賴曉珍 賈 利陳煉鋼 施 勇

流域水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)整體框架設(shè)計

賴曉珍1賈 利1陳煉鋼2施 勇2

1 引言

我國近年發(fā)生的環(huán)境事故中，水污染事故占52%～60%，列居首位。水污染事故具有不確定性、流域性、處理的艱巨性和危害的長期性，直接影響居民飲用水安全，易對區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會穩(wěn)定構(gòu)成威脅和損害，是典型的公共安全問題。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中的重點(diǎn)領(lǐng)域“公共安全”明確提出“加強(qiáng)對突發(fā)公共事件快速反應(yīng)和應(yīng)急處置的技術(shù)支持，形成科學(xué)預(yù)測、有效防控與高效應(yīng)急的公共安全技術(shù)體系，構(gòu)建國家公共安全早期監(jiān)測、快速預(yù)警與高效處置一體化應(yīng)急決策指揮平臺”?！端l(fā)展“十二五”規(guī)劃》指出，當(dāng)前水污染事件時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅公共安全，而水利應(yīng)急處理能力不足，需要健全應(yīng)對嚴(yán)重自然災(zāi)害和突發(fā)事件的能力?！端萍及l(fā)展“十二五”規(guī)劃》指出水利信息化和防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域需要重點(diǎn)突破和解決“極端水事件預(yù)警預(yù)報信息支撐技術(shù)”、“重大突發(fā)水事件的應(yīng)急管理機(jī)制及對策”，為建立突發(fā)水資源事件應(yīng)急調(diào)度與管理技術(shù)體系提供技術(shù)支撐。因此，以3S技術(shù)為支持、水質(zhì)預(yù)警預(yù)報模型為核心、信息采集為基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通訊為保障，建設(shè)面向管理和服務(wù)于決策的可視化動態(tài)應(yīng)用型流域水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)是非常必要的。

2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

依據(jù)決策指揮流程（情報活動—決策分析—決策實施），流域水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)應(yīng)包括以下6層：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲層、決策支持層和決策調(diào)度層，如圖1所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集層

作為整個系統(tǒng)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集層主要完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作。采集的數(shù)據(jù)源主要由實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和非實時的常規(guī)數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)形式構(gòu)成。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸是整個系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)各類采集數(shù)據(jù)的有效傳輸。根據(jù)各類采集工作的地理位置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境現(xiàn)狀、緊急程度和所采集數(shù)據(jù)類型的不同，將視具體情況采用GPRS/GSM、北斗衛(wèi)星、水利專網(wǎng)和Internet網(wǎng)等多種方式互為備用，同時使用數(shù)據(jù)壓縮和加密技術(shù)，確保各類信息及時、有效、準(zhǔn)確傳輸。

2.3 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理是將采集的信息進(jìn)行加工處理,內(nèi)容包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)導(dǎo)入及導(dǎo)出接口開發(fā)等項工作。按照數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同又進(jìn)一步分為實時數(shù)據(jù)處理、GIS數(shù)據(jù)處理、遙感數(shù)據(jù)處理，同時通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)維護(hù)與更新等。

2.4 數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層基于大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)各類業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲管理。根據(jù)流域水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)的需要，按照數(shù)據(jù)性質(zhì)以及服務(wù)對象的不同進(jìn)行分類組織，設(shè)計10種類型的數(shù)據(jù)庫：地理空間數(shù)據(jù)庫、危險化學(xué)品數(shù)據(jù)庫、水文信息數(shù)據(jù)庫、水質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫、工情數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急資源信息數(shù)據(jù)庫、模型參數(shù)庫、文檔及多媒體數(shù)據(jù)庫、模型計算成果數(shù)據(jù)庫和專家知識庫。

2.5 決策支持層

決策支持層主要針對水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)的業(yè)務(wù)需求，開發(fā)業(yè)務(wù)分析子系統(tǒng)。系統(tǒng)由若干功能服務(wù)模塊組成，提供模型計算、知識推理，共同解決水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)中的結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化問題，同時通過GIS可視化技術(shù)將模擬計算成果直觀展示。

2.6 決策調(diào)度層

決策調(diào)度層基于決策支持層提供的各類決策信息，利用監(jiān)控中心提供的硬件環(huán)境，為領(lǐng)導(dǎo)、專家和業(yè)務(wù)管理人員提供決策調(diào)度的支撐平臺，實現(xiàn)水污染事故應(yīng)急管理的工作目標(biāo)：水資源保護(hù)基礎(chǔ)信息的數(shù)字化管理、重大危險源辨識與預(yù)警、水質(zhì)實時監(jiān)控與預(yù)警、事故源快速準(zhǔn)確定位、污染物擴(kuò)散快速預(yù)報預(yù)警、信息快速上報下達(dá)、應(yīng)急監(jiān)測與處置方案快速制定、應(yīng)急監(jiān)測與處置資源快速調(diào)配、事故后果科學(xué)評估、多元決策支持（定量模型計算與定性專家知識高度整合）。

3 系統(tǒng)物理架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)，流域水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)由以下5個子系統(tǒng)組成：信息采集子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)分析子系統(tǒng)和監(jiān)控中心，同時在多個方面采用安全設(shè)計來保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖2所示。

3.1 信息采集子系統(tǒng)

