基于三维GIS技术的化学危害应急系统

摘要

本技术方案公开了一种基于三维GIS技术的化学危害应急系统，包括气象观测系统、环境监测系统、数据处理系统、GIS应急决策系统、用户终端，其中，数据处理系统中还包括危险源源强模式数据库、化学危害结果数据库、GIS地形数据库。本系统可根据现场实时气象条件和环境监测结果，调用化学危害结果数据库，对化学危险源出现的应急状况进行实时动态评估和风险预测，生成基于三维GIS平台的应急决策，发送到指挥部和移动用户终端，用于采取相应的控制措施和组织调配应急力量，指导现场人员防护和应急资源的布置进行应急控制。具有矢量化、实时化、动态化、智能化的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学危害应急系统，尤其是一种基于三维GIS技术的化学危害应急系统，属于化学风险源预测与控制领域。

背景技术

日本遗弃化学武器是中日间重大历史遗留问题，遗弃在我国领土上的数百万枚(件)化学武器半个多世纪来一直严重威胁着我国人民的生命健康和生态环境安全，已经造成两千多人员伤亡，大面积国土污染，尤其是近年来接连发生了齐齐哈尔“8.4”毒剂桶、吉林莲花泡毒剂弹伤人等事件，又一次给我们敲响了警钟。因此，处理日本遗弃化学武器工作刻不容缓。根据《禁止化学武器公约》及中日两国政府签订的备忘录有关条款，日本政府承认其在华遗弃大量化学武器的事实。

哈尔巴岭日本遗弃化学武器埋藏点是迄今为止发现的最大埋藏点，其挖掘回收作为“高毒、高爆、高风险”等特点的重大特殊工程，针对诸如此类的化学危害风险源，为了安全顺利地实施挖掘回收作业，保护作业人员和周围居民的安全，保护环境，必须建立应急系统，根据气象条件和源强动态变化，对潜在的风险和发生事故时的危害进行实时评估，为应急处置提供快速、准确、科学的决策支持，防止事故的发生和将事故危害降低到最低。

发明内容

为了解决现有技术问题，本技术方案应用三维GIS技术，提出一种化学危害应急系统，该平台将地理信息、危害评估结果、气象信息、应急预案、应急决策、信息发布、现场设施分布等集于一体。可对化学危险源出现的应急状况进行实时动态评估和风险预测，生成基于三维GIS平台的应急决策，发送到用户终端，用于采取相应的控制措施和组织调配应急力量，进行应急控制。

本技术方案所述一种基于三维GIS技术的化学危害应急系统，包括气象观测系统、环境监测系统、数据处理系统、GIS应急决策系统、用户终端，其中，数据处理系统中还包括危险源源强模式数据库、化学危害结果数据库、GIS地形数据库；

危险源源强模式数据库，用于提供不同条件下的危险源源强；

化学危害结果数据库，应用复杂地形上化学剂扩散模式(CDM)，建立多种源强模式的危害结果，包括但不限于危害范围、危害等级、危害开始时间、危害结束时间及毒剂云团动态扩散扩散过程；

GIS地形数据库，用于提供化学危险源所处区域及周边地区的GIS数据；

气象观测系统，用于实时观测化学危险源所处区域的气象情况；

环境监测系统，用于监测化学危险源所处区域的化学泄漏和爆炸情况，包括但不限于毒气浓度、有毒云团直径；

数据处理系统，根据环境监测系统测得的有毒云团直径计算炸药量，根据炸药量反推源强，在危险源源强模式数据库中找到匹配的源强模式；再结合气象观测系统和环境监测系统实时采集的结果，在化学危害结果数据库中找到相应源强模式下的危害结果，应用GIS地形数据库中该化学危险源所处区域的GIS数据，生成该源强模式下的GIS地形上的危害结果，输出给GIS应急决策系统；

