一种化工园区应急救援决策管理系统

技术领域

本发明涉及一种安全决策控制系统，特别涉及化工园区应急救援决策管理系统。

背景技术

随着经济的发展，化工产品在经济生活中的作用被重点凸显，同时各地工业园区的建立，使得相应的产业集中化，化工的生产储存等都会可能存在安全事故的可能。很显然，化工安全是公共安全中的重要组成部分，也是生产安全领域的核心。

化工安全事故是典型的非常规突发事件，且衍生、次生事故多发，易于导致环境污染事件等。同时对于工业园区而言，尤其是化工园区，易燃、易爆、有毒气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。即便是采用输送管道的方式进行传输，也存在泄漏的风险。

由于危化气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在化工或工业园区突发事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区，扩大危害区域。因此，在化学品泄漏事故发生后，在应急决策过程之中会涉及到多个因素，其中仅事故处置，就将围绕采样检测、确定警戒区域、组织危险区域内群众撤离、抢救中毒人员、堵漏、洗消等方面。

可见，在实际的化工灾难的应急救援决策过程之中面对的信息比较庞杂，如何利用现有的资源，构建一个高效快速的突发灾难的决策系统，成为加强市政安全管理的核心，同时也是提高我国公共安全管理水平的迫切需要。

发明内容

为此本申请方案基于化工园区的特征，构建了一种多目标的联合判断参数的决策系统，通过借助于蚁群算法的参数设置以及3S系统的融合，结合现有的各个地方政府制定的应急预案的参数等，实现了应急决策管理方案的优先和备选区别的呈现，从而方便决策人员在进行决策时，直观和高效地做出决策。同时在决策过程中，通过污染扩散模型和人口经济参数，能够使得决策模型更加科学化，达到提高紧急救援调度效率以减少伤亡和经济损失的效果。

一种化工园区应急决策管理系统。该系统包括：数据库子系统，3S数据子系统和决策模块子系统；

所述3S数据子系统，包括RS遥感，地理信息系统GIS和空间定位系统GPS，用于将多源遥感卫星数据发送到化工园区的参数检测装置，以将园区的信息可视化；

所述数据库子系统用于存储3S子系统中的遥感影像、园区现状，管线埋设的空间数据，以及园区的社会经济属性数据，决策参数属性数据。多种不同数据构成了多源异构数据。

所述决策模块子系统包括数据处理与分析模块，数据管理模块和应急救援决策模块；

所述数据处理与分析模块，整合数据库子系统中的多源异构数据，为应急救援决策模块提供数据支撑。

数据管理模块，用于从数据库子系统获取决策参数属性数据，并提供数据导入、管理的接口；同时所述数据管理模块进一步包括一个显示单元，所述显示单元用于将GIS中的多源遥感卫星数据与应急决策显示相结合，利用GIS系统中的制图接口分类渲染，并配备相应图例、图框专题图要素，为用户提供标准的应急决策方案专题图。

优选的，所述3S数据子系统，还包括用户权限管理模块，不同的人员会有不同的系统操作权限，区分普通用户和高级管理员用户；通过访问权限的设定和菜单项的过滤验证保证数据的安全。

优选的，所述3S数据库子系统，对数据的存储是对多源异构数据执行一体化存储管理。

优选的，所述对时空数据执行一体化管理和存储是采用Oracle数据库管理系统结合ArcSDE空间数据库引擎。

优先的，所述数据库子系统包括：基础地理信息库，其用于存储行政区边界、等高线、流域等基本要素信息；园区的数据库：用于存储园区的管线走向和市政管道的铺设图形，园区产业分布的。

优先的，所述数据库子系统还包括：影像库，其用于存储园区地形地貌和交通态势信息及实时人口状态分布的影像数据。

优先的，所述数据库子系统还包括：社会经济统计数据库，其用于存储园区所在地的GDP、人均收入、财政收入、行政级别，基础设施建设和应急物资储备数据。

优先的，所述数据库子系统还包括决策知识库：其用于应急救援决策时需要遵循的规则。

优选的，所述3S子系统包括数据预处理模块，对所述多源遥感数据进行预处理，包括：对所述多源遥感数据中的多源遥感图像进行辐射校正、几何校正和遥感图像融合处理。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本公开的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中

