基于GIS的油气化工行业应急管理体系设计

邹碧海 向宇杰 王力

摘  要：在整个传统的石油化工行业生产过程的应急管理系统中，很容易发现这个系统在资源整合以及处理、地理环境气候以及空间分析时有很大的不足之处。为了有效地解决这个缺陷，引进目前已经广泛使用的地理信息系统（Geographic Information System，GIS）作为补充。通过构建GIS应急管理模块，实现资源信息管理、气象管理、高后果区展示、可视化应急资源查询等目的。凭此也可以模拟油气管道泄漏、有毒有害气体扩散、火灾爆炸等事故的影响波及范围，分析应急资源配置的最短路径，以及有效控制的应急管理方案。不仅仅填补了传统石油化工行业存在的应急管理隐患，同时也提高了企业的经营效益以及加强了人员作业的安全系数。

关键词：应急管理  GIS模块  石油化工

中图分类号：TE973                                 文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）03（b）-0022-03

为了降低事故发生的概率以及造成的人员伤害或是财产损失，地理信息系统（GIS）和在此基础上发展的“数字化城市”“数字化地球”在我们的日常生活和工作中占据了一个重要的部分[1]。早在20世纪60年代，由加拿大的罗杰·汤姆林森博士研究开发出来的地理信息系统已经正式投入林业和农村的生产使用。而从GIS的发展历程上来看，一共可以分为6个阶段，即：GIS模块、集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS、组件式GIS和网络GIS[2]。

目前最先进的WebGIS是一种基于Internet的网络GIS，与传统的GIS相比，WebGIS具有访问范围更广、平台独立、可以大量减少系统成本、操作简单、使用大众化、可扩展性强等优点[3]。

1  GIS系统的优势

地理信息系统不仅仅能够凭借独特的可视化操作技术做出应急资源的地理图，让客户快速地获得想要了解的资源信息[4]。除此之外，还能够进行事故模拟以及相对应的应急救援规划，得到最佳的应急资源配置以及疏散管理方案，减轻事故损失[5]。

1.1 独特的可视化技术

独特的可视化技术除了能够直观地为客户提供系统通过大量计算从而分析得到的结果来满足客户对于伤亡事故应急管理的要求，还能够标记整个生产作业区域相关范围的各种重要的位置或者分布情况，从一个宏观的视角整体地掌握生产作业区域的资源分布情况。

1.2 相对统一的数据标准

国内有关矿业、建筑、化工、油气等行业的相关监管部门均把ArcGIS用来作为GIS平台，同行业背景的企业能够通过其他企业已经发生过的事故案例作为参考，模拟当时的环境背景，对比自己当前所有的应急资源做出决策。既加强了应急预案制定的有效性及合理性，同时也能够即时地为应急指挥体系提供有效的判断依据，大量节约传统应急管理模式下由于采集资料所额外耗费的时间。

1.3 功能的多样性

GIS能够做到气候环境模拟、事故模拟、地图操作、资源查找管理等功能。它并不是一个功能单一的系统，各种功能能够相互依凭、相互协作。此外，GIS还具有很好的开放性、延伸性和兼容性。能够与其他的数据库系统、OA系统、RIA系统等联合开发构成一个应急管理信息化平台，更好地服务于油气化工安全监督管理体系中。

2  架构设计

此次设计的应急管理GIS模块的架构共分为3个层面：基础数據层、后台业务逻辑层、前台客户表现层。如图1所示，这个设计的最底部也就是基础数据层，是由综合应急数据库、空间数据库和瓦片系统组成的。瓦片地图是为了能够缩短地图加载的时间，因此将参数配图并且分割至金字塔构造的瓦片样式。处在中间阶层的后台业务逻辑层是由应急管理平台（集成GIS服务）来作为支撑。这一个阶层也被称作是服务层，用以链接基础数据层和客户表现层。前台客户表现层位于最上面的部分，负责为用户提供数据资料查询、地理图展示、最短路径查找、地图操作、气象模拟等功能。

我们在设计GIS数据库的过程中一定要明确这样一个方向，基于GIS数据库的这个系统的实用效果根本在于数据量的真实性、有效性、丰富多样性和正确性。无论怎样的空间数据库都是有一定的局限性的，因此我们要运用GIS可以将高分辨率的图片和视频、高精确度的GPS把不同时间的设计参数和社会经济数据集成在一起。

3  功能设计

此次设计的应急管理GIS模块主要是依据快速、高效、便捷、操作难度小的原则，在这个模块对收集的空间数据进行分析、管理、输出到客户端等操作，用以补充油气化工行业的应急管理系统在GIS地图和空间位置分析上的需求。该应急GIS模块要求能够实现地图操作、可视化预案管理、高后果区展示、资源查找管理、事故模拟、气象信息管理以及最短路径计算分析等7大主要功能，如图2所示。

3.1 地图操作

应急管理GIS模块的地图操作功能包括全景展示、拖动标识、缩小或放大地图、鹰眼式地图、图层控制、距离以及面积的测绘等[6]。其中，该地图统一默认为遥感影像地图和矢量地图的叠加显示。

