危險貨物道路運輸綜合應急管理系統開發

馬清源，王 晨，，陸 鍵，高婷婷（.上海交通大學交通研究中心，上海0040；.同濟大學交通運輸工程學院，上海0804）

危險貨物道路運輸綜合應急管理系統開發

馬清源1，王 晨1，2，陸 鍵2，高婷婷1
（1.上海交通大學交通研究中心，上海200240；2.同濟大學交通運輸工程學院，上海201804）

針對目前我國危險貨物道路運輸行業存在的不足，基于風險控制理論，綜合運用GIS二次開發、數據庫、Socket無線通信、GPS定位、人眼識別等技術，建立并開發了針對危險貨物道路運輸全過程的事故預防及救援的綜合應急管理系統。該系統能夠實時定位車輛的位置，監控司機和車輛的狀態，并能夠實現異常狀態預警、危險報警和應急救援等功能，從而加強了對危險貨物運輸全過程的實時監控能力，提高了事前預防、事后應急決策的能力，并最大程度地保障了危險貨物道路運輸的安全性和可靠性。

危險貨物；道路運輸；綜合應急管理系統；實時監控

隨著我國經濟的飛速發展，對危險品的使用量也隨之增加，而其中95%以上的危險貨物涉及異地運輸，運輸方式以道路運輸為主。據統計，目前危險貨物道路運輸量占危險貨物運輸總量的80%以上［1-2］。危險貨物具有易燃、易爆及有毒等特點，一旦發生事故將會造成包括財產損失、人員傷亡及環境污染等在內的嚴重后果，并造成一定的社會影響［3］。

目前，我國危險貨物道路運輸管理體系還存在明顯的缺陷，主要表現在:一方面，危險貨物運輸企業、運輸車輛以及應急主管部門之間缺少一個統一的溝通平臺，難以有效地控制事故風險，減少事故的發生頻率；另一方面，在事故發生后，應急主管部門無法獲得有力的應急救援決策支持，從而無法采取高效準確的救援措施，降低危險貨物運輸事故帶來的損失。鑒于危險貨物道路運輸事故所帶來的嚴重社會危害，以及我國目前尚不完善的危險貨物應急管理建設現狀［4-5］，建立一個服務于危險貨物運輸全過程的綜合應急管理系統具有重要的意義，不僅可降低發生危險貨物道路運輸事故的風險，而且還可在事故發生后，為應急管理部門提供有效的應急救援決策支持，盡可能地降低事故帶來的損失。

1　風險控制模型

風險控制是應急管理的重要組成部分，許多的風險控制模型［6-7］可以用于危險貨物運輸領域，如Anderson等［8］建立了一個風險控制四維模型，包括時間維、水平維（各個等級的運輸活動參與者）、干預措施維和事故損害過程維，這一模型整合了危險貨物運輸過程中的各種關鍵因素。本文引用并改進了這一模型，建立了綜合風險控制模型，以此為指導開發危險貨物道路運輸綜合應急管理系統，旨在控制危險貨物道路運輸過程中可能存在的風險，并提高針對危險貨物道路運輸事故的應急救援效率。綜合風險控制模型（見圖1）包括以下四個維度:

（1）事故階段維:這一個維度表示在x軸上，代表危險貨物道路運輸事故的不同階段。x、y平面上的方格（A、B和C）代表在事故的每一個階段扮演重要角色的參與者，其基本含義將在下面闡述。

（2）水平維:這一個維度表示在y軸上，代表在事故的不同階段三個不同的等級（宏觀、中觀和微觀）的應急管理參與者。

（3）損害過程維:這一個維度表示在z軸上，代表危險源損害環境和人的過程。

（4）干預措施維:危險貨物道路運輸包括三個參與方——政府、企業和車輛，分別代表宏觀、中觀和微觀水平的應急管理參與者。圖1中的“干預措施維”表示通過建立三者之間的信息溝通渠道來控制事故風險，并為政府的應急管理部門提供應急決策支持。

圖1　風險控制模型Eig.1 Risk control model

2　危險貨物道路運輸綜合應急管理系統

風險控制模型揭示了危險貨物道路運輸事故演變的各個階段以及政府、企業和車輛在各個階段扮演的角色，并給出了應對方法——建立三者間的信息溝通渠道，以控制事故風險，并實施有效救援。趙建有等［9］提出了危險貨物道路運輸管理信息系統的框架，郗恩崇等［10］提出了危險貨物道路運輸突發事件的應急保障管理系統，為危險貨物道路運輸管理信息系統的建立提供了一定的理論基礎。據此，本文建立并開發了一個危險貨物道路運輸綜合應急管理系統，該系統包括供危險貨物運輸車輛使用的“車載監控系統”、供危險貨物運輸企業使用的“風險管理系統”以及供政府應急指揮中心使用的“應急決策支持系統”，系統的核心部分的開發思路如圖2所示。