GIS应急决策系统，根据GIS地形上的危害结果，提出应急决策方案，并发送给各用户终端，应急决策包括但不限于基于三维GIS平台的应急疏散路径、疏散地域、防护范围、侦检区域、洗消地域、防护时间；

用户终端，用于将GIS应急决策系统发布的基于三维GIS平台的应急决策信息提供给用户(如指挥中心、移动指挥官等)。

本系统工作关系如下：

当化学危险源发生爆炸时，根据环境监测系统测得的有毒云团直径计算炸药量，根据炸药量反推源强，在危险源源强模式数据库中找到匹配的源强模式；再结合气象观测系统和环境监测系统实时采集的结果，在化学危害结果数据库中找到相应源强模式下的危害结果，应用GIS地形数据库中该化学危险源所处区域的GIS数据，生成该源强模式下的GIS地形上的危害结果，输出给GIS应急决策系统；

气象观测系统和环境监测系统采集的数据通过3G无线传输给数据处理系统，数据处理系统通过有线或无线方式向GIS应急决策系统发送数据，GIS应急决策系统将决策信息通过3G无线传输给各个用户终端。

本系统还可用于预测化学危险源的潜在危害，在当前工况和气象条件下，根据SDM模式预测化学危险源的某一概率对应的殉爆量，然后根据殉爆量预测可能造成的危害结果，生成基于三维GIS平台的决策信息，发送给用户终端。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本系统可根据现场实时气象条件和环境监测结果，调用化学危害结果数据库，对化学危险源出现的应急状况进行实时动态评估和风险预测，生成基于三维GIS平台的应急决策，发送到指挥部和移动用户终端，用于采取相应的控制措施和组织调配应急力量，指导现场人员防护和应急资源的布置进行应急控制。具有矢量化、实时化、动态化、智能化的特点。

附图说明

图1基于三维GIS技术的化学危害应急系统框图；

图2本发明实施例哈尔巴岭日本遗弃化学武器挖掘回收工程应急系统示意图；

图3CDM模式流程图；

图4哈尔巴岭日本遗弃化学武器挖掘回收工程应急系统主界面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本技术方案所述一种基于三维GIS技术的化学危害应急系统框图见附图1，包括气象观测系统、环境监测系统、数据处理系统、GIS应急决策系统、用户终端，其中，数据处理系统中还包括危险源源强模式数据库、化学危害结果数据库、GIS地形数据库。

根据本技术方案，构建基于三维GIS技术的哈尔巴岭日本遗弃化学武器挖掘回收工程应急系统，作为本申请的实施例，见附图2。该应急系统主要基于哈尔巴岭挖掘回收工程风险评估数值模式，集三维化学风险评估、现场气象观测系统、空间地理信息平台、3G通讯平台、应急处置动态方案和可视化技术于一体的系统工程。

在本实施例中，化学危险源为哈尔巴岭日本遗弃化学武器埋藏点。应急平台为利用本技术方案中的数据处理系统和GIS应急决策系统构建的基于GIS技术的可视化信息中心。

危险源源强模式数据库，提供9种危险源源强：SDM殉爆模式计算结果、1枚150黄弹、埋藏坑0.01％殉爆、埋藏坑0.05％殉爆、埋藏坑0.1％殉爆、埋藏坑0.5％殉爆、埋藏坑1％殉爆、埋藏坑5％殉爆和埋藏坑10％殉爆。SDM模式的基本理论见《兵工学报》陈海平、黄顺祥等“混合炮弹殉爆模型(SDM)”一文。

