海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺研發及應用

陳榮昌蘭儒（交通運輸部水運科學研究所，北京100088）

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海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺研發及應用

陳榮昌蘭儒
（交通運輸部水運科學研究所，北京100088）

摘要：本文對海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺的框架進行了分析與設計。基于NaviGIS平臺，緊密集成了經過融合的靜態與動態、實測與預測、矢量與柵格等異構數據，實現同平臺無縫疊加顯示。在集成平臺的基礎上，研發了海上重大溢油事故的五階段輔助決策支持模塊，包括事故報告、初始評估、處置方案、調配方案、動態評估等。研發的海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺主要用于重大海上溢油事故應急處置的決策支持和指揮調度，也可用于日常應急管理，包括溢油事故監測預警、溢油應急信息管理、應急培訓、演習演練、宣傳教育等。

關鍵詞：海上溢油；應急決策；集成平臺

船舶溢油是水運環境污染的主要風險，來自兩個方面，一是船舶燃料油艙破損造成燃油泄漏污染，二是油輪貨艙破損造成重特大原油、成品油泄漏污染。隨著我國經濟的快速發展，水上交通運輸量快速增長，水上重大交通事故和溢油事故的風險不斷加大。2014年全年，我國原油進口量為3.1億噸，比2013年增長9.5%。我國沿海原油運輸量的增長加劇了溢油事故風險水平。截止2012年底，全世界VLCC和ULCC保有量達500艘，油輪船型的大型化則提高了潛在溢油事故規模。

美國墨西哥灣等重大溢油事故的發生，使得全社會對于重大海洋污染事故的關注度越來越高，也給溢油應急處置行動提出了更高的要求。在海上重大溢油事故的應急處置過程中，科學決策和調度對于溢油事故的控制和敏感資源的保護具有重要意義。因此，開發海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺，可提高溢油事故應急成效，降低應急成本，減輕溢油事故后果。

1平臺框架分析與設計

海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺是構建在靜態數據庫、動態數據庫和模型庫基礎上的多個應用系統的集成平臺。應用系統包括溢油應急多元海量信息采集與處理系統、監視監測與預測預警的動態集成系統、應急資源動態管理系統、溢油應急處置演習演練系統、調度指揮通信系統、溢油應急調度指揮輔助決策系統、清污效果評估系統、溢油應急信息發布系統等。應用系統均集成到基于三維GIS的海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺，平臺系統框架見圖1。

平臺的靜態數據庫包括地理數據、港口設施、敏感資源、應急資源、油品特性、知識庫、應急措施、法規標準等。地理數據包括海圖、衛星影像等，港口設施包括碼頭、岸上儲罐、航道錨地等，敏感資源包括岸線及ESI指數、保護區、養殖區、旅游區等，應急資源包括設備庫、應急隊伍、應急專家等，油品特性包括MS?DS、物化特性、泄漏應急措施等，知識庫包括規則集、方法庫、典型事故案例等，應急措施包括岸線保護、養殖區保護、自然保護區防護等，法規標準包括法律法規、標準規范、應急預案、國際公約等。

平臺的動態數據庫包括船舶及海上設施的雷達、LRIT、AIS、VTS、GPS、RFID、VHF、CCTV等動態信息、氣象海況等實時環境信息、事故情況和污染情況信息、溢油監視監測信息等。

平臺的模型庫包括溢油漂移及風化模型、風場預報模型、潮流場預報模型、應急資源搜索匹配模型、溢油損害評估模型等。

2基于NaviGIS平臺的集成技術研發

集成（Integration）是現代電子技術和計算機發展帶來的新概念。到目前為止，集成在概念上尚未取得一致，但普遍的看法是強調原本不是一體或不同源的組成要素間的有機結合，而不是簡單的互連。80年代后期GIS與環境模型的集成問題開始為人們所關注。Good?child最早對GIS與空間分析模型集成或耦合問題進行了專門論述，此后眾多學者和應用人員對兩者集成的依據、范式和途徑做了不同層次和方面的研究。