圖2　危險貨物道路運輸綜合應急管理系統開發思路Eig.2 Development idea of the integrated emergency management system

2.1車載監控系統

車載監控系統安裝在危險貨物運輸車輛上，車載硬件裝置由嵌入式tiny6410型號ARM核心處理器、GSM模塊、GPS模塊、STC89C52型號單片機、傳感器（煙霧、火焰、震動等）等構成，使用arm-linux-gcc編譯器在ARM核心處理器上實現傳感器的實時數據傳輸與檢測。車載監控系統的功能及安裝目的詳見表1。

表1　車載監控系統的功能及安裝目的Table 1 Eunctions of on-board monitoring system

車載監控系統能夠實現以下四個功能:第一，車輛定位。通過安裝在車載監控系統上的GPS模塊，實現對車輛的實時位置信息的獲取，一旦車輛發生事故，危險貨物運輸企業將在第一時間獲取事故車輛的位置信息，并通過風險管理系統將該信息同步發送到應急指揮中心的應急決策支持系統上，以便應急指揮中心迅速派遣救援力量到達事故現場，快速開展救援；第二，危險貨物狀態監控。通過安裝在罐車上的傳感器設備，能夠獲取危險貨物的溫度、是否有明火產生等狀態參數，以監控可能出現的危險情況，并通過無線傳輸裝置將這些參數傳輸到危險貨物運輸企業的風險管理平臺。但需要指出的是，傳感器的種類及數量需要根據危險貨物的特性及運輸條件設置，此處為示例；第三，駕駛員疲勞檢測。對攝像頭采集的駕駛員眼動視頻信息進行解碼編碼處理，并將該信息發送到危險貨物運輸企業風險管理系統終端，實時檢測駕駛員的駕駛狀態；第四，監控異常報警。ARM核心處理器在接收到任意監控模塊異常數據后，啟動蜂鳴器蜂鳴報警，警示駕駛員可能存在的危險狀況，如罐體溫度異常、罐體出現明火、駕駛員出現疲勞駕駛等情況。

以上功能在實驗室的驗證試驗中已經實現，在實際應用和推廣中還應注意系統與車輛的兼容性，如傳感器的安裝位置應該根據載運的危險貨物和罐體的特性調整，還應對駕駛員進行培訓，使其能夠接受并正確操作該系統。

2.2風險管理系統和應急決策支持系統

本文利用Visual Studio 2010軟件，以C#為編程語言及.Net為構架，通過Arc Engine引擎編寫應用程序，并利用Access 2003數據庫存儲相關數據，同時利用Arc Map和ArcCatlog軟件編制適用于不同終端的地圖，包括運輸企業風險管理系統專用地圖和政府應急指揮中心應急決策支持系統專用地圖，分別建立風險管理系統和應急決策支持系統。

2.2.1風險管理系統

風險管理系統供運輸企業使用，是該企業實時監控運輸車輛運行狀態的有效工具。圖3是風險管理系統的界面，它支持基本的地圖操作，如縮放、拖曳和全局顯示等；此外，該平臺的輸入輸出模塊支持對車輛基本信息和實時信息的獲取、處理和顯示。

圖3　風險管理系統界面Eig.3 Interface of risk management system

風險管理系統的主要功能如下:

（1）運輸信息的存儲和傳輸。風險管理系統支持對車輛基本信息的輸入和存儲，車輛的基本信息包括:車牌號、危險貨物種類、駕駛員信息、始發地和目的地等。在運輸過程中，運輸企業能夠隨時調取這些信息，并在緊急情況下傳輸給應急管理部門。另外，該平臺建有危險貨物數據庫，存儲了各種危險貨物的物理和化學特性，運輸企業能夠隨時調取這些信息，并有針對性地指導運輸活動和事故救援。

（2）車輛位置識別。風險管理系統能夠接收車載硬件終端GPS模塊發來的地理信息數據，將車輛標定在運輸企業風險管理系統專用地圖上，一旦發生事故，運輸企業能夠立即獲取事故車輛的位置，并將這一信息發送給政府應急指揮中心的應急決策支持系統。

