基于CASRAM 的?；愤\(yùn)輸事故模擬

潘成貴

（桂林港建高速公路有限公司，廣西 桂林 541200）

1 概述

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中扮演著不可或缺的重要角色。我國(guó)地域遼闊，化學(xué)工業(yè)的分布格局決定了我國(guó)95%以上的危險(xiǎn)化學(xué)品涉及異地運(yùn)輸問題[1]。近年來，道路化學(xué)危險(xiǎn)品不僅數(shù)量上有所上升，其品種和危害特性也越來越復(fù)雜[2]。而且由于裝載設(shè)備日趨大型化、運(yùn)輸量日益提高，使危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸事故概率和事故危害明顯增加。由于交通運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕漕A(yù)防和救援難度超出固定場(chǎng)所，因而處置關(guān)鍵技術(shù)急需突破。

在國(guó)外，?；愤\(yùn)輸事故處置決策支持系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用廣泛。ALOHA（Arial Locations of Hazardous Atmospheres）是美國(guó)國(guó)家海洋大氣管理局（NOAA）和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）聯(lián)合開發(fā)的?；沸孤U(kuò)散模擬軟件[3]，它包含了一個(gè)1000 多種常用化學(xué)品數(shù)據(jù)庫。在國(guó)內(nèi)，廣東省職業(yè)病防治院研制了評(píng)估與查詢系統(tǒng)，該系統(tǒng)收錄了300 余種廣東省常見的化學(xué)品，包括化學(xué)戰(zhàn)劑和毒素戰(zhàn)劑[4]。羅敏等[5]針對(duì)公路?；饭愤\(yùn)輸?shù)氖鹿蕟栴}開發(fā)了應(yīng)急救援信息系統(tǒng)，在掌握足夠的事故現(xiàn)場(chǎng)信息的情況下，通過該系統(tǒng)中包含的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散計(jì)算系統(tǒng)，能夠預(yù)測(cè)事故所造成的后果和影響區(qū)域的范圍。劉繼龍等[6]在采用高斯模型分析了毒氣的泄漏機(jī)理和擴(kuò)散機(jī)理后，根據(jù)氣象條件對(duì)氣體泄漏擴(kuò)散范圍進(jìn)行模擬，結(jié)合GIS 毒氣泄漏應(yīng)急處置危險(xiǎn)區(qū)域分析系統(tǒng)，在地圖上給出了擴(kuò)散區(qū)域和濃度分布，并且標(biāo)記了致死區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)。

多年來，事故處置部門既自主開發(fā)、也應(yīng)用了其他單位的化學(xué)災(zāi)害事故處置輔助決策系統(tǒng)或應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)，經(jīng)歷了從單機(jī)版到網(wǎng)絡(luò)版以及移動(dòng)終端的變遷，試圖建立化學(xué)災(zāi)害事故危害評(píng)估數(shù)學(xué)模型、化學(xué)災(zāi)害事故應(yīng)急救援力量計(jì)算模型、危險(xiǎn)化學(xué)品數(shù)據(jù)庫、常見化學(xué)災(zāi)害事故處置方案數(shù)據(jù)庫等，但是從實(shí)戰(zhàn)的應(yīng)用效果來看，依然存在?；沸孤U(kuò)散過程各種復(fù)雜參數(shù)在實(shí)際過程中難以采集，系統(tǒng)模擬計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，各類輔助決策系統(tǒng)智能化程度不高等問題，不能滿足實(shí)戰(zhàn)輔助決策支持的需求。本文開展危化品運(yùn)輸事故處置決策關(guān)鍵技術(shù)研究，主要對(duì)傳統(tǒng)?；沸孤┠Ｐ瓦M(jìn)行改進(jìn)，運(yùn)用模糊算法提高系統(tǒng)的智能化程度，并將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分別保存在本地和云端，提高信息的共享水平，縮短運(yùn)行時(shí)間，為參與應(yīng)急救援的不同部門、不同決策層提供一致共享和可視化的決策信息，提高應(yīng)急指揮決策的科學(xué)性。

