熊偉

[摘要] 利用三維GIS與虛擬仿真技術相結(jié)合，建立與現(xiàn)實世界的工廠廠區(qū)設施及周邊環(huán)境高度一致的生動直觀的真三維場景，實現(xiàn)面向真實設備對象的可視化查詢，為用戶提供全新感受的信息管理和操作環(huán)境，實現(xiàn)可視化的技術平臺?；谌S平臺，開發(fā)安全應急管理信息系統(tǒng)，提升企業(yè)安全應急管理水平。

[關鍵詞] 安全應急； 管理； 信息系統(tǒng)； 建設

[中圖分類號] TP39； TU714 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）07- 0059- 03

1 引 言

為加強企業(yè)安全生產(chǎn)應急管理，完善應急預測預警、信息報送、輔助決策、指揮調(diào)度和總結(jié)評估等應急管理工作，嚴格企業(yè)安全管理，及時排查治理安全隱患，有效預防和妥善處置安全生產(chǎn)事故，加強安全應急信息系統(tǒng)的建設已成為實現(xiàn)上述管理目標的必要手段。

從應急業(yè)務本身特點來看，突發(fā)事件的應急救援指揮需要上級機關、國家主管部門參與決策。因此，企業(yè)需要建立應急管理平臺，使參與應急救援指揮的各部門都能夠基于該平臺開展救援任務下達、作戰(zhàn)指揮部署、救援分析決策、指揮意圖展示等工作，從而為實現(xiàn)快速的應急救援指揮提供保障。

從應急管理現(xiàn)狀來看，突發(fā)事件情況下現(xiàn)場災情、事故發(fā)展態(tài)勢、周邊信息難以獲取。企業(yè)需要將生產(chǎn)環(huán)境和實際狀況真實再現(xiàn)，基于此真實場景進行災情的模擬，將獲取的災情信息直觀展示，在突發(fā)事件情況下快速定位到現(xiàn)場場景，為人員快速疏散提供幫助。

因此，無論是企業(yè)的日常安全監(jiān)管和應急管理，還是突發(fā)事件的應急救援，都需要一個基礎可視化的信息平臺進行信息的直觀展示和有效管理，為企業(yè)的安全平穩(wěn)運行提供有力的保障。

2 需求分析

應急管理需解決平時針對應急預案模擬演練的有效性，突發(fā)應急事件發(fā)生時應急響應的速效性，并驗證應急預案的實用性。

充分利用現(xiàn)有信息系統(tǒng)，進行信息整合，實現(xiàn)信息綜合管理，為突發(fā)事件發(fā)生時的應急響應提供支持。

需要將裝置區(qū)域、設備設施以及管線清晰直觀展示，并關聯(lián)查詢詳細屬性信息。

需要建立一套隱患動態(tài)管理機制，將廠區(qū)內(nèi)各隱患從排查、整改到消除全過程管理起來，及時有效消除裝置存在的隱患。

需要將日常設備檢修維護信息統(tǒng)一儲存管理，便于直觀查詢調(diào)閱。

3 系統(tǒng)建設

3.1 系統(tǒng)設計策略

系統(tǒng)設計策略參見圖1。

3.2 系統(tǒng)總體架構

三維應急管理系統(tǒng)是安全應急管理的現(xiàn)代化管理手段，是企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。系統(tǒng)層次結(jié)構如圖2所示。

本系統(tǒng)是建立在三維GIS平臺基礎之上的，將廠區(qū)設備、設施管線各類基礎數(shù)據(jù)進行采集、整合與植入，包括基礎地理要素、設計施工數(shù)據(jù)、廠區(qū)運營數(shù)據(jù)、周邊社會經(jīng)濟信息等。完成三維GIS平臺建設和基礎的數(shù)據(jù)整合后，就可根據(jù)業(yè)務需求建設三維應急管理系統(tǒng)，開發(fā)其上的各個應用模塊。同時，結(jié)合企業(yè)實際情況，可以擴展其他業(yè)務，如設備完整性管理、相關外系統(tǒng)的信息集成。

該層次結(jié)構充分考慮到系統(tǒng)的靈活性和未來的擴展性，無論是擴展更多的地理場景、業(yè)務數(shù)據(jù)、專業(yè)模型，還是開發(fā)更多的應用系統(tǒng)，都能借助平臺提供的各類服務來方便快速地完成。

