“3S”技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)中的應(yīng)用

【摘 要】本文結(jié)合昆明市環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)，系統(tǒng)地闡述了“3S”技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)中的綜合應(yīng)用，使用RS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和環(huán)境專題空間數(shù)據(jù)更新，GIS技術(shù)進(jìn)行環(huán)境污染事故敏感信息分析、最短路徑、污染擴(kuò)散及監(jiān)測(cè)布點(diǎn)分析，GPS技術(shù)結(jié)合進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)指揮調(diào)度和移動(dòng)執(zhí)法。通過“3S”技術(shù)的綜合應(yīng)用，環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)能力得到了進(jìn)一步提高。

【關(guān)鍵字】“3S”技術(shù)；環(huán)境；應(yīng)急響應(yīng)；指揮調(diào)度；移動(dòng)執(zhí)法

1 引言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，“3S”技術(shù)也取得了較大的發(fā)展，并且相互滲透和有機(jī)結(jié)合。隨著環(huán)境保護(hù)執(zhí)法力度的加強(qiáng)，國(guó)家-省-市-縣縱向多層次突發(fā)環(huán)境應(yīng)急預(yù)案及實(shí)施辦法的出臺(tái)，以及相應(yīng)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)構(gòu)的成立，傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)突發(fā)環(huán)境污染事故的手段和方法已無(wú)法滿足管理工作需求，迫切要求利用現(xiàn)代信息化技術(shù)武裝應(yīng)急隊(duì)伍，特別是利用“3S”技術(shù)實(shí)現(xiàn)突發(fā)環(huán)境污染事故空間可視化地預(yù)測(cè)、分析，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)指揮調(diào)度和移動(dòng)執(zhí)法，為應(yīng)急處置決策提供強(qiáng)有力的信息支持。本以昆明市環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)為實(shí)例，系統(tǒng)地闡述了該技術(shù)在環(huán)保應(yīng)急中的應(yīng)用，為其他地區(qū)環(huán)境應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

2 “3S”技術(shù)概述及其在環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)中的應(yīng)用

3S是RS(遙感)、GPS(全球定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))這3項(xiàng)相互獨(dú)立而在應(yīng)用上又密切關(guān)聯(lián)的高新技術(shù)的總稱[1]。RS即遙感，它可以實(shí)時(shí)、快速地提供大面積地物及其周邊環(huán)境的幾何與物理信息及各種變化參數(shù)， 其對(duì)地觀測(cè)的海量波譜信息為目標(biāo)識(shí)別及科學(xué)規(guī)律的探測(cè)提供了精確的定性和定量數(shù)據(jù)；GPS即全球定位系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置 為所獲取的空間及屬性信息提供準(zhǔn)實(shí)時(shí)或?qū)崟r(shí)，的空間定位及地面高程模型。GIS即地理信息系統(tǒng)，是指在計(jì)算機(jī)硬件支持下 對(duì)空間信息輸入、存貯、查詢、運(yùn)算、分析、表達(dá)的技術(shù)系統(tǒng)， 同時(shí)它還可以用于空間信息的動(dòng)態(tài)描述， 通過時(shí)空構(gòu)模， 模擬、演示事物的發(fā)展變化過程， 從而為咨詢、規(guī)劃和決策提供服務(wù)，其最大特點(diǎn)在于可以把社會(huì)生活中的各種信息與反映地理位置的圖形信息有機(jī)的結(jié)合起來(lái)， 從而使復(fù)雜空間問題的科學(xué)求解成為可能[2]。

“3S”技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)中主要應(yīng)用于應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（危險(xiǎn)品、危險(xiǎn)源、應(yīng)急儀器、應(yīng)急車輛、應(yīng)急人員、應(yīng)急機(jī)構(gòu)）空間位置定位和查詢，應(yīng)急輔助分析[3]（緩沖區(qū)分析、疊加分析、路徑分析、水污染擴(kuò)散分析、大氣污染擴(kuò)散分析、輻射污染擴(kuò)散分析、監(jiān)測(cè)點(diǎn)智能布控分析），基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和環(huán)境專題空間數(shù)據(jù)的更新，GPS指揮調(diào)度和移動(dòng)執(zhí)法[4]等方面，為環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)手段。

3 “3S”技術(shù)在昆明市環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 昆明市環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及處理流程