（3）駕駛員疲勞監測。風險管理系統通過分析由車載監控系統傳回的駕駛員眼動視頻，測算駕駛員的疲勞指數（如圖3右側部分的人眼識別及疲勞指數顯示）。疲勞指數是駕駛員閉眼時間的函數，這里設定疲勞指數的閾值是10（對應于4 s長的閉眼時間），一旦駕駛員閉眼時間超過4 s，即認為駕駛員處于疲勞駕駛狀態。圖4（a）為正常狀態下駕駛員的疲勞曲線，疲勞指數低于2；圖4（b）為疲勞狀態下駕駛員的疲勞曲線，疲勞指數超過閾值10，駕駛員則被判定為疲勞駕駛，這時風險管理系統將收到車載監控系統的報警信息，這一報警信息也將通過車載監控系統向駕駛員報警，由此可降低疲勞駕駛帶來的潛在風險。

圖4　不同狀態下駕駛員的疲勞曲線Eig.4 Variation curves of fatigue under different circumstances

2.2.2應急決策支持系統

應急決策支持系統（見圖5）供政府的應急管理部門使用，能夠為應急管理部門提供應急決策支持，其基本功能如下:

（1）獲取事故信息。事故發生后，應急管理部門能夠第一時間獲取事故信息，包括事故現場的地理信息和實時信息。地理信息包括事故現場周圍的救援力量及救援物資信息、人口分布信息和污染區域預測信息；實時信息主要指事故車輛的位置信息，這一信息來自運輸企業端的風險管理系統。

圖5　應急決策支持系統Eig.5 Emergency decision support system

（2）提供應急救援預案。應急決策支持系統的數據庫中存儲有針對各類危險貨物運輸事故的應急處置預案，一旦發生危險貨物運輸事故，應急管理部門能夠迅速從應急決策支持系統中調取有針對性的預案，為應急救援提供決策支持。

（3）污染區域預測。危險貨物運輸事故造成的污染區域的影響范圍取決于危險貨物性質、環境特性、天氣和風速等因素。應急決策支持系統采用高斯煙羽模型模擬污染區域，該模型的公式為

其中:X為污染物的濃度值（μg/m2）；x為下風向距離（m）；y為側風向距離（m）；z為目標點的海拔高度（m）；t為危險物質泄漏后經歷的時間（s）；H為污染源的海拔高度（m）；Q為危險物質釋放率（g/s）；u為風速（m/s）；σy和σz分別為y方向和z方向的擴散參數（m）。

基于高斯煙羽模型，應急決策支持系統能夠以危險物質泄漏源為基點生成不同濃度水平的污染區域圖（見圖6），應急指揮中心和救援力量由此估計出污染物的致傷和致死范圍，有針對地疏散預測區域內的人員，從而減少和避免人員傷亡。

圖6　應急決策支持系統污染區域評估界面Eig.6 Interface of evaluating the pollution area of emergency decision support system

需指出的是，運輸企業端的風險管理系統和政府應急指揮中心端的應急決策支持系統都能夠獲取車輛的實時信息，但由企業端負責日常監管，依靠車載監控系統和風險管理系統之間的信息聯動降低車輛運行中的風險，只有在事故發生時，應急指揮中心端接到警報后才調用車輛的實時信息，這樣一方面降低了應急指揮中心的工作量，另一方面避免了車載平臺的巨大資源占用負荷。

3　危險貨物道路運輸綜合應急管理系統的運行過程

本文以一輛運輸液氨的罐車為例，來說明危險貨物道路運輸綜合應急管理系統運行的全過程。

液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體，有強烈的刺激性氣味，且易溶于水，一旦泄漏，極易氣化為氣氨。液氨與空氣混合能形成爆炸性混合物；遇明火、高熱能引起燃燒爆炸；若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。在我國，由火災、爆炸、泄漏造成的危險品運輸事故占一半以上［11］，造成了大量的人員和財產損失。根據前述的風險控制模型，危險貨物道路運輸綜合應急管理系統能夠使車輛、企業和政府（應急管理部門）在風險演變的各個階段發揮著重要作用，詳見表2。

表2　車輛、企業和政府在風險演變的各個階段的職責Table 2 Roles of vehicles，companies and governments in different phases of risk evolution

危險貨物道路運輸綜合應急管理系統的運行過程見圖7，該系統的運行可分為風險管理和應急決策支持兩個階段。

3.1風險管理

風險管理可分為風險前和風險中管理兩個階段，綜合應急管理系統在這兩個階段的運行能夠減少和規避發生液氨運輸事故的風險。

3.1.1風險前

液氨運輸車輛上路運輸前，風險管理系統將錄入車輛的基本信息，包括車牌號、危險貨物種類（液氨）、駕駛員信息等，并將這些信息傳輸到應急決策支持系統。一旦車輛發生事故，這些信息將為應急決策和救援行動提供信息支撐。車載監控系統連續地收集車輛的實時信息（如車輛位置、液氨溫度和駕駛員疲勞程度），并無線傳輸至運輸企業端的風險管理系統，企業通過風險管理系統實時地監控在路運輸的車輛。

