突發事件預案推演技術研究及實踐

劉旭升，郭建忠，文志成，，劉岱岳，孟晴晴

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

近年來自然災害頻發，給國家和人民帶來了深重的災難，不僅影響社會經濟的正常發展，而且對人民的生命財產安全構成了極大的威脅，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害、“五·一二”汶川特大地震、舟曲泥石流等等。這些災害的發生使人們認識到加強應急管理的重要性，并在國內掀起了對應急管理理論及技術研究的熱潮。

安全是最好的經濟效益［1］，在災難發生后，能否迅速做出適當的反應體現了一個國家的應急管理能力［2］。2005年以來，我國的應急管理體系建設逐步健全完善，應急管理開始規范化、制度化和法制化。應急預案在應急管理中的作用越來越突出。從中央到地方，各行各業都針對屬地范圍可能發生的突發事件編制了應急預案。但在處理突發事件的過程中，人們逐漸認識到了傳統應急預案的不足，開始積極探索用計算機技術、網絡技術、地理信息技術等現代技術手段提升應急預案功能的技術方法。

1 國內外研究現狀

近年來各種高新技術突飛猛進，推動著各項工程應用手段的大幅變革，從國內外現狀來看，目前，較為成功的數字化預案系統已經實現了應急預案的自動分析功能，能夠根據突發事件的后果模擬進行應急處置方案分析，并通過現場視頻監控攝像頭和三維仿真環境實現事發現場的可視化。美英法等發達國家應急管理理論與技術的研究起步早，到目前其數字化預案技術已經較為成熟，較為典型的數字化應急預案項目有美國薩瓦納沿海區數字應急預案系統、美國俄亥俄油氣田應急響應系統等。我國應急管理技術研究起步晚，直到目前尚未建立完善的應急管理系統。但無論是國外還是國內的應急管理系統，對預案動態推演技術的研究都未曾涉及。

2 應急預案推演技術思路

2.1 應急預案

應急預案是指面對突發事件如自然災害、重特大事件、環境災害及人為破壞等的應急管理、指揮和救援計劃。它是針對具體設備、設施、場所和環境，在安全評價的基礎上，為降低事件造成的人身、財產與環境損失，就事件發生后的應急救援機構和人員，應急救援的設備、設施、條件和環境，行動的步驟和綱領，控制事件發展的方法和程序等，預先做出的科學而有效的計劃和安排。它一般建立在綜合防災規劃上，專為政府執行部門、私營機構、非政府組織和從事應急管理的實際工作人員制定。

應急預案是系統性和規范性的策略、措施與方法的文件。預案一旦批準，便成為法規性文件，具有行政約束力和強制力，因此，預案是整個應急工作的重要基礎；預案使政府和社會能夠高效有序地做好應急反應，從而保障公眾生命財產安全，維護國家安全和社會穩定。

2.2 預案推演

突發事件態勢推演也應該成為預案制定的重要組成部分，它將預案與指揮者的決策相結合，分析事件的發展趨勢，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，如果在態勢推演中出現大的誤差，其后果是無法估量的，因此，在推演結束后需要進行態勢結果分析。態勢結果分析就是對推演的結果進行態勢分析與態勢評估，即對推演結果進行目標上的評估以及技術上經濟上的可行性分析等。這項工作的完成主要是將推演的態勢結果的各項指標與預定的目標中各項指標進行對比，并對其結果進行評估，一旦發現推演結果與目標不相符合，要立即反饋到前面的步驟，查找產生誤差的原因，并對其進行控制改進，然后重新推演，直至結果滿意為止。

2.3 符號設計及標繪

圖形符號是表示事件發生時的人員、機構、救災物資、設施和救援活動的符號。其可以看成是由若干基本圖形組合成的復合圖形，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。根據圖形符號幾何描述特征和計算機處理特點，圖形符號可分為點狀圖形符號、線狀圖形符號、面狀圖形符號和文本符號。其中點狀符號主要表示事件中的點狀實體，如救災物資、人員等；線狀符號主要表示沿某一方向延伸的即時信息，如群眾撤離災區路線等等；面狀符號主要表示具有一定范圍的實體，如受災群眾安置區等等；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。為圖形符號設置這些屬性可以有更多的形式和更豐富的手段表現事件的狀態。

要表現事件的發生及發展狀態，不可或缺的是圖形符號的標繪。所謂標繪，簡單來說，就是用規范化標準化的文字和符號將事件發生發展的狀態標記在地圖上的過程。在事件發生后，首先要進行查詢分析，針對具體的事件類型和發生地點，要分析查詢出：疏散群眾范圍、就近的臨時安置點、應該參加救援的相關部門與人員、各救援力量到達事故現場的最短路徑等，然后將這些相關因素標繪在地圖上。圖1為對臨時避難所信息查詢的效果圖。此外，可查詢事故發生地附近可供使用的疏散地點；可計算某一地點人群到指定疏散地點的最優路徑；設計了顧及風向、疏散距離和危害程度等的疏散模型，能夠自動計算所有需要疏散人群各自最佳的疏散地點及疏散路線。圖2是把通過分析查詢找出的事件相關因素標繪在地圖上的效果圖。

2.4 經驗總結及方案提出

突發事件發生后，首先要做的是，控制事件進一步惡化。要做到這一點，最有效的辦法是通過研究歷史事件，掌握突發事件發生發展的規律，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生。

將近年來行之有效的突發事件管理經驗進行整合，形成一套比較全面的結構框架，為突發事件管理部門提供應對各類危機的準備方案，使得相關應急處突單位在危機預防、應急準備、事件處置、事后恢復等方面協調一致、通力合作。

