基于GIS的油氣化工行業應急管理體系設計

鄒碧海 向宇杰 王力

摘? 要：在整個傳統的石油化工行業生產過程的應急管理系統中，很容易發現這個系統在資源整合以及處理、地理環境氣候以及空間分析時有很大的不足之處。為了有效地解決這個缺陷，引進目前已經廣泛使用的地理信息系統（Geographic Information System，GIS）作為補充。通過構建GIS應急管理模塊，實現資源信息管理、氣象管理、高后果區展示、可視化應急資源查詢等目的。憑此也可以模擬油氣管道泄漏、有毒有害氣體擴散、火災爆炸等事故的影響波及范圍，分析應急資源配置的最短路徑，以及有效控制的應急管理方案。不僅僅填補了傳統石油化工行業存在的應急管理隱患，同時也提高了企業的經營效益以及加強了人員作業的安全系數。

關鍵詞：應急管理? GIS模塊? 石油化工

中圖分類號：TE973? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）03（b）-0022-03

為了降低事故發生的概率以及造成的人員傷害或是財產損失，地理信息系統（GIS）和在此基礎上發展的“數字化城市”“數字化地球”在我們的日常生活和工作中占據了一個重要的部分[1]。早在20世紀60年代，由加拿大的羅杰·湯姆林森博士研究開發出來的地理信息系統已經正式投入林業和農村的生產使用。而從GIS的發展歷程上來看，一共可以分為6個階段，即：GIS模塊、集成式GIS、模塊化GIS、核心式GIS、組件式GIS和網絡GIS[2]。

目前最先進的WebGIS是一種基于Internet的網絡GIS，與傳統的GIS相比，WebGIS具有訪問范圍更廣、平臺獨立、可以大量減少系統成本、操作簡單、使用大眾化、可擴展性強等優點[3]。

1? GIS系統的優勢

地理信息系統不僅僅能夠憑借獨特的可視化操作技術做出應急資源的地理圖，讓客戶快速地獲得想要了解的資源信息[4]。除此之外，還能夠進行事故模擬以及相對應的應急救援規劃，得到最佳的應急資源配置以及疏散管理方案，減輕事故損失[5]。

1.1 獨特的可視化技術

獨特的可視化技術除了能夠直觀地為客戶提供系統通過大量計算從而分析得到的結果來滿足客戶對于傷亡事故應急管理的要求，還能夠標記整個生產作業區域相關范圍的各種重要的位置或者分布情況，從一個宏觀的視角整體地掌握生產作業區域的資源分布情況。

1.2 相對統一的數據標準

國內有關礦業、建筑、化工、油氣等行業的相關監管部門均把ArcGIS用來作為GIS平臺，同行業背景的企業能夠通過其他企業已經發生過的事故案例作為參考，模擬當時的環境背景，對比自己當前所有的應急資源做出決策。既加強了應急預案制定的有效性及合理性，同時也能夠即時地為應急指揮體系提供有效的判斷依據，大量節約傳統應急管理模式下由于采集資料所額外耗費的時間。

1.3 功能的多樣性

GIS能夠做到氣候環境模擬、事故模擬、地圖操作、資源查找管理等功能。它并不是一個功能單一的系統，各種功能能夠相互依憑、相互協作。此外，GIS還具有很好的開放性、延伸性和兼容性。能夠與其他的數據庫系統、OA系統、RIA系統等聯合開發構成一個應急管理信息化平臺，更好地服務于油氣化工安全監督管理體系中。

2? 架構設計

此次設計的應急管理GIS模塊的架構共分為3個層面：基礎數據層、后臺業務邏輯層、前臺客戶表現層。如圖1所示，這個設計的最底部也就是基礎數據層，是由綜合應急數據庫、空間數據庫和瓦片系統組成的。瓦片地圖是為了能夠縮短地圖加載的時間，因此將參數配圖并且分割至金字塔構造的瓦片樣式。處在中間階層的后臺業務邏輯層是由應急管理平臺（集成GIS服務）來作為支撐。這一個階層也被稱作是服務層，用以鏈接基礎數據層和客戶表現層。前臺客戶表現層位于最上面的部分，負責為用戶提供數據資料查詢、地理圖展示、最短路徑查找、地圖操作、氣象模擬等功能。

我們在設計GIS數據庫的過程中一定要明確這樣一個方向，基于GIS數據庫的這個系統的實用效果根本在于數據量的真實性、有效性、豐富多樣性和正確性。無論怎樣的空間數據庫都是有一定的局限性的，因此我們要運用GIS可以將高分辨率的圖片和視頻、高精確度的GPS把不同時間的設計參數和社會經濟數據集成在一起。

3? 功能設計

此次設計的應急管理GIS模塊主要是依據快速、高效、便捷、操作難度小的原則，在這個模塊對收集的空間數據進行分析、管理、輸出到客戶端等操作，用以補充油氣化工行業的應急管理系統在GIS地圖和空間位置分析上的需求。該應急GIS模塊要求能夠實現地圖操作、可視化預案管理、高后果區展示、資源查找管理、事故模擬、氣象信息管理以及最短路徑計算分析等7大主要功能，如圖2所示。

3.1 地圖操作

應急管理GIS模塊的地圖操作功能包括全景展示、拖動標識、縮小或放大地圖、鷹眼式地圖、圖層控制、距離以及面積的測繪等[6]。其中，該地圖統一默認為遙感影像地圖和矢量地圖的疊加顯示。

