國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)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(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所，北京 100048；2.核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(guó)公共危機(jī)管理的重要組成部分，同時(shí)也是相關(guān)國(guó)際公約的要求［1］。當(dāng)前，眾多復(fù)雜因素交織，給我國(guó)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(xiàn)［2］以國(guó)家核應(yīng)急業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)，對(duì)業(yè)務(wù)體系及內(nèi)容進(jìn)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(xiàn)［3］提出了我國(guó)核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)方案，闡述了系統(tǒng)應(yīng)具有的主要功能和特點(diǎn)，文獻(xiàn)［4］認(rèn)為核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)是由一個(gè)操作子系統(tǒng)、若干個(gè)功能子系統(tǒng)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組成的管理信息系統(tǒng)，此外，文獻(xiàn)［5］介紹了掌上電腦的現(xiàn)場(chǎng)核應(yīng)急信息系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，文獻(xiàn)［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(duì)核應(yīng)急信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)、功能及特點(diǎn)進(jìn)行了研究，但未涉及核應(yīng)急平臺(tái)的定義，國(guó)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(tái)的定義，提出了國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)總體框架及三級(jí)體系結(jié)構(gòu)，按核應(yīng)急流程視角給出了平臺(tái)應(yīng)具有的功能，并對(duì)核應(yīng)急平臺(tái)所需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 核應(yīng)急平臺(tái)的概念

核應(yīng)急平臺(tái)是以國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)和我國(guó)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(jìn)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(cè)系統(tǒng)、視頻會(huì)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(cè)預(yù)警、模擬演練、指揮調(diào)度、輔助決策、后果評(píng)價(jià)與總結(jié)評(píng)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(shí)戰(zhàn)指南。

2 國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)框架與功能

2.1 三級(jí)體系結(jié)構(gòu)

目前我國(guó)核應(yīng)急實(shí)行三級(jí)應(yīng)急組織體系，即國(guó)家核應(yīng)急組織、核設(shè)施所在省（自治區(qū)、直轄市）（以下簡(jiǎn)稱省）核應(yīng)急組織、核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位應(yīng)急組織。為適應(yīng)三級(jí)管理體制要求，構(gòu)建以核應(yīng)急總平臺(tái)為中心的橫向互聯(lián)，縱向貫通的國(guó)家核應(yīng)急技術(shù)體系，并按照國(guó)家級(jí)、省級(jí)、核設(shè)施單位三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行部署，國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

國(guó)家核應(yīng)急總平臺(tái)部署在國(guó)防科工局，負(fù)責(zé)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(píng)估，并指導(dǎo)省級(jí)核應(yīng)急處置工作；省級(jí)核應(yīng)急平臺(tái)部署在省核應(yīng)急指揮中心，負(fù)責(zé)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(bào)到科工局，并能夠?qū)嗽O(shè)施單位應(yīng)急處置進(jìn)行指導(dǎo)；核設(shè)施單位應(yīng)急平臺(tái)可部署在核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位的應(yīng)急指揮中心，負(fù)責(zé)本單位的核應(yīng)急事務(wù)管理工作。

國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)與國(guó)家、地方政府、核設(shè)施單位的應(yīng)急平臺(tái)及其他信息系統(tǒng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)信息共享，當(dāng)發(fā)生核事件或突發(fā)公共事件時(shí)，平臺(tái)間可以及時(shí)獲取相關(guān)信息，并充分利用各種社會(huì)力量，進(jìn)行應(yīng)急處置和救援。

2.2 國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)總體框架

國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)應(yīng)遵循“一案三制”（預(yù)案、機(jī)制、體制、法制）應(yīng)急業(yè)務(wù)體系，主要任務(wù)是通過對(duì)信息資源的采集、匯聚、分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(píng)估等。國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)總體框架如圖2所示，可概括為“1682”，“1”即一個(gè)一體化平臺(tái)，“6”即六個(gè)層次，“8”即八大應(yīng)用，“2”即兩套體系。

圖1 國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of NNEMS

圖2 國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)總體框架Fig.2 General framework of NNEMS

“1”：一體化平臺(tái)

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

“6”：六個(gè)層次

應(yīng)急指揮場(chǎng)所：為應(yīng)急平臺(tái)提供辦公和指揮場(chǎng)所。主要包括應(yīng)急指揮大廳、會(huì)商室、值班室、設(shè)備間、應(yīng)急辦公區(qū)以及應(yīng)急指揮場(chǎng)所內(nèi)顯示系統(tǒng)、數(shù)字會(huì)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(dòng)指揮平臺(tái)（大型、中型、便攜式、單兵），用于移動(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻會(huì)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(tái)提供硬件支持，為領(lǐng)導(dǎo)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(tái)提供數(shù)據(jù)支持，本層提供海量信息存儲(chǔ)和管理，提供多種接口與其他平臺(tái)對(duì)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(kù)、空間數(shù)據(jù)、核應(yīng)急預(yù)案、模型庫(kù)、案例庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、事件庫(kù)、文檔庫(kù)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(bào)與發(fā)布層：應(yīng)用多種信息接報(bào)手段，為核應(yīng)急平臺(tái)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(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)包括八大應(yīng)用系統(tǒng)：綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)、預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)系統(tǒng)。