2 CASRAM

在危化品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的研究中，國(guó)內(nèi)外專家使用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)來確定?；沸孤U(kuò)散的規(guī)律和影響范圍，評(píng)估這些運(yùn)輸活動(dòng)可能對(duì)公眾帶來的危害。?；沸孤U(kuò)散模擬通常是確定事故情景后分析其擴(kuò)散的危害區(qū)域和范圍，通常與（氣象信息、地理環(huán)境、泄漏物質(zhì)的理化性質(zhì)）有關(guān)。泄漏擴(kuò)散模擬的一般流程為：給定事故情景→后果建模。

以救援部門推廣的“單機(jī)版”為代表的輔助決策系統(tǒng)大多都實(shí)現(xiàn)了對(duì)于給定事故情景下的后果建模。雖然“單機(jī)版”評(píng)估效果可信度較高，但是系統(tǒng)操作過于復(fù)雜，不利于指揮員現(xiàn)場(chǎng)使用。危害評(píng)估需要輸入人口密度、風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度、大氣垂直穩(wěn)定度、泄漏量等大量參數(shù)，其中有些參數(shù)在實(shí)戰(zhàn)中無法獲得或需要時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)偵檢取得。同時(shí)錯(cuò)誤的參數(shù)估值反而對(duì)警戒范圍劃定有誤導(dǎo)性。種種原因造成該系統(tǒng)在基層應(yīng)用并不普及。針對(duì)上述系統(tǒng)存在問題，本文提出引入化學(xué)事故統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，在傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，讓指戰(zhàn)員使用輔助決策系統(tǒng)獲取相關(guān)信息時(shí)只需要輸入少數(shù)、關(guān)鍵參數(shù)。泄漏擴(kuò)散模擬的改進(jìn)流程：統(tǒng)計(jì)事故情景分析→給定事故情景→后果建?！蠊怕史植肌８倪M(jìn)模型不是給出一個(gè)確定性風(fēng)險(xiǎn)，而是給出可能風(fēng)險(xiǎn)的分布情況，即在統(tǒng)計(jì)樣本范圍內(nèi)發(fā)生某個(gè)具體后果的概率。

初始隔離區(qū)是以事故地點(diǎn)為中心，初始隔離距離為圓周半徑的圓形區(qū)域，一旦發(fā)生事故，該區(qū)域人員最先受到危害，只有少數(shù)個(gè)人防護(hù)等級(jí)較高的搶險(xiǎn)救援人員才可進(jìn)入。防護(hù)區(qū)是泄漏源下風(fēng)方向的正方形區(qū)域，正方形的邊長(zhǎng)即為下風(fēng)向疏散距離。選擇正方形是因?yàn)樗且粋€(gè)簡(jiǎn)單、常見的定義區(qū)域方式，更重要的是，可以忽略掉由于地形特征、風(fēng)向等因素帶來的不確定影響。該區(qū)域人員在沒有防護(hù)的情況下，可能對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的健康危害，因此應(yīng)及時(shí)疏散未防護(hù)人員。

CASRAM 包括統(tǒng)計(jì)事故情景分析和后果建模兩部分。首先，統(tǒng)計(jì)事故情景分析將裝運(yùn)資料信息、來自預(yù)處理氣象觀測(cè)資料和來自危險(xiǎn)品事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息結(jié)合起來，對(duì)所用排放率和擴(kuò)散模式的技術(shù)狀況和性質(zhì)進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)于每種化學(xué)物質(zhì)，通過蒙特卡羅抽樣隨機(jī)生成危險(xiǎn)區(qū)分布事故場(chǎng)景參數(shù)（時(shí)間、地點(diǎn)、釋放量、氣象等）詳細(xì)假設(shè)釋放的結(jié)果建模。

