很薄弱，而环境事故应急处置系统又是一个多维的、实时的、综合的系统，因此，在技术发展的同时，GIS 还要与GPS、RS、以及其它应用系统进行有机集成，才能更好地为城市环境污染事故的应急处提供更高层次的应急辅助支持作用。 

参考文献