劉旭升，郭建忠，文志成，，劉岱岳，孟晴晴

（1.信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.68011部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020；3.68036部隊(duì)，陜西 西安 710000）

近年來自然災(zāi)害頻發(fā)，給國家和人民帶來了深重的災(zāi)難，不僅影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展，而且對人民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅，如2005年的禽流感、2008年我國南方大范圍罕見的低溫雨雪冰凍災(zāi)害、“五·一二”汶川特大地震、舟曲泥石流等等。這些災(zāi)害的發(fā)生使人們認(rèn)識到加強(qiáng)應(yīng)急管理的重要性，并在國內(nèi)掀起了對應(yīng)急管理理論及技術(shù)研究的熱潮。

安全是最好的經(jīng)濟(jì)效益［1］，在災(zāi)難發(fā)生后，能否迅速做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)體現(xiàn)了一個(gè)國家的應(yīng)急管理能力［2］。2005年以來，我國的應(yīng)急管理體系建設(shè)逐步健全完善，應(yīng)急管理開始規(guī)范化、制度化和法制化。應(yīng)急預(yù)案在應(yīng)急管理中的作用越來越突出。從中央到地方，各行各業(yè)都針對屬地范圍可能發(fā)生的突發(fā)事件編制了應(yīng)急預(yù)案。但在處理突發(fā)事件的過程中，人們逐漸認(rèn)識到了傳統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案的不足，開始積極探索用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地理信息技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段提升應(yīng)急預(yù)案功能的技術(shù)方法。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來各種高新技術(shù)突飛猛進(jìn)，推動(dòng)著各項(xiàng)工程應(yīng)用手段的大幅變革，從國內(nèi)外現(xiàn)狀來看，目前，較為成功的數(shù)字化預(yù)案系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急預(yù)案的自動(dòng)分析功能，能夠根據(jù)突發(fā)事件的后果模擬進(jìn)行應(yīng)急處置方案分析，并通過現(xiàn)場視頻監(jiān)控?cái)z像頭和三維仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)事發(fā)現(xiàn)場的可視化。美英法等發(fā)達(dá)國家應(yīng)急管理理論與技術(shù)的研究起步早，到目前其數(shù)字化預(yù)案技術(shù)已經(jīng)較為成熟，較為典型的數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案項(xiàng)目有美國薩瓦納沿海區(qū)數(shù)字應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)、美國俄亥俄油氣田應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)等。我國應(yīng)急管理技術(shù)研究起步晚，直到目前尚未建立完善的應(yīng)急管理系統(tǒng)。但無論是國外還是國內(nèi)的應(yīng)急管理系統(tǒng)，對預(yù)案動(dòng)態(tài)推演技術(shù)的研究都未曾涉及。

2 應(yīng)急預(yù)案推演技術(shù)思路

2.1 應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案是指面對突發(fā)事件如自然災(zāi)害、重特大事件、環(huán)境災(zāi)害及人為破壞等的應(yīng)急管理、指揮和救援計(jì)劃。它是針對具體設(shè)備、設(shè)施、場所和環(huán)境，在安全評價(jià)的基礎(chǔ)上，為降低事件造成的人身、財(cái)產(chǎn)與環(huán)境損失，就事件發(fā)生后的應(yīng)急救援機(jī)構(gòu)和人員，應(yīng)急救援的設(shè)備、設(shè)施、條件和環(huán)境，行動(dòng)的步驟和綱領(lǐng)，控制事件發(fā)展的方法和程序等，預(yù)先做出的科學(xué)而有效的計(jì)劃和安排。它一般建立在綜合防災(zāi)規(guī)劃上，專為政府執(zhí)行部門、私營機(jī)構(gòu)、非政府組織和從事應(yīng)急管理的實(shí)際工作人員制定。

應(yīng)急預(yù)案是系統(tǒng)性和規(guī)范性的策略、措施與方法的文件。預(yù)案一旦批準(zhǔn)，便成為法規(guī)性文件，具有行政約束力和強(qiáng)制力，因此，預(yù)案是整個(gè)應(yīng)急工作的重要基礎(chǔ)；預(yù)案使政府和社會(huì)能夠高效有序地做好應(yīng)急反應(yīng)，從而保障公眾生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)國家安全和社會(huì)穩(wěn)定。

