文/吳建其

1 引言

根據(jù)2018年《中國20年特大事故大數(shù)據(jù)分析報(bào)告》，從1997年到2017年，我國平均每年要發(fā)生8起特別重大事故，直接經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)超百億，死亡人數(shù)共十萬左右。大量的事故統(tǒng)計(jì)與分析表明，做好重特大事故應(yīng)急預(yù)案與應(yīng)急演練研究，對(duì)于減少人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。重特大事故應(yīng)急演練中，情景構(gòu)建是比較基礎(chǔ)的一環(huán)，是“底線思維”在應(yīng)急管理領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，“從最壞處準(zhǔn)備，爭(zhēng)取最好的結(jié)果”。2012年，北京市應(yīng)急辦率先在國內(nèi)開展了巨災(zāi)情景構(gòu)建工作，探索了地方政府應(yīng)急情景構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化模式，隨后一年，國家安全生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心、中石油、中石化、中海油、天津市安監(jiān)局開展了石油石化行業(yè)的重大突發(fā)事件情景構(gòu)建研究。目前，關(guān)于巨災(zāi)與重特大事故情景構(gòu)建的研究在不斷深化，重特大事故情景構(gòu)建可以借助計(jì)算機(jī)信息化手段來實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案與模擬演練的可視化、智能化。

2 技術(shù)路線初探

重特大事故情景構(gòu)建，需結(jié)合重特大歷史案例研究、工程技術(shù)模擬、全景式描述，開展應(yīng)急任務(wù)分解和應(yīng)急能力建設(shè)，完善應(yīng)急預(yù)案、指導(dǎo)應(yīng)急演練，最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)急準(zhǔn)備能力的提升。一方面，基于情景構(gòu)建的應(yīng)急預(yù)案編制路徑，推動(dòng)應(yīng)急預(yù)案由“紙預(yù)案”向“活預(yù)案、動(dòng)預(yù)案”轉(zhuǎn)化；一方面，利用計(jì)算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，通過數(shù)據(jù)模型分析、事故與災(zāi)害態(tài)勢(shì)的情景仿真，提升“專題研討、桌面演練、技術(shù)演練、功能演練、綜合演練”的綜合效能。

重特大事故情景構(gòu)建有三個(gè)因素：風(fēng)險(xiǎn)分析、任務(wù)分解、能力建設(shè)。風(fēng)險(xiǎn)分析，根據(jù)重特大事故事件演化規(guī)律、事件災(zāi)難后果，分析出需要情景展現(xiàn)的內(nèi)容；任務(wù)分解，根據(jù)劃分情景響應(yīng)階段，對(duì)形成的情景任務(wù)列表形成情景任務(wù)清單；能力建設(shè)，根據(jù)情景任務(wù)所需能力，評(píng)估既有情景構(gòu)建能力，完善情景構(gòu)建能力。

對(duì)情景構(gòu)建的響應(yīng)階段、任務(wù)、展現(xiàn)內(nèi)容，通過計(jì)算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，應(yīng)用到應(yīng)急模擬演練。仿真技術(shù)的情景構(gòu)建方法：獲取原始重特大事故案例，結(jié)合案例事件，進(jìn)行聚類處理和分級(jí)處理，生成情景事件，將多個(gè)情景事件按照重特大事故案例特征、任務(wù)分解內(nèi)容構(gòu)建情景矩陣；獲取演練目標(biāo)的環(huán)境，如危險(xiǎn)源和影響因素，在情景矩陣中匹配對(duì)應(yīng)的情景事件，結(jié)合這些影響因素，構(gòu)建突發(fā)事件情景。實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案管理電子化、可視化，結(jié)合實(shí)際演練目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔、研究、校驗(yàn)；實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的應(yīng)急模擬演練，將突發(fā)事件情景采用高清晰高畫質(zhì)有立體觀感的場(chǎng)景動(dòng)畫形式進(jìn)行演示，有效提高演練效果，便于對(duì)每個(gè)演練人員進(jìn)行演練成效的評(píng)估和指導(dǎo)。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重難點(diǎn)分析。重特大事故牽涉面廣，具有演化復(fù)雜不確定性以及巨大危害性等特性，次級(jí)災(zāi)害事故演化趨勢(shì)大小不同，存在事件鏈交叉，預(yù)案方案構(gòu)成因素多，因此，計(jì)算機(jī)模擬仿真的對(duì)象面存在范圍廣，有許多特殊環(huán)境難以模擬，而且要根據(jù)事故的不斷演進(jìn)而產(chǎn)生，難度大，但可從任務(wù)分解的矩陣分析中逐步細(xì)化去解決難點(diǎn)問題，分解成多個(gè)情景構(gòu)建方案來組合。

