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

楊 景，周 潔，張 冰，郭林崗，陶 碩，李泠潞，施海洋

(昆明市環(huán)境監(jiān)控中心，云南 昆明 650500)

1 “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 項相互獨立而在應(yīng)用上又密切關(guān)聯(lián)的高新技術(shù)的總稱［1］。RS 即遙感，它可以實時、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)，其對地觀測的海量波譜信息為目標(biāo)識別及科學(xué)規(guī)律的探測提供了精確的定性和定量數(shù)據(jù);GPS 即全球定位系統(tǒng)，主要用于實時、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)實時或?qū)崟r的空間定位及地面高程模型。GIS 即地理信息系統(tǒng)，是指在計算機硬件支持下對空間信息輸入、存貯、查詢、運算、分析、表達(dá)的技術(shù)系統(tǒng)，同時它還可以用于空間信息的動態(tài)描述，通過時空構(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)，其最大特點在于可以把社會生活中的各種信息與反映地理位置的圖形信息有機地結(jié)合起來，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)(危險品、危險源、應(yīng)急儀器、應(yīng)急車輛、應(yīng)急人員、應(yīng)急機構(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、水污染擴散分析、大氣污染擴散分析、輻射污染擴散分析、監(jiān)測點智能布控分析)，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)度和移動執(zhí)法［4］等方面，為環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)提供強有力的技術(shù)手段和信息支持。

2 “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

2.1 昆明市環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及流程

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，是實施應(yīng)急預(yù)案的工具。系統(tǒng)利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊技術(shù)，GIS、GPS、RS 技術(shù)，結(jié)合監(jiān)控報警和12369 呼叫投訴系統(tǒng)，科學(xué)調(diào)度、及時處理全市范圍內(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(危險品、危險源、人員、儀器設(shè)備、預(yù)案)，GIS支持實現(xiàn)的輔助分析功能模塊(緩沖區(qū)、疊加、路徑、污染擴散模型及智能布點模型分析)，GPS指揮調(diào)度和移動執(zhí)法模塊。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

2.2 使用RS 技術(shù)進行應(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

本研究工作底圖使用云南省測繪局生產(chǎn)的1∶5 萬基礎(chǔ)地形圖(全昆明市范圍)和昆明市環(huán)保局已有的1∶5 萬環(huán)境專題圖(污染源、危險源、放射源、大氣、水、噪聲功能區(qū)、水、氣、聲在線監(jiān)測點，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)，對高分辨0.6m QuikBird 及2.5m Spot 衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行輻射校正、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，更新時使用分辨率較高的QuikBird 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)進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新的技術(shù)方法相對成熟、成本較低。其處理流程如圖3 所示。

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

2.3.1 緩沖區(qū)、疊加及最短路徑分析

環(huán)境突發(fā)事故應(yīng)急處理處置中利用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，同時快速查詢事故一定周圍內(nèi)水、氣、聲在線監(jiān)測點位及實時監(jiān)測數(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。

2.3.2 污染擴散模型、監(jiān)測點智能布控模型分析

動態(tài)可視化的模擬水污染物擴散、大氣污染擴散模型、輻射擴散模擬對于環(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)測事故發(fā)展趨勢，同時各種擴散模型從時間上模擬了其空間的動態(tài)變化，可對風(fēng)險源周圍劃定不同污染影響程度范圍，快速統(tǒng)計出污染影響區(qū)域及人數(shù)，并確定疏散區(qū)域及人群。根據(jù)擴散模型預(yù)測的污染趨勢、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)(風(fēng)向、風(fēng)速、源高)及周圍敏感點位信息，利用監(jiān)測點布控模型，可快速獲取最佳監(jiān)測點位布控信息，為應(yīng)急監(jiān)測人員提供布點參考信息。

2.3.3 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、監(jiān)測點，應(yīng)急物資，人員、車輛、設(shè)備信息，污染源擴散過程，及事故點周圍敏感點(危險源、危險品、重要設(shè)施)分布情況，動態(tài)模擬整個應(yīng)急過程，結(jié)合GPS 實時監(jiān)測人員，物資動向。同時，可實時準(zhǔn)確定位各類要素空間位置，顯示與查詢其詳細(xì)信息。

2.4 GPS 指揮調(diào)度和移動執(zhí)法

主要對來自12369 投訴報警、在線監(jiān)控點報警信息，通過車載GPS 定位系統(tǒng)、移動視頻系統(tǒng)和GPRS 無限通訊傳輸系統(tǒng)、CTI 語音交換系統(tǒng)、地理信息查詢功能對舉報地點及其周邊環(huán)保部門和執(zhí)法車輛進行搜索定位，在地圖上快速地以醒目標(biāo)志顯示報警位置，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)場進行事故跟蹤、排查和指揮執(zhí)法等。在本系統(tǒng)中，將GPS 定位手段同GIS 平臺相結(jié)合，利用GIS 數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)信息，與GPS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息相對應(yīng)，從而在擁有GPS 設(shè)備的車輛出警以后，可以精確地確定所在位置，從而將現(xiàn)場數(shù)據(jù)同GIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫最快結(jié)合，提高反應(yīng)和處置效率。在移動端(手機、平板)提供環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)庫、監(jiān)察任務(wù)、污染源檔案數(shù)據(jù)查詢，同時提供實時現(xiàn)場監(jiān)察材料生產(chǎn)、打印、上傳功能，從而極大地提高環(huán)保監(jiān)察效率。其功能模塊結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

3 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，為環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)提供了強有力的技術(shù)手段，同時加強了環(huán)境保護執(zhí)法力度，為環(huán)境應(yīng)急指揮提供了強有力的輔助決策支持信息。

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

［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［J］.測繪通報，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［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2001，(6).

［4］李小文，劉銳，姚新，等.數(shù)字環(huán)保理論與實踐［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.