2.2 預(yù)案推演

突發(fā)事件態(tài)勢推演也應(yīng)該成為預(yù)案制定的重要組成部分，它將預(yù)案與指揮者的決策相結(jié)合，分析事件的發(fā)展趨勢，推演出事件的未來情景［3］。由于重特大事件的特殊性和危害性，如果在態(tài)勢推演中出現(xiàn)大的誤差，其后果是無法估量的，因此，在推演結(jié)束后需要進(jìn)行態(tài)勢結(jié)果分析。態(tài)勢結(jié)果分析就是對推演的結(jié)果進(jìn)行態(tài)勢分析與態(tài)勢評估，即對推演結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)上的評估以及技術(shù)上經(jīng)濟(jì)上的可行性分析等。這項(xiàng)工作的完成主要是將推演的態(tài)勢結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)與預(yù)定的目標(biāo)中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對比，并對其結(jié)果進(jìn)行評估，一旦發(fā)現(xiàn)推演結(jié)果與目標(biāo)不相符合，要立即反饋到前面的步驟，查找產(chǎn)生誤差的原因，并對其進(jìn)行控制改進(jìn)，然后重新推演，直至結(jié)果滿意為止。

2.3 符號設(shè)計(jì)及標(biāo)繪

圖形符號是表示事件發(fā)生時(shí)的人員、機(jī)構(gòu)、救災(zāi)物資、設(shè)施和救援活動(dòng)的符號。其可以看成是由若干基本圖形組合成的復(fù)合圖形，這些基本單元定義為圖元，圖元是一些基本的幾何圖形，如：曲線、圓、矩形、三角形等。根據(jù)圖形符號幾何描述特征和計(jì)算機(jī)處理特點(diǎn)，圖形符號可分為點(diǎn)狀圖形符號、線狀圖形符號、面狀圖形符號和文本符號。其中點(diǎn)狀符號主要表示事件中的點(diǎn)狀實(shí)體，如救災(zāi)物資、人員等；線狀符號主要表示沿某一方向延伸的即時(shí)信息，如群眾撤離災(zāi)區(qū)路線等等；面狀符號主要表示具有一定范圍的實(shí)體，如受災(zāi)群眾安置區(qū)等等；文本符號主要是一些文字信息，用以輔助說明事件的情況。圖形符號顯示效果是指這些圖元的幾何屬性，如大小、方向、顏色、線型、線寬、線色、漸變步長、填充樣式。為圖形符號設(shè)置這些屬性可以有更多的形式和更豐富的手段表現(xiàn)事件的狀態(tài)。

要表現(xiàn)事件的發(fā)生及發(fā)展?fàn)顟B(tài)，不可或缺的是圖形符號的標(biāo)繪。所謂標(biāo)繪，簡單來說，就是用規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化的文字和符號將事件發(fā)生發(fā)展的狀態(tài)標(biāo)記在地圖上的過程。在事件發(fā)生后，首先要進(jìn)行查詢分析，針對具體的事件類型和發(fā)生地點(diǎn)，要分析查詢出：疏散群眾范圍、就近的臨時(shí)安置點(diǎn)、應(yīng)該參加救援的相關(guān)部門與人員、各救援力量到達(dá)事故現(xiàn)場的最短路徑等，然后將這些相關(guān)因素標(biāo)繪在地圖上。圖1為對臨時(shí)避難所信息查詢的效果圖。此外，可查詢事故發(fā)生地附近可供使用的疏散地點(diǎn)；可計(jì)算某一地點(diǎn)人群到指定疏散地點(diǎn)的最優(yōu)路徑；設(shè)計(jì)了顧及風(fēng)向、疏散距離和危害程度等的疏散模型，能夠自動(dòng)計(jì)算所有需要疏散人群各自最佳的疏散地點(diǎn)及疏散路線。圖2是把通過分析查詢找出的事件相關(guān)因素標(biāo)繪在地圖上的效果圖。

