综合集成的应急管理平台研究及其在突发性污染事件中的应用

摘要

近年来，我国突发性水污染事件频发，对人们的生产、生活造成重大影响，严重了破坏生态环境。突发性水污染事件应急管理是一项复杂的系统工程，对突发性水污染事件应急管理一直是大家研究的热点。然而，事件发生的随机性、发展过程的不确定性、处置过程的复杂性，给研究带来了困难，特别是应急管理模式还在探索之中。本文结合国家“863”计划和国家科技支撑计划，以突发性水污染事件的应急管理为例，开展突基于综合集成的突发性事件应急管理平台研究，寻找快速、灵活、具有可操作性的应急管理模式。论文的主要内容如下:
　　(1)研究了面向突发性事件应急管理的综合集成平台。在系统分析现有应急管理系统存在问题的基础上，针对突发性事件的特点，以综合集成方法论为指导，提出了面向服务、基于平台、基于组件、基于知识图及可视化工具的突发性事件应急管理系统构建模式，并采用当前先进的软件设计及开发技术，构建了面向突发性事件应急管理的综合集成平台，实现了通过平台快速灵活地搭建出突发性事件应急管理系统。
　　(2)建立了基于综合集成平台的突发性事件动态应对模式。在系统分析应急“一案三制”自身以及应用模式存在的问题的基础上，建立了以平台为核心的应急管理理念，提出了基于综合集成平台突发性事件动态应对模式以及基于模块化和基于应急处置流程两种应急管理集成应用模式，解决应急管理中灵活性差、可操作性差以及难以适应动态变化的问题。
　　(3)提出了突发性事件“数据-信息-知识-智慧”的转化与集成机制。按照从数据到信息、从信息到知识、从知识到智慧的大方向，提出了突发性事件“数据-信息-知识-智慧”的转化与集成机制以及智慧式应用模式，建立了“数据-信息-知识-智慧”的转化与集成框架，并研究了相关的实现机制及技术体系。在综合集成平台上将逐步实现智慧式应用。
　　(4)开展了突发性水污染应急预案数字化管理及方案化应用研究。按照从预案到方案、从方案到实施方案的指导思想，建立了应急预案数字化和方案化的技术框架，基于要素分解及特征识别方法将应急预案数字化、基于主题及知识图将应急预案方案化，实现了应急预案的数字化管理及方案化应用。
　　(5)基于数字地球的突发性水污染事件可视化仿真研究。基于数字地球平台，结合突发性水污染事件应急管理的需求，构建了突发性水污染事件三维可视化模拟仿真的数据地球平台服务，建立了河道一维水量水质模拟模型及污染物综合系数反演方法，研发了基于数字地球平台的突发性水污染事件三维可视化仿真系统。
　　(6)探讨了面向突发性水污染事件的应急物资调度方法。针对物资调度的经典启发式算法易陷入局部最优，难以得到高质量调度方案的缺陷，提出了一种基于K均值聚类和LK算法的调度方法，实例仿真结果表明该方法可以获得较好的调度方案，可用于突发性水污染事件应急物资调度。
　　(7)初步开展了突发性水污染事件风险分析及灾情评估研究。建立了突发性水污染事件风险分析、警情评估、态势评估、风险评价的技术方法体系，重在同时考虑事件发展中的事前、事中及事后评价，通过综合集成平台，实现在线评估。
　　(8)基于综合集成平台的突发性水污染事件应急管理集成应用。以黄河流域突发性水污染事件为例，分别按照模块化和应急处置流程两种应用模式，基于综合集成平台构建了突发性水污染事件应急管理系统，开展突发性水污染应急事件实例应用研究，对综合集成平台及应急管理模式的有效性进行了检验和验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 存在问题及发展趋势