然后，使用CASRAM 中的后果模型來分析每個(gè)事故情景，計(jì)算其化學(xué)濃度擴(kuò)散軌跡，并將每個(gè)事件超過閾值化學(xué)濃度或健康標(biāo)準(zhǔn)的最遠(yuǎn)下風(fēng)距離定義為安全距離。最后，將所有事故模擬的安全距離值的統(tǒng)計(jì)樣本分為成白天和黑夜，小量泄漏和大量泄漏，建立模糊綜合評(píng)價(jià)，自動(dòng)選取事故的最大安全距離作為最后的參考值。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)智能決策系統(tǒng)的功能目標(biāo)確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)路線，通過對(duì)化學(xué)災(zāi)害事故類型、應(yīng)急救援流程等考慮因素的研究分析，建立?；沸孤U(kuò)散數(shù)據(jù)庫、?；窇?yīng)急救援處置方案數(shù)據(jù)庫等并作為系統(tǒng)服務(wù)的數(shù)據(jù)源；利用云環(huán)境對(duì)氣象、地理信息進(jìn)行更新和處理；然后根據(jù)?；返缆愤\(yùn)輸事故處置的業(yè)務(wù)需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型分析；針對(duì)化學(xué)災(zāi)害事故信息傳遞、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、應(yīng)急救援疏散和處置進(jìn)行智能決策系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)功能一體化的目標(biāo)。其中，利用云數(shù)據(jù)平臺(tái)提高海量應(yīng)急救援信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理效率；利用移動(dòng)GIS 技術(shù)提高應(yīng)急救援的決策能力；利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滿足用戶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互需求；最后實(shí)現(xiàn)?；返缆愤\(yùn)輸事故智能決策的功能設(shè)計(jì)開發(fā)。

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在應(yīng)急救援過程中實(shí)際業(yè)務(wù)需求的邏輯模型基礎(chǔ)上構(gòu)建的系統(tǒng)總體架構(gòu)，是對(duì)輔助決策系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的進(jìn)一步邏輯設(shè)計(jì)。依照?；肥鹿侍幹昧鞒?，建立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、穩(wěn)定、有效的智能決策平臺(tái)，從而加強(qiáng)應(yīng)急救援的信息化決策支持能力。

3.2 系統(tǒng)功能流程設(shè)計(jì)

為了加強(qiáng)?；返缆愤\(yùn)輸事故處置的信息化決策支持能力，輔助決策系統(tǒng)提供事故推送、?；沸畔⒉樵兒吞幹梅桨缸詣?dòng)生成等功能，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化用戶操作體驗(yàn)。

用戶進(jìn)入輔助決策系統(tǒng)后，如果首次使用，需先進(jìn)行身份驗(yàn)證，確定其所在大中隊(duì)，同時(shí)后臺(tái)從服務(wù)器加載該大中隊(duì)所在轄區(qū)的消防數(shù)據(jù)信息；如順利通過驗(yàn)證，則進(jìn)入系統(tǒng)主界面。用戶在主界面的菜單欄中可以點(diǎn)擊危化品信息查詢、處置方案查詢等功能，并且進(jìn)入相應(yīng)的模塊。

3.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能流程設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)功能模塊分為身份驗(yàn)證模塊、消防數(shù)據(jù)管理模塊、GIS 應(yīng)用模塊以及事故推送模塊。

3.3.1 身份驗(yàn)證模塊

用于驗(yàn)證轄區(qū)消防大中隊(duì)身份信息，確保將本轄區(qū)的事故信息推送到該轄區(qū)消防大中隊(duì)指戰(zhàn)員。

3.3.2 消防數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊可以查詢包括千余種?；返馁Y料庫，提供各種引發(fā)化學(xué)災(zāi)害事故的典型化學(xué)品的危害信息及其處置方案，管理和維護(hù)本轄區(qū)的消防水源、重點(diǎn)單位等信息，為事故泄漏擴(kuò)散模擬和應(yīng)急救援處置方案生成提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3.3 GIS 應(yīng)用模塊

GIS 應(yīng)用模塊除了包含地圖的基本查看、定位、搜索，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字地圖管理功能，將事故現(xiàn)場(chǎng)信息及泄漏擴(kuò)散模擬計(jì)算的結(jié)果疊加在當(dāng)前地圖上，為指戰(zhàn)員提供直觀的輔助決策信息。

3.3.4 事故推送模塊

該模塊能夠?qū)崟r(shí)接收到接警中心推送的警情信息，可以包含文字、GPS 定位、照片等多種形式的信息。

服務(wù)器端主要包括消防數(shù)據(jù)管理模塊中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理，通過高德云圖提供的位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索、展現(xiàn)服務(wù)，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的應(yīng)用開發(fā)。移動(dòng)終端主要包括四大模塊。管理員對(duì)消防數(shù)據(jù)進(jìn)行更新與維護(hù)。用戶通過身份驗(yàn)證模塊校驗(yàn)用戶信息。管理員向特定分組或特定用戶推送事故信息，只有通過身份驗(yàn)證模塊的用戶才能接受到該推送信息，然后用戶通過事故推送模塊解析管理員推送的數(shù)據(jù)包，然后使用GIS 應(yīng)用模塊為事故處置提供輔助決策。