2.4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及方案提出

突發(fā)事件發(fā)生后，首先要做的是，控制事件進(jìn)一步惡化。要做到這一點(diǎn)，最有效的辦法是通過研究歷史事件，掌握突發(fā)事件發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，了解其變化趨勢，以史為鑒來避免類似條件下同類事件的發(fā)生。

將近年來行之有效的突發(fā)事件管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整合，形成一套比較全面的結(jié)構(gòu)框架，為突發(fā)事件管理部門提供應(yīng)對各類危機(jī)的準(zhǔn)備方案，使得相關(guān)應(yīng)急處突單位在危機(jī)預(yù)防、應(yīng)急準(zhǔn)備、事件處置、事后恢復(fù)等方面協(xié)調(diào)一致、通力合作。

為了更好地利用突發(fā)事件本身的規(guī)律，可以從大量不規(guī)則的、無序的、混亂的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中，尋找和歸納潛在的數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和規(guī)律，以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測［4］。數(shù)據(jù)獲取方面，本文通過文獻(xiàn)檢索、網(wǎng)絡(luò)搜索等方式收集我國現(xiàn)有突發(fā)事件相關(guān)數(shù)據(jù)，對收集到的突發(fā)事件案例數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，整理成可以滿足GIS要求的突發(fā)事件數(shù)據(jù)源。找出事件屬性之間的關(guān)聯(lián)性、同類事件共有的規(guī)律，以及事件發(fā)展的本質(zhì)原因，從而為決策者制定政策提供參考和依據(jù)。例如在舟曲泥石流事件中，災(zāi)難造成的損失大小、地域類型、防護(hù)設(shè)施情況、應(yīng)急部門的訓(xùn)練素質(zhì)之間是否存在必然聯(lián)系，同一類型事件的特征依賴于哪些屬性等，都可以進(jìn)行探索。

3 事件的動(dòng)態(tài)表達(dá)方法

為了展現(xiàn)事件隨時(shí)間的變化，本文采用圖形符號和各種具體動(dòng)作相結(jié)合的方式表現(xiàn)實(shí)體的位置變化、狀態(tài)改變等態(tài)勢信息，即為態(tài)勢圖中標(biāo)繪的圖形符號添加各種動(dòng)作。添加的動(dòng)作類型及執(zhí)行時(shí)間根據(jù)事件的實(shí)際情況確定。

3.1 圖形符號的動(dòng)作

圖形符號的動(dòng)作有移動(dòng)、變形、閃爍、縮放、顯隱、屬性變化等［5］?？山o每一個(gè)圖形符號設(shè)置動(dòng)作執(zhí)行的時(shí)間長短，可以設(shè)置符號執(zhí)行開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。圖形符號主要控制參數(shù)如表1所示。

表1 圖形符號動(dòng)作控制參數(shù)

隨著時(shí)間的推移，實(shí)體的空間位置可能會(huì)有改變，如受災(zāi)群眾的撤離、救援部隊(duì)前往救援等等。這種空間位置上的變化可以設(shè)置圖形的移動(dòng)動(dòng)作來體 現(xiàn)。移 動(dòng) 軌 跡 點(diǎn) 組（X1，Y1，T1），（X2，Y2，T2），…，（Xn，Yn，Tn）中，X，Y值為坐標(biāo)點(diǎn)，T為實(shí)體運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)的時(shí)間。通過移動(dòng)軌跡點(diǎn)組可以確定移動(dòng)的路線及路線長度，移動(dòng)路線長度為

其中：

已知移動(dòng)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)，可以知道任意一點(diǎn)時(shí)刻T點(diǎn)的坐標(biāo)X和Y。

其中LT為T時(shí)刻圖形符號已經(jīng)移動(dòng)的路線長度，其計(jì)算公式為

變形動(dòng)作是通過符號形狀的改變來表現(xiàn)事態(tài)的發(fā)展，如面狀符號通過擴(kuò)展和收縮的動(dòng)作來表現(xiàn)受災(zāi)區(qū)域范圍的擴(kuò)大與縮?。?］；閃爍動(dòng)作是主要表現(xiàn)重點(diǎn)目標(biāo)，通過閃爍來強(qiáng)調(diào)其重要地位，可以使態(tài)勢顯示更加生動(dòng)形象；顯隱動(dòng)作主要用來表現(xiàn)實(shí)體的出現(xiàn)或者消失；屬性變化動(dòng)作主要表現(xiàn)實(shí)體的屬性改變，如某個(gè)地區(qū)由危險(xiǎn)區(qū)改變?yōu)榘踩珔^(qū)等等。