圖1平臺系統框架圖

國內外基于溢油模型也已成功開發了一系列溢油預報模擬、評價系統和應急反應系統：如國外有ASA的OILMAP及NOAA的ERMA、日本的MEGIS、澳大利亞的OSRA、挪威的OSCAR、英國的OSIS等；國內有中科院南海海洋所開發的“南海海上溢油漂移擴散預測微機視算系統”、國家海洋環境監測中心開發的“海上溢油預報系統”、大連海事大學開發的“海上溢油應急反應專家系統”[6]與“海上溢油應急反應模擬訓練系統”等。在上述系統中，有一些系統在溢油模型建立過程中結合了GIS技術：如利用GIS技術對溢油模擬所需的空間數據進行獲取、處理、存儲和管理，以及對模擬結果的處理和可視化表達等。環境模型與GIS的數據交換形式和結合方式有三種：松散結合、緊密集成和完全集成。當前對于環境模型與GIS的結合大多趨向于松散結合或緊密集成。松散結合雖然對集成技術要求不高，容易實現，但使用不便、效率低、易出錯；完全集成則對技術要求高，開發周期長且費用高；相比之下，緊密集成方式是向用戶提供方便、全面、有效的GIS技術的有效手段。

本文在NaviGIS平臺的基礎上，采用緊密集成的方式，集成了經過融合的異構數據（靜態數據與動態數據、實測數據與預測數據、矢量數據與柵格數據、2D數據與3D數據），并可同平臺無縫疊加顯示，集成平臺界面見圖2。

3集成平臺在決策支持中的應用

應急調度指揮輔助決策技術是集成平臺的核心功能，為重大海上溢油事故的應急處置提供包括事故報告、初始評估、處置方案、調配方案、動態評估在內的五階段決策過程，并采用動態評估技術對應急處置多方案進行對比評估，決策過程見圖3。

圖3應急調度指揮輔助決策五階段流程

圖2基于NaviGIS的集成平臺界面

“初始評估”階段利用系統集成的溢油預測模型進行漂移軌跡和歸宿的模擬，并對初步的應急措施進行評估，必要時進行浮標動態校核。初始評估將形成可能受影響敏感資源的保護方案?！疤幹梅桨浮彪A段則根據事故現場信息、模型預測結果，智能化生成資源需求方案，分析溢油事故應急處置所需要的應急設備總量及適用于該次事故特征和氣象海況的設備能力需求?！罢{配方案”階段則根據應急需求方案，通過GIS疊加分析，按最快到達原則智能化選擇符合需求方案的設備庫和船舶，并生成設備調用方案和船舶調用方案。

4結論

本研究通過海上重大溢油事故多元信息采集及綜合處理技術研究、重大海上溢油處置可視化演習演練系統研發，以及海上溢油應急調度指揮決策支持平臺與集成技術研發，形成了“基于三維GIS的海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺”，集成了多元信息、應急資源、預測預警、決策指揮和演習演練系統功能模塊，在服務器端建立了溢油應急的綜合數據庫，并搭建了基于C/S和B/S的客戶端。

本研究成果“基于三維GIS的海上溢油應急決策支持與調度指揮平臺”（OSERS3D），主要用于重大海上溢油事故應急處置的決策支持和指揮調度，也可用于日常應急管理，包括溢油事故監測預警、溢油應急信息管理、應急培訓、演習演練、宣傳教育等。

參考文獻：

[1] Goodchild M F, Haining R P, Wise S, et al. Integrating GIS and spatial analysis: problems and possibilities[J]. International Journal of Geographical Information Systems, 1992,6(5):407～423

[2] Morita I, Nakane T, Worland L. GIS spreads to oil spill management planning in Japan [J], GIS asia pacific, 1998,10/11:26～28

[3] Reed M, Ekrol N, Rye H, et. al. Oil spill contingency and response(OSCAR) analysis in support of environmental impact assessment offshore Namibia [J], Spill science & technology bulletin,1999,5 (1):29～38

[4]傅孫成,王文質,章凡等.南海海上溢油漂移擴散預測微機視算系統[J].熱帶海洋,1994,13(2):88～92

[5]張波,吳冠等.中文Windows環境下的海上溢油預報系統[J].海洋環境科學,1997,16(1):37～41

[6]殷佩海,任福安.海上溢油應急反應專家系統[J].交通環保, 1996,No.2:14～17

[7]劉彥呈,任光,殷佩海.海上溢油應急反應基于GIS的模擬訓練系統研究[J].系統仿真學報,2004,16(11):2445～2447

[8] Li Y, Brimicombe A J, Ralphs M P. Spatial data quality and sensitivity analysis in GIS and environmental modeling: the case of coastal oil spills [J]. Computers environment and urban systems, 2000, 24:95～108

DOI編碼：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.01.005

基金項目：國家科技支撐計劃課題（2012BAC14B07）、交通運輸部水運科學研究所前瞻性基礎性研究項目（61425）。

中圖分類號：U698.5

文獻標識碼：A

文章編號：1006－7973（2016）01－0023－03