3 應(yīng)用方向與功能

重特大事故應(yīng)急演練情景構(gòu)建，復(fù)雜度高，需要投入大量的人力、物力、財(cái)力。為了降低演練與構(gòu)建成本、增加應(yīng)急方案的執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)、及時(shí)查出應(yīng)急預(yù)案中的不足，通過建設(shè)重特大事故模擬演練系統(tǒng)來解決一些問題，綜合使用虛擬仿真交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)，對(duì)各類型異構(gòu)數(shù)據(jù)與技術(shù)的匯集、重構(gòu)、計(jì)算分析，具有低耦合、高擴(kuò)展性與靈活性的特點(diǎn)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)重特大事故中各類災(zāi)害數(shù)值模擬和人員行為數(shù)值模擬的仿真，在虛擬空間中仿真災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的過程，以及人們?cè)跒?zāi)害環(huán)境中可能做出的各種反應(yīng)；系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用方向，即在演練平臺(tái)上，在最大限度仿真實(shí)際災(zāi)害的條件下，開展應(yīng)急演練情景構(gòu)建。通過廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)把分散在不同地點(diǎn)的軟硬件設(shè)備及有關(guān)人員聯(lián)系起來，并在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)分布式情景構(gòu)建、模擬仿真、指揮調(diào)度、聯(lián)機(jī)交互。

3.1 情景仿真

在重特大事故模擬演練系統(tǒng)的平臺(tái)上集成關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如應(yīng)急預(yù)案、災(zāi)害防治方法、搶險(xiǎn)救護(hù)方案等。分析重特大事故案例，梳理各事故的情景任務(wù)與矩陣，調(diào)用數(shù)據(jù)庫內(nèi)的預(yù)設(shè)場(chǎng)景參數(shù)和實(shí)時(shí)場(chǎng)景參數(shù)，結(jié)合預(yù)案，仿真場(chǎng)景，模擬災(zāi)害發(fā)生時(shí)的場(chǎng)景和發(fā)展態(tài)勢(shì)、人員到達(dá),物資調(diào)度和應(yīng)對(duì)措施。實(shí)現(xiàn)根據(jù)演練目的、主題，篩選案例庫，并依據(jù)演練規(guī)模進(jìn)行動(dòng)態(tài)編排，案例庫存儲(chǔ)了大量素材、數(shù)字化要素?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合要演練情景，對(duì)地震水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)、洪澇等自然災(zāi)害和安全生產(chǎn)等事故進(jìn)行快速情景模擬構(gòu)建。

對(duì)實(shí)體城市、重特大事故對(duì)象目標(biāo)三維仿真建模，如大型建筑群、重要工業(yè)目標(biāo)和園區(qū)。采用高清晰度技術(shù)再現(xiàn)，建模效果細(xì)膩，部分場(chǎng)景可精細(xì)到電燈開關(guān)、閥門和人物體等等。事故模型，模擬各種安全生產(chǎn)與自然災(zāi)害事故，?；沸孤?、火災(zāi)水災(zāi)、爆炸、人員傷亡、天氣變化等。