3.2 視頻鏈接及推演過程

為了更加形象生動(dòng)地表現(xiàn)事態(tài)的發(fā)生以及發(fā)展過程，在GIS中，可以進(jìn)行視頻鏈接，通過網(wǎng)絡(luò)通信，對興趣點(diǎn)，即某一時(shí)刻或者某一點(diǎn)的事件發(fā)展?fàn)顟B(tài)，可以用實(shí)地視頻鏈接的方式呈現(xiàn)給決策者，這種方式可以進(jìn)行場景轉(zhuǎn)換，即可以同時(shí)鏈接幾個(gè)地方或幾個(gè)時(shí)間段事件動(dòng)態(tài)，然后通過視頻放大或全屏的方式進(jìn)行播放。為了輔助指揮者決策，在GIS系統(tǒng)中，可以存儲多個(gè)成功處置災(zāi)害的視頻，在指揮者決策時(shí)，可以起到借鑒作用。

事件態(tài)勢推演的目的是通過對計(jì)算和分析得到事件在未來可能達(dá)到的情景，其過程是：已知時(shí)刻t的態(tài)勢特征∮（t），計(jì)算得到事件情景∏（t＋△t），根據(jù)∏（t＋△t），又轉(zhuǎn)而計(jì)算事件態(tài)勢特征∮（t＋△t），如此反復(fù)進(jìn)行推演，可求得態(tài)勢特征勢序列∮（t），∮（t＋△t），∮（t＋2△t）……和事件情景序列∏（t＋△t），∏（t＋2△t），∏（t＋3△t）……，達(dá)到對事件未來狀態(tài)推演的目的。針對不同的事件類型，要結(jié)合態(tài)勢控制采用不同的推演策略，并記錄每一次推演過程的結(jié)果。

4 案例應(yīng)用

城市安全問題一直是人們所關(guān)心的話題，城市居住人口密度大，當(dāng)發(fā)生如火災(zāi)、爆炸等事件，如果處置不當(dāng)，將造成群眾生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。本文用Visual C＋＋6.0語言開發(fā)了關(guān)于應(yīng)急預(yù)案推演技術(shù)實(shí)現(xiàn)的程序。某預(yù)案模擬的過程是：某市發(fā)生特大煤氣爆炸事件。圖3為現(xiàn)場情況報(bào)告；通過網(wǎng)頁上的公告板、滾動(dòng)圖片欄和視頻窗口實(shí)時(shí)查詢事故發(fā)生的圖片信息、現(xiàn)場視頻以及服務(wù)器端發(fā)布的滾動(dòng)文字報(bào)道。圖4為經(jīng)過反復(fù)推演，制定出的疏散方案。該疏散方案標(biāo)繪有事故受影響范圍以及人員物資撤離的最佳路徑。

圖3 現(xiàn)場情況報(bào)道

圖4 多點(diǎn)目標(biāo)疏散方案

5 結(jié)束語

隨著近幾年來我國特大事故的頻頻發(fā)生，關(guān)于應(yīng)急救援及管理的問題已經(jīng)引起了各界廣泛的關(guān)注。研究表明，在人所獲悉的各種信息中，通過視覺獲取的占60%以上［7］，因此，對預(yù)案進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)推演，對于決策者了解預(yù)案，了解事件的發(fā)生發(fā)展?fàn)顟B(tài)以及推斷預(yù)案的合理性都有非常重大的意義。本文所采用的技術(shù)，通過實(shí)踐表明，可以較好地輔助預(yù)案決策。它不僅可以對預(yù)案進(jìn)行模擬演播，還可以跟蹤事態(tài)發(fā)展，實(shí)時(shí)表現(xiàn)事態(tài)發(fā)展過程，也可以對已經(jīng)發(fā)生的事件進(jìn)行回放再現(xiàn)，從而為指揮者決策提供支持。

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