昆明市環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)是市環(huán)境監(jiān)控指揮中心建設(shè)的重要組成部分，也是昆明市“數(shù)字環(huán)保”建設(shè)的組成部分，是實(shí)施應(yīng)急預(yù)案的工具。系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、GIS、GPS、RS技術(shù)，結(jié)合監(jiān)控報(bào)警和 12369呼叫投訴系統(tǒng)，科學(xué)調(diào)度、及時(shí)處理全市范圍內(nèi)發(fā)生的重大污染事故、因環(huán)境污染問題引起的重大事件，提高監(jiān)督管理、應(yīng)急響應(yīng)及處理能力應(yīng)急保障技術(shù)。

系統(tǒng)功能模塊主要為環(huán)境專題管理功能模塊（危險(xiǎn)品、危險(xiǎn)源、人員、儀器設(shè)備、預(yù)案），GIS支持實(shí)現(xiàn)的輔助分析功能模塊（緩沖區(qū)、疊加、路徑、污染擴(kuò)散模型及智能布點(diǎn)模型分析），GPS指揮調(diào)度和移動(dòng)執(zhí)法模塊。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

突發(fā)性事件中的應(yīng)急響應(yīng)行為非常復(fù)雜，其中包括了對(duì)時(shí)間、地點(diǎn)和人員，以及對(duì)現(xiàn)有資源充分利用的一系列應(yīng)急對(duì)策，在實(shí)際的操作中可把應(yīng)急分為事前的控制，事中的應(yīng)急反應(yīng)和事后的控制。其的應(yīng)急響應(yīng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示：

圖2 應(yīng)急響應(yīng)處理流程

3.2 使用RS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和環(huán)境專題空間數(shù)據(jù)的更新

系統(tǒng)工作底圖使用云南省測(cè)繪局生產(chǎn)的1：5萬(wàn)基礎(chǔ)地形圖（全昆明市范圍）和昆明市環(huán)保局已有的1：5萬(wàn)環(huán)境專題圖（污染源、危險(xiǎn)源、放射源、大氣、水、噪聲功能區(qū)、水、氣、聲在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，學(xué)校、醫(yī)院、氣站、油站、水站、住宅小區(qū)空間分布數(shù)據(jù)）。針對(duì)這些空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的更新和完善是利用ERDAS軟件，結(jié)合遙感處理技術(shù)，對(duì)高分辨0.6米QuikBird、1米Ikonos及2.5米Spot衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正、幾何校正、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)切割及分類信息的提取，從而完成基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和環(huán)境專題空間數(shù)據(jù)的更新。由于主城區(qū)空間信息量大變化快，更新時(shí)使用分辨率較高的QuikBird、Ikonos數(shù)據(jù)，其他區(qū)域使用Spot數(shù)據(jù)以節(jié)約成本。利用RS技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新的技術(shù)方法相對(duì)成熟、成本較低。其處理流程如圖3所示：

圖3 數(shù)據(jù)處理流程

3.3 利用GIS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急輔助分析，提供決策支持信息

3.3.1 緩沖區(qū)、疊加及最短路徑分析

環(huán)境應(yīng)急中利用GIS緩沖區(qū)和疊加分析快速查詢環(huán)境污染事故周圍的學(xué)校、醫(yī)院、氣站、油站、水站、住宅小區(qū)等敏感信息的分布情況及詳細(xì)信息，同時(shí)快速查詢事故一定周圍內(nèi)水、氣、聲在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；用GIS最短路徑分析確定應(yīng)急人員、物資、車輛到事故現(xiàn)場(chǎng)的最佳路徑以及事故發(fā)生后的最佳撤離路線，從而為應(yīng)急指揮中心提供可視化的決策支持信息。

3.3.2 污染擴(kuò)散模型、監(jiān)測(cè)點(diǎn)智能布控模型分析

動(dòng)態(tài)可視化的模擬水污染物擴(kuò)散、大氣污染擴(kuò)散模型、輻射擴(kuò)散模擬對(duì)于環(huán)境污染事件應(yīng)急響應(yīng)有著十分重要的意義。通過系統(tǒng)可視化的模擬，從而分析和預(yù)測(cè)事故發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)各種擴(kuò)散模型從時(shí)間上模擬了其空間的動(dòng)態(tài)變化，可對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源周圍的劃定不同污染影響程度范圍，并快速統(tǒng)計(jì)出污染影響區(qū)域及人數(shù)，并確定疏散區(qū)域及人群。根據(jù)擴(kuò)散模型預(yù)測(cè)的污染趨勢(shì)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（風(fēng)向、風(fēng)速、源高）及周圍敏感點(diǎn)位信息，利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)布控模型，快速獲取最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布控信息，為應(yīng)急監(jiān)測(cè)人員提供布點(diǎn)參考信息。