3.3 系統(tǒng)邏輯拓撲設計

擁有Web服務器，3D-GIS服務器，應用服務器及數(shù)據(jù)庫服務器。服務器的描述為：

3.3.1 Web服務器

以Web的形式發(fā)布數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)交互。Web程序操作快捷、方便，集成支持系統(tǒng)功能和集成其他服務器功能靈活，可以超鏈接的形式集成支持系統(tǒng)Web服務器，也可以COM組件、網(wǎng)絡等形式集成應用服務器、3D-GIS服務器、數(shù)據(jù)庫服務器功能。

3.3.2 3D-GIS服務器

存放地理信息數(shù)據(jù)、數(shù)字場景數(shù)據(jù)、各種模型等。為空間量計算等GIS操作功能提供支持。

3.3.3 應用服務器

進行用戶登錄的認證管理，可根據(jù)負載來自動調(diào)整用戶使用的服務器。提供系統(tǒng)的自動升級功能，當系統(tǒng)的版本改變時，可以進行客戶端的自動升級功能，不用每個客戶端進行重新安裝。

3.3.4 數(shù)據(jù)庫服務器

安裝數(shù)據(jù)庫軟件，存放除地理信息數(shù)據(jù)以外的所有數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行管理，如：生產(chǎn)工藝流程、危險源、應急預案、歷史災情、系統(tǒng)配置等，并對所存數(shù)據(jù)進行同步管理操作。

3.4 數(shù)據(jù)庫設計方案

各業(yè)務系統(tǒng)通過地理信息共享平臺（中間層）訪問數(shù)據(jù)層，實現(xiàn)信息的共享、交互、集成。數(shù)據(jù)層包括基礎地理信息數(shù)據(jù)庫、設備監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、動態(tài)業(yè)務數(shù)據(jù)?；A地理信息數(shù)據(jù)庫包括各類地圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、周邊社會環(huán)境數(shù)據(jù)。業(yè)務數(shù)據(jù)是指各業(yè)務部門日常工作流程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

三維應急管理信息系統(tǒng)是個復雜的大系統(tǒng)，一方面需要在應用層與數(shù)據(jù)層之間加入中間層，從技術層面上進行信息采集整理、信息分析處理、信息發(fā)布輸出，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享、融合；另一方面需建立一整套完整的數(shù)據(jù)組織標準、數(shù)據(jù)維護標準、數(shù)據(jù)管理標準，保證地理信息共享平臺的正常運行。中間層還需要提供系統(tǒng)安全管理、系統(tǒng)性能監(jiān)控、均衡網(wǎng)絡負載、標準數(shù)據(jù)交換等功能，在應用層與數(shù)據(jù)層之間建立一條安全、可靠的“訪問通道”。使用SQL Server 2005標準版，可滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的安全性、高性能、可靠性的要求，且實施性價比高。后期系統(tǒng)的可擴展性好。

4 系統(tǒng)功能及要求

4.1 地理信息及場景全息化展示

4.1.1 三維地理信息構建

三維場景中的廠區(qū)建筑、設施設備等均采用實體建模，用戶可以實時查看關注實體的地理位置，并可以編輯和拖放，便于用戶根據(jù)生產(chǎn)規(guī)劃調(diào)整和改擴建項目情況自行更新場景信息，提高系統(tǒng)使用維護效率，降低維護成本。系統(tǒng)支持實時地理信息查詢、標繪等功能，用戶可以在三維場景下進行道路、建筑物、區(qū)域等信息的標繪。

4.1.2 工藝流程信息管理

系統(tǒng)提供工藝流程可視化制作工具，不僅可以顯示整個工藝流程的線路、流經(jīng)設備的名稱和屬性參數(shù)，而且可以通過對工藝流程動態(tài)演示的方式實現(xiàn)對員工的生產(chǎn)工藝培訓。通過生產(chǎn)過程中的主要設備、工藝流程的查看功能，了解介質(zhì)名稱、流向等信息。

當突發(fā)事故發(fā)生時，可以通過工藝流程的動態(tài)演示查看與事發(fā)設備相關聯(lián)的設備、管線、閥門等，以便于應急指揮人員根據(jù)事故情況及時關斷受影響的工藝過程，避免次生、衍生事故的發(fā)生，最大限度地減少事故損失。

