“3S”技術在環境應急響應中的應用——以昆明市環境應急響應系統為例

楊 景，周 潔，張 冰，郭林崗，陶 碩，李泠潞，施海洋

(昆明市環境監控中心，云南 昆明 650500)

1 “3S”技術概述及其在環境應急響應中的應用

3S 是RS(遙感)、GPS(全球定位系統)、GIS(地理信息系統)這3 項相互獨立而在應用上又密切關聯的高新技術的總稱［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境的幾何與物理信息及各種變化參數，其對地觀測的海量波譜信息為目標識別及科學規律的探測提供了精確的定性和定量數據;GPS 即全球定位系統，主要用于實時、快速地提供目標的空間位置為所獲取的空間及屬性信息提供準實時或實時的空間定位及地面高程模型。GIS 即地理信息系統，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、表達的技術系統，同時它還可以用于空間信息的動態描述，通過時空構模，模擬、演示事物的發展變化過程，從而為咨詢、規劃和決策提供服務，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合起來，從而使復雜空間問題的科學求解成為可能［2］。

“3S”技術在環境應急響應中主要應用于應急基礎數據(危險品、危險源、應急儀器、應急車輛、應急人員、應急機構)空間位置定位和查詢，應急輔助分析［3］(緩沖區分析、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、監測點智能布控分析)，基礎地理空間數據和環境專題空間數據的更新，GPS 指揮調度和移動執法［4］等方面，為環境應急響應提供強有力的技術手段和信息支持。

2 “3S”技術在昆明市環境應急響應系統中的應用

2.1 昆明市環境應急響應系統功能結構及流程

昆明市環境應急響應系統是市環境監控指揮中心建設的重要組成部分，也是昆明市“數字環保”建設的組成部分，是實施應急預案的工具。系統利用先進的計算機技術、網絡技術、無線通訊技術，GIS、GPS、RS 技術，結合監控報警和12369 呼叫投訴系統，科學調度、及時處理全市范圍內發生的重大污染事故、因環境污染問題引起的重大事件，提高監督管理、應急響應及處理能力應急保障技術。

系統功能模塊主要為環境專題管理功能模塊(危險品、危險源、人員、儀器設備、預案)，GIS支持實現的輔助分析功能模塊(緩沖區、疊加、路徑、污染擴散模型及智能布點模型分析)，GPS指揮調度和移動執法模塊。其功能結構如圖1所示。

突發性事件中的應急響應行為非常復雜，其中包括了對時間、地點和人員，以及對現有資源充分利用的一系列應急對策，在實際的操作中可把應急分為事前的控制，事中的應急反應和事后的控制。應急響應業務流程如圖2 所示。

2.2 使用RS 技術進行應急基礎地理空間數據和環境專題空間數據的更新

本研究工作底圖使用云南省測繪局生產的1∶5 萬基礎地形圖(全昆明市范圍)和昆明市環保局已有的1∶5 萬環境專題圖(污染源、危險源、放射源、大氣、水、噪聲功能區、水、氣、聲在線監測點，學校、醫院、氣站、油站、水站、住宅小區空間分布數據)。針對這些空間數據，數據的更新和完善是利用ERDAS 軟件，結合遙感處理技術，對高分辨0.6m QuikBird 及2.5m Spot 衛星數據進行輻射校正、幾何校正、數據融合、數據切割及分類信息的提取，從而完成基礎地理空間數據和環境專題空間數據的更新。由于主城區空間信息量大、變化快，更新時使用分辨率較高的QuikBird 數據，其他區域使用Spot 數據以節約成本。利用RS 技術進行基礎數據更新的技術方法相對成熟、成本較低。其處理流程如圖3 所示。

2.3 利用GIS 技術進行應急輔助分析，提供決策支持信息

2.3.1 緩沖區、疊加及最短路徑分析

環境突發事故應急處理處置中利用GIS 緩沖區和疊加分析快速查詢環境污染事故周圍的學校、醫院、氣站、油站、水站、住宅小區等敏感信息的分布情況及詳細信息，同時快速查詢事故一定周圍內水、氣、聲在線監測點位及實時監測數據;用GIS 最短路徑分析確定應急人員、物資、車輛到事故現場的最佳路徑以及事故發生后的最佳撤離路線，從而為應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、監測點智能布控模型分析

動態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境污染事件應急響應有著十分重要的意義。通過系統可視化的模擬，從而分析和預測事故發展趨勢，同時各種擴散模型從時間上模擬了其空間的動態變化，可對風險源周圍劃定不同污染影響程度范圍，快速統計出污染影響區域及人數，并確定疏散區域及人群。根據擴散模型預測的污染趨勢、現場監測數據(風向、風速、源高)及周圍敏感點位信息，利用監測點布控模型，可快速獲取最佳監測點位布控信息，為應急監測人員提供布點參考信息。

2.3.3 數字沙盤應用

將應急響應方案涉及的相關信息通過電子地圖集中展現，即在電子地圖上直觀再現應急方案中事故點、監測點，應急物資，人員、車輛、設備信息，污染源擴散過程，及事故點周圍敏感點(危險源、危險品、重要設施)分布情況，動態模擬整個應急過程，結合GPS 實時監測人員，物資動向。同時，可實時準確定位各類要素空間位置，顯示與查詢其詳細信息。

2.4 GPS 指揮調度和移動執法

主要對來自12369 投訴報警、在線監控點報警信息，通過車載GPS 定位系統、移動視頻系統和GPRS 無限通訊傳輸系統、CTI 語音交換系統、地理信息查詢功能對舉報地點及其周邊環保部門和執法車輛進行搜索定位，在地圖上快速地以醒目標志顯示報警位置，通過最短路徑分析方法找出最佳路徑，指揮調度最近執法車快速到達現場進行事故跟蹤、排查和指揮執法等。在本系統中，將GPS 定位手段同GIS 平臺相結合，利用GIS 數據庫中的空間數據信息，與GPS 系統的數據信息相對應，從而在擁有GPS 設備的車輛出警以后，可以精確地確定所在位置，從而將現場數據同GIS 系統的數據庫最快結合，提高反應和處置效率。在移動端(手機、平板)提供環保標準及法律法規庫、監察任務、污染源檔案數據查詢，同時提供實時現場監察材料生產、打印、上傳功能，從而極大地提高環保監察效率。其功能模塊結構如圖4 所示。

3 結論

“3S”技術在應急基礎數據更新、輔助決策和指揮調度方面有廣泛的應用，為環境應急響應提供了強有力的技術手段，同時加強了環境保護執法力度，為環境應急指揮提供了強有力的輔助決策支持信息。

［1］錢杰.“3S”技術在環保應急系統中的應用［J］.上海環境科學，2001，(20).

［2］閆志剛，盛業華，左金霞.3S 技術及其在環境信息系統中的應用［J］.測繪通報，2001，(增刊).

［3］馮曉華.3S 技術與建立重慶市渝中區環境信息系統的思考［J］.重慶環境科學，2001，(6).

［4］李小文，劉銳，姚新，等.數字環保理論與實踐［M］.北京:科學出版社，2011.