1．4 研究的主要内容

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究框架

1．5 研究的技术路线

2 面向突发性事件应急管理的综合集成平台研究

2．1 应急管理系统的问题剖析

2．2 平台设计思路和原则

2．3 平台技术模型

2．3．1 应用服务控制层

2．3．2 人机交互服务层

2．3．3 业务逻辑服务层

2．3．4 外部应用服务层

2．3．5 服务访问接口

2．3．6 人机交互访问接口

2．3．7 业务逻辑访问接口

2．3．8 外部应用访问接口

2．4 平台系统结构

2．5 平台总体架构设计

2．6 平台功能设计

2．7 平台实现的关键技术

2．7．1 SOA架构

2．7．2 web Service技术

2．7．3 组件技术

2．8 综合集成平台的实现

2．9 本章小结

3 基于综合集成平台的突发性事件动态应对模式研究

3．1 基于“一案三制”的应急管理模式

3．1．1 “一案三制”的应急管理体系

3．1．2 “一案三制”应对模式面临的挑战

3．2 以平台为核心的应急管理模式

3．3 基于平台的突发性事件动态应急管理模式

3．3．1 动态应对模式基本理念

3．3．2 动态应对模式的内涵

3．3．3 动态应对模式的特征

3．4 基于平台的突发事件应急管理集成应用模式

3．4．1 基于模块化的应急管理与决策模式

3．4．2 基于应急处置流程的应急管理与决策模式

3．5 本章小结

4 突发性事件“数据-信息-知识-智慧”的转化与集成

4．1 “数据-信息-知识-智慧”的关系

4．2 “数据-信息-知识-智慧”的转化与集成框架

4．3 “数据-信息-知识-智慧’’的转化机制

4．3．1 DIKI转化与数据挖掘及知识发现的区别

4．3．2 “数据-信息-知识-智慧”的转化机制

4．4 “数据-信息-知识-智慧”集成模型

4．5 “数据-信息-知识-智慧”的集成机制

4．5．1 基于中间件技术的数据集成

4．5．2 快速组件化从数据到信息的集成

4．5．3 基于知识图的知识集成

4．5．4 基于平台的综合集成

4．6 基于综合集成平台的智慧式应用

4．6．1 按需个性化定制应用

4．6．2 即用即存共享应用

4．6．3 主题检索快速获取应用

4．6．4 快速修改完善形成新的应用

4．7 本章小结

5 突发性水污染应急预案数字化管理及方案化应用

5．1 应急预案存在的主要问题

5．1．1 应急预案建设及应用中存在的问题

5．1．2 应急预案需要解决的核心问题

5．2 应急预案方案化的技术框架

5．3 基于要素分解和特征识别的应急预案数字化

5．3．1 基于要素分解的数字化预案

5．3．2 基于特征识别的数字化预案

5．4 基于主题及知识图的应急预案方案化

5．4．1 知识图应急预案的建立

5．4．2 知识图预案的积累与存储

5．4．3 知识图预案的获取

5．4．4 知识图预案的修改

5．5 本章小结

6 基于数字地球的突发性水污染事件可视化仿真

6．1 数字地球基础平台框架

6．1．1 数字地球简介

6．1．2 数字地球平台总体架构

6．2 数字地球平台服务构建

6．2．1 影像金字塔瓦片服务

6．2．2 空间一体化视域模型

6．2．3 三维视景仿真实现

6．2．4 数字地球与3S融合

6．3 突发性水污染事件模拟仿真数学模型

6．3．1 一维水量水质模拟模型

6．3．2 模型参数确定

6．3．3 水量水质模型计算流程

6．4 基于数字地球的水污染模拟仿真系统体系结构

6．5 突发性水污染事件可视化模拟仿真关键技术

6．5．1 河流三角化

6．5．2 离散点浓度拟合

6．5．3 水质仿真可视化

6．6 突发性水污染事件可视化模拟仿真系统实现

6．7 本章小结

7 面向突发性水污染事件的应急物资调度

7．1 应急物资调度问题提出

7．2 突发性水污染应急物资优化调度模型

7．3 基于K均值聚类和LK的应急物资调度算法

7．3．1 K-均值聚类算法

7．3．2 LK算法

7．3．3 应急物资调度的KMLK算法

7．4 仿真实验及结果分析

7．4．1 仿真计算

7．4．2 结果分析

7．5 仿真系统实现

7．6 本章小结

8 突发性水污染事件的风险分析及灾情评估

8．1 突发性水污染事件风险分析

8．2 突发性水污染事件预警

8．2．1 预警分析

8．2．2 预警指标体系

8．2．3 警情分级与评估

8．2．4 警情评估及预警流程

8．3 突发性水污染事件态势评估

8．3．1 态势评估概述

8．3．2 态势评估的工作流程

8．4 突发性水污染事件风险评价

8．4．1 风险评价理论体系

8．4．2 风险评价方法

8．5 突发性水污染事件的时序风险评价

8．5．1 时序风险评价的基本框架

8．5．2 概率风险评价

8．5．3 实时后果评价

8．5．4 事故后果评价

8．6 突发性水污染事件可恢复性评价

8．7 本章小结

9 基于综合集成平台的突发性水污染事件应急管理集成应用

9．1 基于模块化的突发性水污染事件应急管理及决策

9．1．1 应急事件特征模块

9．1．2 风险隐患监测防控模块

9．1．3 预测预报模块

9．1．4 智能方案模块

9．1．5 指挥调度模块

9．1．6 应急保障模块

9．1．7 应急评价模块

9．1．8 模拟演练模块

9．2 基于应急处置流程的突发性水污染事件应急管理及决策

9．3 本章小结

10 结论与展望

10．1 结论

10．2 展望

致谢

参考文献

附录

附录A 博士期间发表的学术论文

附录B 博士期间参与的科研项目