3.2 可视化预案管理

该应急管理模块在WebGIS技术的支持下，通过分层叠加处理的二维方式来实现GIS地图的可视化操作。该功能可通过地图控件来定位客户所提供的相关地点，或是对应急部门进行定位以及切换，并同时反馈相应信息传给应急管理系统。该功能也可结合专题图在进行相应的空间分析后，确定所需要的资源物资，以及最快能调配到位的应急物资及设备，得到一个科学高效的抢险作业预案，有效地辅助了应急指挥部的方案决策。

3.3 高后果区展示

高后果区的分析结果必须要根据由缓冲区分析、网络模型分析、事故后果分析后得出的结果在进行叠置分析才能准确得出。缓冲区分析是指通过GIS地图定位或者空间查询准确得到报警点的几何坐标，由此分析出缓冲区半径输出的应急数据信息。网络分析是指根据现有空间数据库中含有的路网数据来构建一个拓扑模型并使用GIS应急管理平台的分析引擎得到資源获取的最短路径以及应急逃生的最优路线等。事故后果分析就是根据事故发生点的地理位置，以及危险源的泄露形式，结合气象数据、风力、风速等自然因素综合分析得到事故的影响范围，并制作出结果的专题图，包括了居民区的密集地带、人文自然保护区、河流情况等的分布图。通过以上3种分析得到的结果再次综合分析就能够得到事故发生后可能形成的高后果区，并将其展示到GIS地图当中，为应急管理的相关部门做出决策提供科学依据。

3.4 资源查找管理

资源查找管理功能实现了系统与数据直接接入的功能、图样表格的监控功能、图层的映射功能、窗口查看功能。不仅仅在紧急情况下能够快速应急，缩短救援时间，而且在日常的生产情况下，管理人员也能够方便快捷地查询作业区域物资的储存情况。

3.5 事故模拟

在平常的应急预案制定中，虽然有一些安全隐患并未转变为事故，但是我们可以通过GIS的应急管理系统对这些安全隐患映射出事故模拟的演示。实验人员可以在GIS地图上选取某台装置设备或者某个加工区域作为事故模拟的地点。能够通过不同的计算模型，设定好事故发生时的气象条件以及装置设备的参数信息，演示该地点火灾、爆炸、危化品泄露等情况，分析计算事故的影响范围以及损失的程度，把死亡区域、重伤区域、轻伤区域分别在地图上标识出来，辅助应急预案的制定。

3.6 气象信息管理

气象信息管理功能是通过从气象信息实时数据库中读取包括温度、湿度、风速、风向、和气压等5个参数。应急管理系统与气象仪器通过硬件接口连接，使该系统能够每过10min就能通过气象仪器读取一次气象数据到气象信息实时数据库，并且在系统的气象信息数据表中得以显示说明。

3.7 最短路径分析

当应急管理系统发现监控范围内有报警时，就能够通过GIS地图显示出事发地点的具体位置，并以此处为圆心辐射出危害区域范围和可以利用的资源设备等情况。通过把不同事故所需要的不同的救援物资的存放地点在地图上用显著的颜色标记出来，实现应急物资的快速分类查找及定位，能够及时有效地调用物资解决问题。决策人员也能够从地图上第一时间找到获取资源以及应急疏散的最短路径，降低事故后果损失。

4  结语

此次研究的基于GIS的油气化工行业应急管理体系设计采用了ArcGIS技术开发出集成式的应急管理GIS模块。该模块的设计不仅仅能够在本行业降低事故发生的概率，凭此也可以通过模拟油气管道泄漏、有毒有害气体扩散、火灾爆炸等事故，定位事故发生的位置，显示周边的医疗救援机构的分布情况，分析最佳的救援路线以及疏散路线，有效控制的事故造成的人员健康和财产损失。既填补了传统石油化工行业存在的应急管理隐患，同时也加强了企业的生产效益和全体工作人员的安全保障。但是目前也仍然存在着一些问题，基于GIS的应急管理体系在我国仍然处于探索阶段，企业之间也没有进行太多的学习和交流，资源的共享程度不够，解决事故的方案模式没有一个统一完善的标准，这是在以后的工作中需要进一步加强并改进的地方。

参考文献

[1] 于学春，袁纪武，边祥娟，等.应急管理地理信息系统设计及实现[J].安全、健康和环境，2011，11（10）：14-16.

[2] 阎雨.组件式地理信息系统及其开发实例[D].吉林大学，2004.

[3] 葛峤.基于WEBGIS的三峡库区滑坡预警信息系统研究[D].清华大学，2008.

[4] 李小雁.基于WEBGIS的煤炭企业安全生产管理信息系统的设计与实现[D].中南大学，2008.

[5] 柴琳.配电GIS管理下数据挖掘的应用研究[D].哈尔滨理工大学，2011.

[6] 刘馨泽，袁纪武，毛文锋，等.基于ArcGIS Server与Flex的石化企业GIS应急管理平台[A].2015应急管理“安全谷”论坛暨国际应急管理学会[C].2015.

①作者简介：邹碧海（1965，12—），男，汉族，重庆人，博士，教授，主要从事安全评估与应急管理方面的研究。

向宇杰（1996，12—），男，汉族，四川江油人，研究生在读，研究方向：应急管理。

王力（1982，1—），男，汉族，重庆人，硕士，讲师，研究方向：项目管理。

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2019-08-30