图1一种化工园区的应急救援决策管理系统的示意图

具体实施方式

参看下面的说明以及附图，本公开的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本公开的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。本公开中使用了多种结构图用来说明根据本公开的实施例的各种变形。

实施例1

如图1所示的本化工园区应急救援决策管理决策系统采用粒子群人工蚂蚁群的算法来求解EMSC模型的决策算法，将应急决策问题抽象为一个多元组模型。

EMSC＝(S,R,O,C,POS)式中：EMSC(Emergency Model of SecurityConsolidation)代表应急决策模型；S(Space)表示应急决策方案的求解空间；R(Rule)表示应急决策方案的规则；O(Object)代表应急决策方案的目标；C(Constraint)为应急决策模型的约束条件；POS(Pareto Optimal Set)表示应急决策模型的非劣解集合。在本模型中，可以利用矢量图斑的形式来表达应急决策方案的决策空间，每一个矢量图斑均为一个决策单元。

通过定量化和智能化的手段，为决策者提供不同决策偏好的救援决策方案，通过种群中个体之间的相互通信，协作和竞争的关系，搜索决策方案的最优解。利用多目标优化技术研究构建面向决策方案的基于粒子群、蚁群算法的决策方案优化模型，将算法基本概念、演化机制与决策救援方案的选择进行结合，基于具体问题的求解空间进行粒子、人工蚂蚁的个体编码方案设计，在此基础上再继续进行粒子生成、粒子状态更新、蚂蚁选择、信息素更新核心算子的构建。

应急救援决策管理系统的方案结合RS(遥感)系统、地理信息系统GIS和空间定位系统GPS。通过对数据信息处理将园区的信息进行三维或二维可视化。

通过便携式的化工园区参数检测装置在化工园区环境中各个指定的检测区域进行监测，所述化工园区环境检测装置从化工园区参数中设置的检测区域对应的多个传感器中获取检测区域的多源遥感卫星数据；或者所述化工园区参数检测装置从各种对地观测卫星获取所述检测区域的多源遥感数据；所述多源遥感数据包括多源遥感卫星图像，对所述多源遥感数据进行预处理，将预处理后的多源遥感数据进行存储。

所述3S子系统包括数据预处理模块，对所述多源遥感数据进行预处理，包括：对所述多源遥感数据中的多源遥感图像进行辐射校正、几何校正和遥感图像融合处理。化工园区应急救援决策支持系统以GIS为核心，以RS、GPS为动态数据的获取手段，同时满足管线损失评估、管线等级预报、遥感图像的热点信息读取、经纬度定位、GPS定位与跟踪、安全信息Web发布、三维模拟、实时指挥标注等功能。

决策模块子系统与3S子系统相连，将GIS可视化技术与应急决策相结合，利用GIS制图接口实现数据层的符号化及分类渲染，并配备相应图例、图框等专题图要素，为用户提供标准的应急决策方案专题图。

决策模块子系统包括数据处理与分析模块，数据管理模块，和应急救援决策模块。所述数据处理与分析模块，整合多源异构数据，利用数据管理接口来实现空间决策单元划分、评价因子量化、数据转换、数据清理、数据标准化等功能模块，为EMSC模型提供数据支撑，并在模型运算过程中通过与3S子系统进行交互，提供叠加分析、邻域分析、多边形面积统计等空间分析技术，保障模型对海量空间、属性数据的高效处理。同时系统根据数据的用途分别采用不同的数据源管理，空间数据及相关属性数据。

进一步包括决策需求模块：决策需求模块获取决策目标参数，并在系统中以决策需求，参数映射的形式管理应急救援决策方案，每一个决策需求中需要包括涉及到的指标、数据、疏散范围，响应等级等信息。

数据管理模块：数据管理模块获取涉及到大量的决策参数数据，环境，园区面积，管线布局、泄露等属性数据，所述数据管理模块为系统提供了数据导入、管理的接口，并基于数据挖掘思想提供了包括属性约简、标准化、异常数据剔除等数据处理。园区管线专题属性数据采用关系性数据库存储，存储在数库子系统中。决策系统显示模块以控件形式与GIS模块集成，决策系统中的所述EMSC模型计算时可以获取图层信息，然后把运算结果返回到图层的属性中，以便决策系统中的模型可视化表示。