系統(tǒng)的大氣污染擴(kuò)散分析、路徑分析功能如圖4所示：

圖4 大氣污染擴(kuò)散分析、路徑分析

3.3.3 數(shù)字沙盤應(yīng)用

將應(yīng)急響應(yīng)方案涉及的相關(guān)信息通過電子地圖集中展現(xiàn)，即在電子地圖上直觀再現(xiàn)應(yīng)急方案中事故點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)，應(yīng)急物資，人員、車輛、設(shè)備信息，污染源擴(kuò)散過程，及事故點(diǎn)周圍敏感點(diǎn)(危險(xiǎn)源，危險(xiǎn)品，重要設(shè)施)分布情況，動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)應(yīng)急過程，結(jié)合GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人員，物資動(dòng)向。同時(shí)，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位各類要素空間位置，顯示與查詢其詳細(xì)信息。系統(tǒng)數(shù)字沙盤功能如圖5所示：

圖5 數(shù)字沙盤

3.4 GPS指揮調(diào)度和移動(dòng)執(zhí)法

主要對(duì)來(lái)自12369投訴報(bào)警、在線監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警信息，通過車載GPS 定位系統(tǒng)、移動(dòng)視頻系統(tǒng)和GPRS無(wú)限通訊傳輸系統(tǒng)、 CTI語(yǔ)音交換系統(tǒng)、地理信息查詢功能對(duì)舉報(bào)地點(diǎn)及其周邊環(huán)保部門和執(zhí)法車輛進(jìn)行搜索定位，在地圖上快速地以醒目標(biāo)志顯示報(bào)警位置，通過最短路徑分析方法找出最佳路徑，指揮調(diào)度最近執(zhí)法車快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行事故跟蹤、排查和指揮執(zhí)法等。在本系統(tǒng)中，將GPS定位手段同GIS平臺(tái)相結(jié)合，利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的空間數(shù)據(jù)信息，與GPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息相對(duì)應(yīng)，從而在擁有GPS 設(shè)備的車輛出警以后，可以精確的確定所在位置，從而將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)同GIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)最快的結(jié)合，從而提高反應(yīng)和處置的效率。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示

圖6 GPS指揮調(diào)度和移動(dòng)執(zhí)法功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)論

“3S”技術(shù)在應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新、輔助決策和指揮調(diào)度方面有廣泛的應(yīng)用，從而為環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)手段，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)執(zhí)法力度，為環(huán)境應(yīng)急指揮提供強(qiáng)有力的輔助決策支持信息。

參考文獻(xiàn)

[1]錢杰.“3S”技術(shù)在環(huán)保應(yīng)急系統(tǒng)中的應(yīng)用.上海環(huán)境科學(xué) 2001 第20期

[2]閆志剛，盛業(yè)華，左金霞.3S 技術(shù)及其在環(huán)境信息系統(tǒng)中的應(yīng)用.測(cè)繪通報(bào) 2001 增刊

[3]馮曉華.3S 技術(shù)與建立重慶市渝中區(qū)環(huán)境信息系統(tǒng)的思考.重慶環(huán)境科學(xué) 2001.第6期

[4]李小文，劉銳，姚新，張義豐.數(shù)字環(huán)保理論與實(shí)踐.科學(xué)出版

作者簡(jiǎn)介：

楊紅霞，女，1983年4月生，云南省昆明市人，畢業(yè)于昆明理工大學(xué)土地資源管理專業(yè)，本科學(xué)歷。現(xiàn)在云南省測(cè)繪工程院工作，測(cè)繪助理工程師，主要從事內(nèi)業(yè)工作，如：1:10000地圖的編繪及國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，參與了全國(guó)第二次土地詳查的工作（云南省農(nóng)村二調(diào)部分）。