3.2 可視化預案管理

該應急管理模塊在WebGIS技術的支持下，通過分層疊加處理的二維方式來實現GIS地圖的可視化操作。該功能可通過地圖控件來定位客戶所提供的相關地點，或是對應急部門進行定位以及切換，并同時反饋相應信息傳給應急管理系統。該功能也可結合專題圖在進行相應的空間分析后，確定所需要的資源物資，以及最快能調配到位的應急物資及設備，得到一個科學高效的搶險作業預案，有效地輔助了應急指揮部的方案決策。

3.3 高后果區展示

高后果區的分析結果必須要根據由緩沖區分析、網絡模型分析、事故后果分析后得出的結果在進行疊置分析才能準確得出。緩沖區分析是指通過GIS地圖定位或者空間查詢準確得到報警點的幾何坐標，由此分析出緩沖區半徑輸出的應急數據信息。網絡分析是指根據現有空間數據庫中含有的路網數據來構建一個拓撲模型并使用GIS應急管理平臺的分析引擎得到資源獲取的最短路徑以及應急逃生的最優路線等。事故后果分析就是根據事故發生點的地理位置，以及危險源的泄露形式，結合氣象數據、風力、風速等自然因素綜合分析得到事故的影響范圍，并制作出結果的專題圖，包括了居民區的密集地帶、人文自然保護區、河流情況等的分布圖。通過以上3種分析得到的結果再次綜合分析就能夠得到事故發生后可能形成的高后果區，并將其展示到GIS地圖當中，為應急管理的相關部門做出決策提供科學依據。

3.4 資源查找管理

資源查找管理功能實現了系統與數據直接接入的功能、圖樣表格的監控功能、圖層的映射功能、窗口查看功能。不僅僅在緊急情況下能夠快速應急，縮短救援時間，而且在日常的生產情況下，管理人員也能夠方便快捷地查詢作業區域物資的儲存情況。

3.5 事故模擬

在平常的應急預案制定中，雖然有一些安全隱患并未轉變為事故，但是我們可以通過GIS的應急管理系統對這些安全隱患映射出事故模擬的演示。實驗人員可以在GIS地圖上選取某臺裝置設備或者某個加工區域作為事故模擬的地點。能夠通過不同的計算模型，設定好事故發生時的氣象條件以及裝置設備的參數信息，演示該地點火災、爆炸、危化品泄露等情況，分析計算事故的影響范圍以及損失的程度，把死亡區域、重傷區域、輕傷區域分別在地圖上標識出來，輔助應急預案的制定。

3.6 氣象信息管理

氣象信息管理功能是通過從氣象信息實時數據庫中讀取包括溫度、濕度、風速、風向、和氣壓等5個參數。應急管理系統與氣象儀器通過硬件接口連接，使該系統能夠每過10min就能通過氣象儀器讀取一次氣象數據到氣象信息實時數據庫，并且在系統的氣象信息數據表中得以顯示說明。

3.7 最短路徑分析

當應急管理系統發現監控范圍內有報警時，就能夠通過GIS地圖顯示出事發地點的具體位置，并以此處為圓心輻射出危害區域范圍和可以利用的資源設備等情況。通過把不同事故所需要的不同的救援物資的存放地點在地圖上用顯著的顏色標記出來，實現應急物資的快速分類查找及定位，能夠及時有效地調用物資解決問題。決策人員也能夠從地圖上第一時間找到獲取資源以及應急疏散的最短路徑，降低事故后果損失。

4? 結語

此次研究的基于GIS的油氣化工行業應急管理體系設計采用了ArcGIS技術開發出集成式的應急管理GIS模塊。該模塊的設計不僅僅能夠在本行業降低事故發生的概率，憑此也可以通過模擬油氣管道泄漏、有毒有害氣體擴散、火災爆炸等事故，定位事故發生的位置，顯示周邊的醫療救援機構的分布情況，分析最佳的救援路線以及疏散路線，有效控制的事故造成的人員健康和財產損失。既填補了傳統石油化工行業存在的應急管理隱患，同時也加強了企業的生產效益和全體工作人員的安全保障。但是目前也仍然存在著一些問題，基于GIS的應急管理體系在我國仍然處于探索階段，企業之間也沒有進行太多的學習和交流，資源的共享程度不夠，解決事故的方案模式沒有一個統一完善的標準，這是在以后的工作中需要進一步加強并改進的地方。

參考文獻

[1] 于學春，袁紀武，邊祥娟，等.應急管理地理信息系統設計及實現[J].安全、健康和環境，2011，11（10）：14-16.

[2] 閻雨.組件式地理信息系統及其開發實例[D].吉林大學，2004.

[3] 葛嶠.基于WEBGIS的三峽庫區滑坡預警信息系統研究[D].清華大學，2008.

[4] 李小雁.基于WEBGIS的煤炭企業安全生產管理信息系統的設計與實現[D].中南大學，2008.

[5] 柴琳.配電GIS管理下數據挖掘的應用研究[D].哈爾濱理工大學，2011.

[6] 劉馨澤，袁紀武，毛文鋒，等.基于ArcGIS Server與Flex的石化企業GIS應急管理平臺[A].2015應急管理“安全谷”論壇暨國際應急管理學會[C].2015.

①作者簡介：鄒碧海（1965，12—），男，漢族，重慶人，博士，教授，主要從事安全評估與應急管理方面的研究。

向宇杰（1996，12—），男，漢族，四川江油人，研究生在讀，研究方向：應急管理。

王力（1982，1—），男，漢族，重慶人，碩士，講師，研究方向：項目管理。