应急救援决策模块：所述应急救援决策模块结合粒子群算法、或蚁群算法与多目标决策救援方案优化问题特性相结合，构建求解EMSC模型的群智能进化框架，改进个体编码及优化算子从而获得最优的救援决策方案和方案。

所述应急救援决策模块，将应急决策问题抽象为一个多元组模型：

EMSC＝(S,R,O,C,POS)式中：EMSC(Emergency Model of SecurityConsolidation)代表应急决策模型；S(Space)表示应急决策方案的求解空间；R(Rule)表示应急决策方案的规则；O(Object)代表应急决策方案的目标；C(Constraint)为应急决策模型的约束条件；POS(Pareto Optimal Set)表示应急决策模型的非劣解集合。在本模型中，可以利用矢量图斑的形式来表达应急决策方案的决策空间，每一个矢量图斑均为一个决策单元。

决策单元的取值由是否被划进决策方案来决定，即0或1。应急决策模型的规则、目标体系、约束条件则是对应急决策方案选择影响因素的分析，将对影响因素的一些定性描述转化为可量化计算的定量描述。上述可量化性的描述可以采用诸如专家评估方法，或可以采用肯特评分法，以实际参数和统计数据为基础，对化工管道线路的风险决策进行评价，比如确立的第三方破环、腐蚀因素、设计因素、和误操作因素，人口密度等个主要风险评分指标来赋值在园区化工中的应急决策。也可以采用层次分析法，其是一种定性和定量分析相结合的多目标决策方法，主要用于多目标的优劣排序和权重确定，其对权重的确定需要对矩阵A的最大特征根λmax计算来进行一致性检验。通过指标权重的可继承性，反映指标信息熵值的效用价值。

优先的，该应急决策系统选择最大风险较小、最佳的救援物质聚集和最快的保障恢复生产优化目标。在决策单元划定，附加可以考虑一些约束条件，如园区规模及新增GDP的增长速度等指标，遵循的规则需要考虑，园区地形、道路通达，人口密集度，管道泄流的孔径，受限空间或非受限空间等因素。应急救援模型的非劣解集合是指能够使决策者既定的多个目标均获得较好满足的解集合，可通过多目标决策方法获得每一个非劣解均代表一个应急决策可选的备选方案。

优选的应急救援决策方案模块，利用粒子群PSO算法来优化蚁群算法的基本参数，保持蚁群算法的m，α，β和ρ四个参数的默认值或缺省设置，其中m是蚂蚁蚁群的总数量，α是信息启发式因子，β是期望启发因子，ρ是信息素的挥发系数。将信息素强度Q，初始信息素τ0，最大迭代次数TA_max设置为Q＝200，τ0＝0.2，TA_max＝200。在上述参数设置下运行粒子群-混合蚁群模型，并利用并列选择法进行多目标处理，将外部方案中所有非劣解绘制散点图。救援决策方案模型中的目标函数均是求取最大值，因此，在散点图中所有点的取值为原目标函数值的倒数，选取应急救援决策方案模型中的最大风险较小、最佳的救援物质聚集和最快的保障恢复生产优化目标执行。根据非劣解之间的支配关系所选取Pareto解集，并形成Pareto前沿，从中挑选一个Pareto解，将其解码以获得对应的应急救援决策方案。

实施例2

可选的，在进行决策模式之前，对数据源进行去噪处理。所述数据源去噪包括对于事故源的辨识，通过对于事故源的辨识，去除干扰因素。比如属于燃气化工应急预案，则在决策过程中可以直接筛选掉或降低化工污染无的权重值，在构造多目标函数联合判断函数时，对相应的权重值降低比重。数据处理与分析模块中的事故源辨识单元对发生了污染事故的检测区域的多源遥感数据中的多个多源遥感图像进行烟雾飘动性分析，生成污染事故物质扩散矢量图。

可选的，利用该事故物质扩散矢量图和发生了污染事故的检测区域的位置场景的实际条件建立污染事故物质扩散模型，结合神经网络组合优化算法动态调整污染事故物质扩散模型的输入条件，使输入条件与上述污染事故物质扩散矢量图达到一致或近似一致，完成对污染事故物质扩散模型的优化处理。借助于该污染事故扩散模型，对应急目标函数中的最快恢复生产目标值等进行加权处理，或对疏散区域执行提前预判，从而在应急决策方案中，增加区域函数的比重值。