3.1.2風險中

當危險狀態出現時（如車載監控系統檢測到液氨溫度過高），車載監控系統向駕駛員發出報警信息，并將該報警信息傳輸給運輸企業的風險管理系統；運輸企業收到報警信息后，聯系司機注意車輛出現的危險狀態并采取必要措施；同時風險管理系統將車輛的報警信息傳輸給應急決策支持系統。類似的險情的檢測和排除過程能夠有效地避免風險演變為運輸事故。

圖7　危險貨物道路運輸綜合應急管理系統的運行過程Eig.7 Principle diagram of the operation of the integrated emergency management system

3.2應急決策支持

一旦發生液氨泄漏事故，運輸企業端的風險管理系統立即將該事故信息傳輸至應急決策支持系統，政府應急指揮中心接收到事故信息后，依靠應急決策支持平臺完成以下工作:

第一，獲取事故車輛的基本信息和實時信息，基于這些信息從數據庫中調取液氨的相關信息及處置預案（見圖8），有針對性地處置液氨泄漏險情。

第二，通過電子地圖獲取事故地點周圍的救援力量信息（如公安、消防、醫院、救援物資等），并將該信息報送到救援現場。

第三，預測污染區域，有針對性地疏散人員。由于液氨具有強烈的揮發性和毒性，一旦發生泄漏，需要對污染范圍內的人員進行疏散。應急決策支持系統將預測不同范圍內液氨的濃度并生成濃度等高線（見圖6），使救援人員能夠有針對性地疏散影響范圍內的人員。

圖8　風險管理系統調取液氨的相關信息Eig.8 Related information of liquid ammonia obtained from the risk management system

發生液氨大量泄漏時，根據從應急決策支持系統中調取的處置預案，應將預測的污染范圍內的所有未防護人員向上風向疏散，應急處置人員應穿上全封閉重型防化服，佩戴好空氣呼吸器，在做好個人防護措施后，用噴霧水流對泄漏區域進行稀釋，使現場的氨氣逐漸散去，并利用無火花工具對泄漏點進行封堵。

3.3事故后——反饋階段

參與應急處置的各方對危險貨物道路運輸綜合應急管理系統實際運行中的反饋是對系統升級改造的重要依據，因此在救援行動結束后，運輸企業、政府應急指揮中心、救援人員和司機都要總結系統運行中存在的不足，開發人員對該系統做相應改進，以提高其實用性和穩定性。

4　結 論

很多危險貨物運輸事故源于對潛在風險預判的缺失，加之缺少有效的應對措施，這些事故往往導致非常嚴重的后果。本文基于風險控制理論，建立并開發了一套服務于危險貨物道路運輸全過程的綜合應急管理系統，該系統由車載監控系統、風險管理系統和應急決策支持系統組成，分別服務于車輛、運輸企業和政府部門（應急指揮中心），并實現了三者的信息溝通，通過三者之間的聯動能夠有效控制事故風險，減少事故發生的頻率，且在事故發生后，應急救援力量能夠在該系統的幫助下采取科學有效的救援措施，降低危險貨物運輸事故帶來的損失?？傊?，該系統提高了危險貨物運輸的安全性和應急反應措施的有效性。

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Development of an Integrated Emergency Management System for Hazardous Materials Transport

MA Qingyuan1，WANG Chen1，2，LU Jian2，GAO Tingting1
（1.Transportation Research Center at Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China；2.School of Transportation Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China）

Considering the defects in hazardous materials transport in our country，this paper presents an Integrated Emergency Management System（IEMS）for hazardous materials transport based on the risk control theory and several techniques such as GIS secondary development，database technology，socket wireless communication，GPS-based positioning，eye location，etc..The system achieves real-time positioning of the vehicles，monitoris the state of the drivers and vehicles，and performs the functions of early warning of abnormal state of drivers and vehicles，risk warning and emergency rescue，etc.The system strengthens the real-time monitoring of the process of dangerous goods transport，and thus improves the ability of accident prevention and emergency decision，which is significant for the safety and reliability of hazardous materials transport.

hazardous material；road transport；integrated emergency management system；real-time monitoring

X92；X951

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.05.019

1671-1556（2015）05-0107-06

2015-01-06

2015-08-01

江蘇省交通科學研究計劃項目（2012R06）

馬清源（1990—），男，碩士研究生，主要研究方向為交通運輸規劃與管理。E-mail:Shanghai Jiao Tong University

王晨（1985—），男，博士研究生，講師，主要從事交通安全方面的研究。E-mail:wkobec@hotmail.com