信息采集子系統(tǒng)通過建設(shè)移動監(jiān)測與常規(guī)監(jiān)測體系，實時監(jiān)測水質(zhì)的動態(tài)變化。其中，移動監(jiān)測通過配備應(yīng)急指揮車、應(yīng)急監(jiān)測船和相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備，一方面能在水污染事件發(fā)生時，第一時間趕赴事發(fā)地點(diǎn)，跟蹤監(jiān)測污染物的推移變化，為水質(zhì)預(yù)警預(yù)報提供更全面的實時信息；另一方面能對所管轄河段排污進(jìn)行監(jiān)督巡查。常規(guī)監(jiān)測通過建設(shè)水質(zhì)自動/人工監(jiān)測站，實時監(jiān)控主要斷面的水質(zhì)變化，在未及時發(fā)現(xiàn)污染事件時通過分析水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行預(yù)警。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)信息的傳輸與交換，一方面將信息采集子系統(tǒng)采集到的水質(zhì)信息、GPS定位信息以及視頻圖像等傳輸?shù)奖O(jiān)控中心經(jīng)過處理進(jìn)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；另一方面將決策會商確定的人員與設(shè)備的調(diào)度指令下達(dá)或傳達(dá)到對應(yīng)的責(zé)任部門和責(zé)任人員，同時負(fù)責(zé)將事件的相關(guān)信息在有關(guān)部門之間進(jìn)行通報以協(xié)調(diào)應(yīng)急工作的展開。

3.3 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)存儲各類信息，一方面存儲系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析所需的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一方面存儲系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析成果。水污染事故影響的范圍大、涉及的專業(yè)領(lǐng)域廣，所需信息量相當(dāng)龐大。根據(jù)水污染事故應(yīng)急管理的需要，采用Oracle商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為系統(tǒng)運(yùn)行過程中各類數(shù)據(jù)存儲和管理的平臺。

3.4 業(yè)務(wù)分析子系統(tǒng)

從服務(wù)應(yīng)急管理工作需求出發(fā)，水污染事故應(yīng)急管理業(yè)務(wù)分析子系統(tǒng)采用B/S與C/S混合結(jié)構(gòu)，采用J2EE的SSH框架開發(fā)6個功能服務(wù)模塊：信息管理模塊、應(yīng)急預(yù)防模塊、應(yīng)急預(yù)警模塊、應(yīng)急決策模塊、應(yīng)急調(diào)度模塊、系統(tǒng)幫助模塊。

3.5 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心為水資源保護(hù)的信息管理和水污染事故的應(yīng)急管理提供一個集數(shù)據(jù)匯集、處理、查詢、分析、顯示等多功能于一體的信息中心。中心主要建設(shè)內(nèi)容包括信息收發(fā)及處理系統(tǒng)，大屏幕信息監(jiān)控系統(tǒng)，中心局域網(wǎng)及相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)三大部分，實時監(jiān)控水質(zhì)變化，同時在水污染事故期間作為應(yīng)急響應(yīng)的決策調(diào)度指揮中心。

3.6 安全保障

水污染事故應(yīng)急響應(yīng)管理工作對系統(tǒng)安全性有很高的要求，系統(tǒng)應(yīng)能長時間持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在出現(xiàn)故障的情況下能快速恢復(fù)。為此，系統(tǒng)將采用物理安全設(shè)計、系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計和數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)多重措施來充分保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

在應(yīng)對水污染事故時，系統(tǒng)需要完成污情、水情、工情等與事故應(yīng)急響應(yīng)相關(guān)信息的收集、整理；完成污染物推移擴(kuò)散的預(yù)測預(yù)報、災(zāi)情預(yù)測，依據(jù)決策目標(biāo)和可使用的減污手段設(shè)計出一組實現(xiàn)決策目標(biāo)的可行方案，分析每個可行方案的風(fēng)險及后果；在認(rèn)清事故形勢的基礎(chǔ)上，以損失最小等為目標(biāo)，通過會商進(jìn)行方案補(bǔ)充調(diào)整，定出滿意方案予以實施。系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

5 結(jié)語

根據(jù)流域水污染事故預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)工作的需求，系統(tǒng)架構(gòu)在邏輯上分為6層：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲層、決策支持層和決策調(diào)度層；在物理架構(gòu)上由5個子系統(tǒng)組成：信息采集子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)分析子系統(tǒng)和監(jiān)控中心。系統(tǒng)在應(yīng)對突發(fā)水污染事故時，按照信息采集、信息傳輸、決策支持業(yè)務(wù)分析、決策會商和決策實施5個流程，調(diào)用相應(yīng)的子系統(tǒng)和功能模塊，實現(xiàn)水污染事故應(yīng)急管理的10個目標(biāo)：水資源保護(hù)基礎(chǔ)信息的數(shù)字化管理、重大危險源辨識與預(yù)警、水質(zhì)實時監(jiān)控與預(yù)警、事故源快速準(zhǔn)確定位、污染物擴(kuò)散快速預(yù)報預(yù)警、信息快速上報下達(dá)、應(yīng)急監(jiān)測與處置方案快速制定、應(yīng)急監(jiān)測與處置資源快速調(diào)配、事故后果科學(xué)評估、多元決策支持

1.淮河流域水資源保護(hù)局 233001 2.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實驗室 210029）