4.1.3 設備設施可視化管理

系統(tǒng)可對廠區(qū)內(nèi)設備設施進行管理。將設施設備分類管理，可在三維場景中查詢設備設施的地理位置、基本屬性等信息，通過系統(tǒng)設備編輯器實時動態(tài)編輯設備屬性信息?？蓪θ我庠O施或裝置提供多種查看方式，包括隱藏外層、透視、超視圖瀏覽等。在三維場景中系統(tǒng)可以顯示地下設施的位置，在場景中點擊目標對象就會將地表其他覆蓋物隱去或半透從而實現(xiàn)直觀查看的效果。

4.1.4 地質(zhì)災害區(qū)域查詢

對廠區(qū)內(nèi)容易遭受大風、暴雨等氣象災害的地點，可以在系統(tǒng)三維地景中標繪其位置或影響范圍，實現(xiàn)邏輯信息可視化。通過錄入歷史災情信息和可能引發(fā)災害的氣象條件進行地質(zhì)災害預警，當可能有惡劣天氣出現(xiàn)時，系統(tǒng)可根據(jù)前期標繪的地質(zhì)災害和氣象災害易發(fā)地點、災害條件，自動篩選排查可能發(fā)生的災害，并可自動鎖定報警地點。

4.1.5 空間測量標繪

系統(tǒng)可通過對圖進行空間量測等操作，支持地表距離、直線距離、投影距離測量，地表面積、投影面積測量，高度、坡度、北向夾角測量等。

4.1.6 系統(tǒng)設置維護

系統(tǒng)提供豐富的管理維護功能，可以對系統(tǒng)中所有信息進行實時的日常維護，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步；還可以根據(jù)實際角色需要進行設置管理；保證系統(tǒng)正常運行，當災情發(fā)生時數(shù)據(jù)能夠及時更新。

4.2 日常安全生產(chǎn)管理

4.2.1 安全設備設施信息管理

通過系統(tǒng)可直觀地查看廠區(qū)內(nèi)的消防設備、設施的位置，用戶不但可以查詢消防水、消防炮等設備的屬性信息，還可動態(tài)展示消防設備的有效作用半徑，為突發(fā)事故的應急救援提供決策支持。

4.2.2 重大危險源信息管理

將企業(yè)內(nèi)的重大危險源信息進行分類匯總并保存，用戶可以在三維場景下全方位、多角度地定位查看危險源的空間分布，如查看儲罐等重大危險源的基本屬性信息及圖片。在查看重大危險源的基本信息時，可隨時調(diào)閱相關聯(lián)的應急預案。

4.2.3 重大危險源風險評估

系統(tǒng)提供兩種風險評估的方法。一種是通過集成的火災、爆炸、擴散專業(yè)事故后果評價模型，結(jié)合廠區(qū)的實際天氣狀況、事發(fā)設備類型、事故類型等分析出重大危險源的事故影響范圍和后果。另外一種是根據(jù)企業(yè)的安全預評價報告，將某些重大危險源的泄漏擴散、火災爆炸事故的危險評價結(jié)果進行集成并可視化展現(xiàn)，用戶只需選擇關注的區(qū)域、設備、事故類型等，系統(tǒng)會給出模擬計算的結(jié)果，并結(jié)合三維場景進行可視化展現(xiàn)。

4.3 全息化應急預案管理

系統(tǒng)可提供專門的全息化預案制作工具，結(jié)合真實的三維可視化場景，可將文本預案進行全息化制作，并將全息化預案進行保存和動態(tài)展示。在平時可作為預案培訓教材，并在突發(fā)事故情況下輔助應急指揮人員正確下達指令，快速、有效地應對突發(fā)事故。

企業(yè)上級部門或當?shù)卣踩O(jiān)管部門也可以通過各自的三維應急平臺查看企業(yè)已制訂的各種預案情況，并可通過預案推演驗證預案的合理性。

4.4 應急響應與輔助決策

4.4.1 應急資源查詢管理

應急資源查詢管理模塊可以對企業(yè)內(nèi)應急人員和機構、應急裝備物資、周邊應急救援力量、救援專家信息、應急避難場所等進行管理及可視化查詢顯示。通過系統(tǒng)分類列表可以定位查詢和顯示某一類或某一個應急救援機構及應急物資情況，并以著色、閃爍、圖標、動態(tài)標牌等方式立體展示應急資源的數(shù)量和分布情況、救援力量的分布和救援路線、道路封閉情況等信息。