圖1：三維虛擬現(xiàn)實(shí)情景仿真示意圖

3.2 態(tài)勢(shì)推演

情景仿真，可結(jié)合GIS態(tài)勢(shì)推演，三維可視化交互地理信息交互，以二三維一體化地理信息、地形地貌、地物要點(diǎn)、進(jìn)行宏觀態(tài)勢(shì)分析，結(jié)合數(shù)據(jù)模型，分析煙羽、有害氣體擴(kuò)散、?；繁ǚ秶Ｒ攒娛聵?biāo)圖形式部署專業(yè)行動(dòng)，進(jìn)行態(tài)勢(shì)圖標(biāo)繪推演、綜合查詢，結(jié)合實(shí)際情況，深度開發(fā)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)圖、無人機(jī)三維傾斜攝影、實(shí)時(shí)視頻防控、智慧消防救援、公安接處警、武警反恐防爆、交通事故熱點(diǎn)路況查詢等功能。實(shí)現(xiàn)情景結(jié)合態(tài)勢(shì)推演，展開對(duì)重特大事故“一張圖”上看宏觀布局、決策點(diǎn)、“一幅畫”上看場(chǎng)景、情節(jié)、行動(dòng)要素。深度開展應(yīng)急演練的情景想定、事故模擬，包括大小事故發(fā)生、演進(jìn)、應(yīng)急響應(yīng)、處置行動(dòng)、結(jié)束的不同階段組合。事故情景態(tài)勢(shì)變化可動(dòng)態(tài)保存、便于復(fù)盤推演。

3.3 指揮協(xié)同

請(qǐng)求決策信息數(shù)據(jù),包括裝備資源庫、道路信息庫，GIS數(shù)據(jù)庫、動(dòng)態(tài)預(yù)案，通過協(xié)同指揮演練，將情景動(dòng)態(tài)延伸到數(shù)據(jù)結(jié)合點(diǎn)，改善各應(yīng)急部門、機(jī)構(gòu)、人員之間的協(xié)調(diào)；增強(qiáng)公眾應(yīng)對(duì)突發(fā)重大事故救援的信心和應(yīng)急意識(shí)；進(jìn)一步明確應(yīng)急人員各自的崗位與職責(zé)；提高各級(jí)預(yù)案之間的協(xié)調(diào)性；提高整體應(yīng)急反應(yīng)能力等。

實(shí)現(xiàn)大屏幕多屏協(xié)同，指揮大廳導(dǎo)調(diào)、指揮調(diào)度、處置、評(píng)估等席位系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)展示；實(shí)現(xiàn)多人聯(lián)機(jī)互動(dòng)，增加演練的趣味性和挑戰(zhàn)性，可大大的提高參演者或受訓(xùn)者的興趣。實(shí)現(xiàn)演練人員自助漫游，自助切換場(chǎng)景和視角，給人以身臨其境的真實(shí)感覺。第三人稱跟隨漫游是由指揮員的視角自動(dòng)跟隨角色人物、車輛的視角轉(zhuǎn)換，跟蹤事態(tài)發(fā)展自動(dòng)進(jìn)行場(chǎng)景畫面切換。

4 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

重特大事故情景構(gòu)建為中大型安全生產(chǎn)、有重大災(zāi)害隱患發(fā)生的重要單位的應(yīng)急準(zhǔn)備工作提供了清晰、確切的方向和目標(biāo)。通過“情景”引領(lǐng)和整合，使應(yīng)急管理中規(guī)劃、預(yù)案和演練三大主體工作在目標(biāo)和方向上能夠保持一致，應(yīng)用三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，可提高對(duì)突發(fā)重特大事件實(shí)施有效的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)的應(yīng)急準(zhǔn)備與應(yīng)急響應(yīng)能力。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備交互性、沉浸感、想象力等特征，能夠按照用戶想象快速設(shè)置或改變演練場(chǎng)景的同時(shí)，在虛擬場(chǎng)景中給各類演練角色以沉浸感、交互式真實(shí)體驗(yàn)，通過重特大事故災(zāi)情態(tài)勢(shì)的情景構(gòu)建模擬、防護(hù)救援與應(yīng)急處置行動(dòng)模擬，結(jié)合指揮調(diào)度與流程控制、綜合評(píng)估考核，達(dá)到“集約演練、實(shí)景參演、動(dòng)態(tài)推演、精準(zhǔn)評(píng)估”要求，對(duì)應(yīng)急準(zhǔn)備規(guī)劃、應(yīng)急預(yù)案管理和應(yīng)急培訓(xùn)演練等系列應(yīng)急管理工作、實(shí)踐也具有不可或缺的支撐和指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

應(yīng)用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重特大事故情景構(gòu)建，既能降低演練成本、提供組織指揮與參演力量的響應(yīng)能力，又能提高情景觀感、演練效果，還能方便復(fù)盤評(píng)估，必將產(chǎn)生極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，作為巨災(zāi)與重特大事故應(yīng)急演練與情景構(gòu)建的信息化補(bǔ)充手段有效可行。