可选的，生成污染事故物质扩散矢量图的过程主要是利用不同时间的遥感图像对比生成污染事故物质扩散，然后利用地理信息系统技术的缓冲区技术进行污染扩散矢量图的描绘。

进一步包括，数据管理模块包括应急处理显示单元，在所述单元的显示屏幕上直观显示现场环境信息和多源遥感图像，以及现场视频，应急处理单元中的辅助决策软件根据监测到的事故源的位置和污染信息中的化学品理化特性等信息，提供现场应急处置信息。根据现场信息和污染事故物质扩散模型，计算泄漏源强度，确定疏散范围，并在3S子系统中或该显示单元上显示出疏散路径以及应急救援力量的分布情况，为现场应急救援指挥提供决策支持。

实施例3

应急决策救援方案的系统包括一个数据库子系统，所述数据库子系统用于包括海量数据以支持的复杂决策问题，可选的，数据数据库子系统中包括：整个决策过程会涉及到3S子系统中的遥感影像、园区现状，管线埋设等各种空间数据，以及园区的社会经济等属性数据。

所述数据库子系统，对多源异构数据执行一体化存储管理，并制定逻辑结构清晰的数据存储方案。所述数据库子系统可以采用类似Oracle这种大型数据库管理系统结合ArcSDE空间数据库引擎实现对时空数据执行一体化管理和存储。可选的根据数据要素的同源性，在数据库整体框架的基础上将数据库子系统划分为以下数据库：

1)基础地理信息库：主要采用矢量特征类数据模型存储行政区边界、等高线、流域等基本要素信息；

2)园区的数据库：该库主要为矢量空间数据，同样，采用Featclass数据模型存储园区的图斑、线状地物、点状地物等土地，管线走向和市政管道的铺设图形，园区产业分布的和利用信息，是应急救援选择方案的需要依据的基础数据；

3)影像库：主要以栅格数据模型(RasterDataSet)存储包含高程、坡度等能够反映园区地形地貌和交通态势信息，实时人口状态分布的影像数据；

4)社会经济统计数据库：主要包括当地的GDP、人均收入、财政收入、行政级别，基础设施建设，应急物资储备等数据，这些因素能够显著影响应急救援方案决策的因素；

5)评价因子库：主要存储园区目标评价的评价因子，以及各因子所对应的目标函数和联合分布密度及权重等；

6)决策知识库：方案选择时需要遵循一定的规则，并满足必定的条件，在数据库中可以将这类知识信息予以存储，便于应急决策方案模型调用。

实施例4

数据库子系统，进一步包括以下模块：用户权限管理模块，不同的人员会有不同的系统操作权限，区分普通用户和高级管理员用户。通过访问权限的设定和菜单项的过滤验证保证数据的安全；系统集成接口模块，其可方便与数据采集系统、用户服务系统等进行数据及功能集成，满足应急救援方案调度决策的需要；图形及数据编辑模块，允许用户或管理员增删各种型号管线或者是对已有管线属性数据进行编辑和修改，对现有的化工园区数据进行修订和删改；图形显示及输出模块，可将管线、附属设备，如调压器、阀门等以及基础地形图进行放大、缩小、分层显示等，另外还可以打印输出各类图形和报表；管道查询及统计模块，可进行管道空间数据及属性数据，园区人员和交通管道路线的双向查询。

优先的，应急救援决策管理系统进一步可以包括燃气管道评估及预警模块，所述预警模块可以通过与实施例2中的数据源的辨识模块的数据进行交互，可以对管道安全状态实时监控，能够查出管道的安全程度并实施预警功能。

上述数据库子系统中的管道和园区的信息等，可以通过信息共享模块，在Client/Server方式下实现远程数据库的智能化共享与联接，只要具有登陆权限的用户，都可以通过网络实时地获取信息，并通过电子邮件等方式实现双向的操作。具有管理员权限的用户可以远程访问数据库并对数据进行修改，以方便具有超级权限的用户执行园区决策系统方案的数据访问。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。