為了更好地利用突發事件本身的規律，可以從大量不規則的、無序的、混亂的非結構化數據中，尋找和歸納潛在的數據之間的聯系和規律，以及對數據進行學習和預測［4］。數據獲取方面，本文通過文獻檢索、網絡搜索等方式收集我國現有突發事件相關數據，對收集到的突發事件案例數據進行預處理后，整理成可以滿足GIS要求的突發事件數據源。找出事件屬性之間的關聯性、同類事件共有的規律，以及事件發展的本質原因，從而為決策者制定政策提供參考和依據。例如在舟曲泥石流事件中，災難造成的損失大小、地域類型、防護設施情況、應急部門的訓練素質之間是否存在必然聯系，同一類型事件的特征依賴于哪些屬性等，都可以進行探索。

3 事件的動態表達方法

為了展現事件隨時間的變化，本文采用圖形符號和各種具體動作相結合的方式表現實體的位置變化、狀態改變等態勢信息，即為態勢圖中標繪的圖形符號添加各種動作。添加的動作類型及執行時間根據事件的實際情況確定。

3.1 圖形符號的動作

圖形符號的動作有移動、變形、閃爍、縮放、顯隱、屬性變化等［5］。可給每一個圖形符號設置動作執行的時間長短，可以設置符號執行開始時間和結束時間。圖形符號主要控制參數如表1所示。

表1 圖形符號動作控制參數

隨著時間的推移，實體的空間位置可能會有改變，如受災群眾的撤離、救援部隊前往救援等等。這種空間位置上的變化可以設置圖形的移動動作來體 現。移 動 軌 跡 點 組（X1，Y1，T1），（X2，Y2，T2），…，（Xn，Yn，Tn）中，X，Y值為坐標點，T為實體運動到該點的時間。通過移動軌跡點組可以確定移動的路線及路線長度，移動路線長度為

其中：

已知移動軌跡點的坐標，可以知道任意一點時刻T點的坐標X和Y。

其中LT為T時刻圖形符號已經移動的路線長度，其計算公式為

變形動作是通過符號形狀的改變來表現事態的發展，如面狀符號通過擴展和收縮的動作來表現受災區域范圍的擴大與縮小［6］；閃爍動作是主要表現重點目標，通過閃爍來強調其重要地位，可以使態勢顯示更加生動形象；顯隱動作主要用來表現實體的出現或者消失；屬性變化動作主要表現實體的屬性改變，如某個地區由危險區改變為安全區等等。

3.2 視頻鏈接及推演過程

為了更加形象生動地表現事態的發生以及發展過程，在GIS中，可以進行視頻鏈接，通過網絡通信，對興趣點，即某一時刻或者某一點的事件發展狀態，可以用實地視頻鏈接的方式呈現給決策者，這種方式可以進行場景轉換，即可以同時鏈接幾個地方或幾個時間段事件動態，然后通過視頻放大或全屏的方式進行播放。為了輔助指揮者決策，在GIS系統中，可以存儲多個成功處置災害的視頻，在指揮者決策時，可以起到借鑒作用。

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

4 案例應用

城市安全問題一直是人們所關心的話題，城市居住人口密度大，當發生如火災、爆炸等事件，如果處置不當，將造成群眾生命財產的巨大損失。本文用Visual C＋＋6.0語言開發了關于應急預案推演技術實現的程序。某預案模擬的過程是：某市發生特大煤氣爆炸事件。圖3為現場情況報告；通過網頁上的公告板、滾動圖片欄和視頻窗口實時查詢事故發生的圖片信息、現場視頻以及服務器端發布的滾動文字報道。圖4為經過反復推演，制定出的疏散方案。該疏散方案標繪有事故受影響范圍以及人員物資撤離的最佳路徑。

圖3 現場情況報道

圖4 多點目標疏散方案

5 結束語

隨著近幾年來我國特大事故的頻頻發生，關于應急救援及管理的問題已經引起了各界廣泛的關注。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，對預案進行可視化動態推演，對于決策者了解預案，了解事件的發生發展狀態以及推斷預案的合理性都有非常重大的意義。本文所采用的技術，通過實踐表明，可以較好地輔助預案決策。它不僅可以對預案進行模擬演播，還可以跟蹤事態發展，實時表現事態發展過程，也可以對已經發生的事件進行回放再現，從而為指揮者決策提供支持。

［1］趙林度.基于危機資源管理的城市安全應急網絡研究［J］.東南大學學報：哲學社會科學版，2004，6（4）：48－51.

［2］Gwyndaf Williams，Stuart Batho，Lynne Russell.Responding to urban crisis－The emergency planning responding to the bombing of Manchester city centre［J］.Cities，2000，17（4）：293－304.

［3］吳廣謀，趙偉川，江藝平.城市重特大事件再現與態勢推演決策模型研究［J］.東南大學學報：哲學社會科學版，2011，13（1）：18－23.

［4］張大可.數據挖掘技術在火災事件分析中的應用研究［D］.北京：首都經濟貿易大學，2010：1－59.

［5］張欣，鐘耳順.基于GIS的應急預案過程動態推演模擬技術研究［J］.武漢大學學報：信息科學版，2008，33（3）：281－284

［6］張欣，張立立，曹國峰，等.戰場態勢推演GIS動態表達技術與引用［J］.地球信息科學，2006，8（4）：80－83.

［7］江斌，胡毓鉅.地圖視覺化－現代地圖學的核心［J］.地圖，1995（2）：3－7.