4 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

本軟件定位為基于Android 平臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)用程序，以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)、云服務(wù)等新技術(shù)為業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，是一款適用于?；返缆愤\(yùn)輸事故處置的移動(dòng)應(yīng)用軟件。

以杭瑞高速常吉段“3·26”四氯化鈦槽罐車泄漏事故為例進(jìn)行想定作業(yè)。以最先到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)的消防中隊(duì)為視角，從出警途中到事故處置，借助?；返缆愤\(yùn)輸事故智能決策系統(tǒng)指導(dǎo)行動(dòng)。

2016 年3 月26 日凌晨1 時(shí)許，常德市桃源縣境內(nèi)常吉高速一輛裝載29.4t 四氯化鈦槽罐車因交通追尾事故，造成四氯化鈦泄漏。根據(jù)接警信息可知事故發(fā)生地為常吉高速1083km 處，泄漏物質(zhì)為四氯化鈦，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)通過氣象局開放接口查詢到事故發(fā)生所在地的天氣狀況為小雨轉(zhuǎn)多云、氣溫11～21℃、北風(fēng)小于3級(jí)。應(yīng)急處置方案界面，提供了所有的安全措施的建議，每條指南提供了自身和公眾安全的建議及應(yīng)急措施的信息，包括安全方面的信息和著火、溢出或泄漏事故后急救的應(yīng)急指南，如潛在危險(xiǎn)、公共安全、應(yīng)急行動(dòng)和注意事項(xiàng)等。

由此信息可知，四氯化鈦，無色或微黃色液體，有刺激性酸味，溶于冷水、乙醇、稀鹽酸，一般為常壓儲(chǔ)存，熔點(diǎn)為-25℃，相對(duì)密度（水=1）為1.73，沸點(diǎn)為136.4℃。受熱或遇水分解放熱，放出有毒的腐蝕性煙氣，具有較強(qiáng)的腐蝕性，水解生成二氧化鈦固體和鹽酸液滴的混合物。

依照系統(tǒng)生成的處置方案，處置時(shí)需迅速疏散泄漏污染區(qū)內(nèi)人員至安全地區(qū)，嚴(yán)格限制人員車輛出入。要求現(xiàn)場(chǎng)處置人員必須穿全身耐酸堿消防服或內(nèi)置式重型防化服，從上風(fēng)方向進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，盡可能對(duì)泄漏源實(shí)施堵漏。

進(jìn)入輔助決策系統(tǒng)的泄漏參數(shù)設(shè)置界面，泄漏物質(zhì)、泄漏位置、地圖類型等參數(shù)都已自動(dòng)加載，點(diǎn)擊“風(fēng)向”，調(diào)整風(fēng)力方向，同時(shí)選取泄漏量為“大”，泄漏時(shí)間設(shè)置為“夜晚”。設(shè)置泄漏參數(shù)后，點(diǎn)擊“地圖”按鈕或返回鍵，進(jìn)入地圖界面。根據(jù)事故推送的化學(xué)危險(xiǎn)品材料搜索該材料對(duì)應(yīng)的處置方案中的危險(xiǎn)隔離區(qū)半徑及疏散保護(hù)區(qū)半徑，并自動(dòng)將危險(xiǎn)隔離區(qū)及疏散保護(hù)區(qū)在地圖上顯示出來。

5 結(jié)語

危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸事故處置是應(yīng)急救援部門的重點(diǎn)難點(diǎn)任務(wù)。本文結(jié)合應(yīng)急救援過程的實(shí)際業(yè)務(wù)需求與移動(dòng)智能終端的性能優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，研究和集成了化學(xué)事故統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、物聯(lián)網(wǎng)、GIS 地理信息、移動(dòng)智能終端等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的CASRAM 模型的?；返缆愤\(yùn)輸事故智能決策系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)隔離、疏散、警戒區(qū)域的動(dòng)態(tài)劃分與顯示、協(xié)同聯(lián)動(dòng)信息和針對(duì)處置方案的快速查詢，為參與救援的不同部門、不同決策層提供一致共享和可視化的決策信息，提高指揮決策的科學(xué)性。