“2”：兩套體系

安全保障體系為核應(yīng)急平臺(tái)的運(yùn)行提供安全方面的支撐。包括物理場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系包括法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)要求等，是核應(yīng)急平臺(tái)運(yùn)行的機(jī)制保障，平臺(tái)涉及系統(tǒng)非常多，同時(shí)需要進(jìn)行大量的信息資源整合，達(dá)到多部門信息共享和聯(lián)動(dòng)，必須制定并遵循各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.3 國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)功能

國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)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(zhǔn)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(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)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(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)體系是一個(gè)跨領(lǐng)域、跨部門、跨學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)支撐系統(tǒng)，它要求以國(guó)家核應(yīng)急總平臺(tái)為中心，以核設(shè)施所在省、核設(shè)施單位為聯(lián)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和接口實(shí)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(jī)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(tái)、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、知識(shí)管理平臺(tái)、內(nèi)容管理平臺(tái)、工作流管理平臺(tái)、后果評(píng)價(jià)軟件、通訊集成平臺(tái)等進(jìn)行有機(jī)集成；要求與監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)庫(kù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、案例庫(kù)、預(yù)案庫(kù)、事件庫(kù)、模型庫(kù)、資源庫(kù)、其他專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)等在內(nèi)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行互操作。因此，如何有效整合利用各級(jí)政府、各部門、各行業(yè)的應(yīng)急資源，是核應(yīng)急平臺(tái)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(tái)Fig.4 Information Share Platform of NNEMS

國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)與各專業(yè)信息系統(tǒng)、各異構(gòu)數(shù)據(jù)源應(yīng)實(shí)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(tái)，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(cè)地點(diǎn)、工況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)單位、危險(xiǎn)源、重點(diǎn)區(qū)域、應(yīng)急資源、救援隊(duì)伍、疏散路線等多方面信息，這些信息具有很強(qiáng)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(tái)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(biāo)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(xiǎn)源、重要單位、社會(huì)經(jīng)濟(jì)單元以及事件信息、處置信息、預(yù)測(cè)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(duì)預(yù)案、案例以及處置流程的查詢，同時(shí)與突發(fā)事件信息集成后，實(shí)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(biāo)注點(diǎn)為中心，能夠進(jìn)行指定半徑的周邊分析，風(fēng)險(xiǎn)源分析，衍生災(zāi)害分析等。

（4）決策標(biāo)繪，建立基于GIS平臺(tái)的數(shù)字化圖形標(biāo)繪，可以準(zhǔn)確快速地制作行動(dòng)方案，進(jìn)行動(dòng)態(tài)推演等功能。通過全局行動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)模擬，協(xié)助分析態(tài)勢(shì)發(fā)展過程中的行動(dòng)沖突及態(tài)勢(shì)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(gè)核應(yīng)急系統(tǒng)的平時(shí)演練、戰(zhàn)時(shí)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(jìn)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(kù)（按某些查詢要素來存儲(chǔ)），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(tái)中，而沒有將預(yù)案從應(yīng)急程序中獨(dú)立出來進(jìn)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(yán)密性，保證推理機(jī)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(jiǎn)化，從而方便計(jì)算機(jī)實(shí)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＿M(jìn)echanism，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(jí)、事件分類、適用時(shí)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＿M(jìn)echanism是應(yīng)急機(jī)制，如預(yù)警發(fā)布機(jī)制，應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，后期處理機(jī)制等，每個(gè)機(jī)制都對(duì)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(duì)伍，分為專業(yè)應(yīng)急隊(duì)伍（應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)分隊(duì)、核應(yīng)急航空輻射監(jiān)測(cè)分隊(duì)、醫(yī)療應(yīng)急分隊(duì)、洗消去污救援分隊(duì)等）、專家隊(duì)伍、志愿者隊(duì)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(xué)性和時(shí)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(jìn)行的，自動(dòng)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(shí)如業(yè)務(wù)流程、處置措施和各種約束等，在平時(shí)或戰(zhàn)時(shí)情形下，決策指揮人員才有可能利用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行快速、科學(xué)、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(duì)象以及對(duì)象之間的約束集，而核應(yīng)急決策過程就是在對(duì)象域范圍內(nèi)找出滿足所有約束的對(duì)象組合，賦值后的對(duì)象滿足預(yù)先定義的對(duì)象間的所有規(guī)則，從而形成應(yīng)對(duì)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(duì)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(gè)約束滿足問題CSP，核應(yīng)急方案的生成就轉(zhuǎn)換為對(duì)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(dāng)前眾多復(fù)雜因素交織，給我國(guó)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(duì)核應(yīng)急平臺(tái)進(jìn)行了明確定義，指出了我國(guó)核應(yīng)急平臺(tái)需要按照“國(guó)家級(jí)、省市、核設(shè)施單位”三級(jí)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃部署，提出了國(guó)家核應(yīng)急平臺(tái)總體框架，提出了應(yīng)急平臺(tái)應(yīng)具有的功能，并對(duì)應(yīng)急平臺(tái)所需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

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

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

［3］ 王醒宇，施仲齊 .國(guó)家核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)，核動(dòng)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(guó)核應(yīng)急工作研討會(huì)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(píng)價(jià)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，第四次全國(guó)核應(yīng)急工作研討會(huì)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(guó)核應(yīng)急工作研討會(huì)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(xué)碩士學(xué)位論文 .2009：24－27.