4.4.2 現(xiàn)場災情三維再現(xiàn)

系統(tǒng)可將整個救援過程進行全息化制作，并傳給不同的人員。通過上報的事故信息以及對應的三維畫面，分公司、總公司的領導、專家及其他應急相關人員能夠及時、詳細地了解現(xiàn)場情況，結(jié)合歷史類似事故的處置措施及結(jié)果，采取相應的救援措施。

4.4.3 救援路線尋優(yōu)

系統(tǒng)提供路由分析功能，可按時間最短、路程最短等方式規(guī)劃出最佳的應急疏散及救援路線，同時三維顯示需疏散區(qū)域及應急避難場所，通過將所規(guī)劃路線與事故推演結(jié)果進行對比，對可能受到影響的道路會做出警戒提示。

4.4.4 災情推演與輔助決策

系統(tǒng)可模擬火災、爆炸、氣體泄漏擴散事故，通過集成專業(yè)的事故后果分析數(shù)學模型，根據(jù)事故情況和實際環(huán)境參數(shù)進行災情推演，在系統(tǒng)中輸入災情發(fā)生的位置、事發(fā)物質(zhì)的特性，結(jié)合風向、風速、溫度、濕度等氣象信息，可通過數(shù)學模型分析出事故的爆炸范圍、擴散范圍、死亡半徑、重傷半徑、安全距離等關鍵數(shù)據(jù)，并能夠通過三維畫面展示模擬分析的結(jié)果。根據(jù)事故狀況，可以提出初步的行動方案，并可對周邊的環(huán)境、建筑物的影響進行風險分析，為事故救援決策提供依據(jù)。

4.4.5 救援評估

在事故應急救援過程中，系統(tǒng)可以記錄現(xiàn)場匯報的事故災情、應急決策信息、應急資源調(diào)配過程、現(xiàn)場應急行動過程、應急決策指令等重要信息和經(jīng)過，并實時更新傷亡人員數(shù)量、財產(chǎn)損失數(shù)量、調(diào)用應急力量的名稱和數(shù)量等，在應急救援（或應急演練）結(jié)束后可以將上述記錄的信息再現(xiàn)為一個完整的事故發(fā)展過程，可以為事故救援評估或演習點評提供參考依據(jù)。

4.5 無線視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)集成

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息集成到三維應急信息展示平臺后，可借助該可視化平臺實現(xiàn)視頻監(jiān)控設備的可視化查詢，在三維場景中調(diào)閱相應的視頻監(jiān)控畫面，還可控制監(jiān)控設備的云臺參數(shù)。通過與平臺的全息視頻監(jiān)控畫面進行對比顯示，可彌補在突發(fā)事件或惡劣天氣情況下真實視頻監(jiān)控畫面不清晰，無法快速掌握監(jiān)控范圍內(nèi)設備設施信息的缺陷，為突發(fā)事件的快速救援指揮提供有力的支持。

4.6 DCS系統(tǒng)集成

通過集成DCS系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)信息，實時監(jiān)測相關設備參數(shù)的實時數(shù)值，可在平臺中直觀看到實時數(shù)據(jù)的分布情況及分類，查看重大危險源的實時數(shù)據(jù)，為事故應急救援提供準確的數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié) 語

通過三維安全應急管理信息系統(tǒng)，建立了應對突發(fā)事件的的應急聯(lián)動機制；提高了企業(yè)應急管理信息系統(tǒng)的整體管理水平，適應企業(yè)高速發(fā)展帶來的應急管理新需求；有機整合現(xiàn)有應急信息資源，建立統(tǒng)一、集成、可控、共享的應急信息化協(xié)同平臺；基于“平戰(zhàn)結(jié)合”的理念，利于平時有效預防事故的發(fā)生和應急狀態(tài)下的快速應急響應； 集成實時數(shù)據(jù)，使安全應急與生產(chǎn)緊密結(jié)合； 提供可擴展應用的三維平臺，為建設“數(shù)字企業(yè)”，促進“兩化融合”奠定了基礎。

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