化学危害结果数据库，应用复杂地形上化学剂扩散模式(CDM)，计算16种风向、3类风速(0～1.5m/s、1.5～3m/s和3m/s以上)、3种稳定度(C、D和E类)和9种源强(SDM殉爆模式计算结果、1枚150黄弹、埋藏坑0.01％殉爆、埋藏坑0.05％殉爆、埋藏坑0.1％殉爆、埋藏坑0.5％殉爆、埋藏坑1％殉爆、埋藏坑5％殉爆和埋藏坑10％殉爆)的危害结果，包括危害范围、危害等级、危害开始时间、危害结束时间及毒剂云团动态扩散扩散过程，将所有计算结果建立统一的数据库，供数据处理系统根据现场气象观测结果和源强进行智能的动态调用。CDM模式是基于北京大学大气环境模式(PUMA)模式建立起来的，用于模拟有毒物质扩散的浓度和剂量分布，也可以简称为浓度和剂量模式(Concentration and Dose Model)。附图3给出了CDM模式流程图，整个模拟过程是从气象场资料和地形处理开始，最终得出浓度和剂量的分布。

GIS地形数据库，用于提供埋藏点所处区域及周边地区的GIS数据；

气象观测系统，采用气象塔和埋藏点气象站实时观测埋藏点所处区域的气象情况，气象塔梯度观测数据确定稳定度和系统风速，埋藏点气象站确定风向；

环境监测系统，用于监测埋藏点所处区域的化学泄漏和爆炸情况，包括但不限于毒气浓度、有毒云团直径；

数据处理系统，根据环境监测系统测得的有毒云团直径计算炸药量，根据炸药量反推源强，在危险源源强模式数据库中找到匹配的源强模式；再结合气象观测系统和环境监测系统实时采集的结果，在化学危害结果数据库中找到相应源强模式下的危害结果，应用GIS地形数据库中该埋藏点所处区域的GIS数据，生成该源强模式下的GIS地形上的危害结果，输出给GIS应急决策系统；

GIS应急决策系统，首先对事故进行分类分级，制定每类每级的应急决策预案，将各种情况下的预案建立应用数据库，实现事故发生时根据GIS地形上的危害结果，GIS应急决策系统智能调用相应预案和决策，并发送给各用户终端，应急决策包括应急疏散路径、疏散地域、防护范围、侦检区域、洗消地域、防护时间；

用户终端，用于提供给中日指挥部大屏幕、移动应急中心的移动指挥官、现场人员基于三维GIS平台的应急决策信息，终端是具有3G传输功能的电脑、笔记本、手机。

本系统工作关系如下：

当日本遗弃化学武器埋藏点发生爆炸时，根据环境监测系统测得的有毒云团直径采用church公式计算炸药量：

$W={\left(\frac{H}{30}\right)}^3$

其中W为炸药量，H为有毒云团的直径。

根据炸药量反推源强，在危险源源强模式数据库中找到匹配的源强模式；再结合气象观测系统和环境监测系统实时采集的结果，在化学危害结果数据库中找到相应源强模式下的危害结果，应用GIS地形数据库中该埋藏点所处区域的GIS数据，生成该源强模式下的GIS地形上的危害结果，输出给GIS应急决策系统；

利用哈尔巴岭专用3G平台，实现气象观测数据(气象塔和埋藏点附近气象站)、现场环境监测数据和GIS应急决策信息的3G传输，实现整个系统的无线化。即气象观测系统和环境监测系统采集的数据通过3G无线传输给数据处理系统，GIS应急决策系统将决策信息通过3G无线传输给中日双方指挥部显示屏、移动应急中心和移动指挥官等现场人员的3G手机。在应急平台和各终端上显示的哈尔巴岭日本遗弃化学武器挖掘回收工程应急系统的主界面见附图4，可动态实时显示该区域的气象与环境监测数据、危害结果以及应急疏散路径、疏散地域、防护范围等。

本系统还可用于预测化学危险源的潜在危害，在当前工况和气象条件下，根据SDM模式预测化学危险源的某一概率对应的殉爆量，然后根据殉爆量预测可能造成的危害结果，生成基于三维GIS平台的决策信息，发送给用户终端。SDM模式的基本理论见《兵工学报》陈海平、黄顺祥等“混合炮弹殉爆模型(SDM)”一文。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。