袁偉 李藐 李浪 陳顯波

《中國(guó)的核應(yīng)急》白皮書指出，核應(yīng)急事關(guān)重大、涉及全局，對(duì)于保護(hù)公眾、保護(hù)環(huán)境、保障社會(huì)穩(wěn)定、維護(hù)國(guó)家安全具有重要意義。隨著軍事現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，部隊(duì)涉核活動(dòng)頻次顯著增加，發(fā)生核材料燃燒、爆炸、泄漏等核事故可能性加大。核事故一旦發(fā)生，無法采取科學(xué)有效的處置行動(dòng)，將嚴(yán)重危及人員和環(huán)境安全。目前，部隊(duì)圍繞核應(yīng)急開展了一些專項(xiàng)建設(shè)，配套了指揮控制、輻射監(jiān)測(cè)、污染壓制、洗消去污等系列化裝備，但仍然存在不少實(shí)際問題。例如，部隊(duì)缺乏處理真實(shí)核事故經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于場(chǎng)景危害沒有具象化認(rèn)識(shí)，難以結(jié)合核事故態(tài)勢(shì)將各類應(yīng)急裝備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)部署運(yùn)用；現(xiàn)有的應(yīng)急處置系統(tǒng)與GIS 結(jié)合不緊密，在面對(duì)應(yīng)急單位存在的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不統(tǒng)一、資源共享不足、信息化軟件多樣化等情況，難以實(shí)現(xiàn)各個(gè)分散數(shù)據(jù)的有效整合、調(diào)取和綜合利用[1]。

為了解決上述問題，筆者結(jié)合前期核事故源項(xiàng)模擬、污染擴(kuò)散、輻射評(píng)估、決策優(yōu)化等研究工作，采用計(jì)算機(jī)信息處理、數(shù)學(xué)建模分析、立體空間展示等多種技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了服務(wù)于重大核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置的“一張圖”系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息展示，幫助決策者快速掌握事故趨勢(shì)、力量調(diào)遣、運(yùn)輸條件和交通狀況，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行全局的兵力籌劃和行動(dòng)規(guī)劃，讓應(yīng)急行動(dòng)信息在“一張圖”上一目了然，從而為部隊(duì)核應(yīng)急處置行動(dòng)的全過程提供精準(zhǔn)智慧、科學(xué)高效的有力支撐。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

“一張圖”系統(tǒng)以貼近部隊(duì)核應(yīng)急業(yè)務(wù)工作實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要由硬件層、數(shù)據(jù)資源層、支撐服務(wù)層、計(jì)算層、可視化層和用戶層等六大部分組成。

其中，硬件層包括計(jì)算機(jī)工作站、顯示屏和相關(guān)傳輸設(shè)備等設(shè)施。數(shù)據(jù)資源層用于儲(chǔ)存和管理核事故區(qū)域地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、源項(xiàng)數(shù)據(jù)、輻射數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等，以及開展核污染態(tài)勢(shì)分析評(píng)估和應(yīng)急行動(dòng)策劃的相關(guān)計(jì)算模型。支撐服務(wù)層主要提供數(shù)據(jù)管理、綜合查詢、數(shù)據(jù)通信、地理信息、權(quán)限設(shè)置等服務(wù)功能，通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)運(yùn)行環(huán)境為各類應(yīng)用提供服務(wù)支撐。計(jì)算層主要開展核污染態(tài)勢(shì)分析評(píng)估和應(yīng)急行動(dòng)策劃所必要的運(yùn)行計(jì)算，通過適當(dāng)?shù)闹畏?wù)和對(duì)所需數(shù)據(jù)資源的分配調(diào)度來實(shí)現(xiàn)計(jì)算過程?？梢暬瘜又饕柚乩硇畔⒖梢暬?、三維場(chǎng)景可視化、圖表可視化等手段，實(shí)現(xiàn)放射性污染擴(kuò)散和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急行動(dòng)態(tài)勢(shì)的二維、三維展現(xiàn)。用戶層是通過人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和升級(jí)維護(hù)等功能任務(wù)[2]。圖1為系統(tǒng)主體架構(gòu)示意圖。

圖1 系統(tǒng)主體架構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

“一張圖”系統(tǒng)以大量應(yīng)急信息作為主要數(shù)據(jù)根基，以基礎(chǔ)信息管理、危害態(tài)勢(shì)分析和行動(dòng)決策建議作為重要功能，初步形成了“部門數(shù)據(jù)一體化、二維三維一體化、評(píng)估決策一體化”的大數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)急管理平臺(tái)，將傳統(tǒng)核應(yīng)急的“以救為主”變?yōu)椤耙苑罏橹鳌?，將“各行其是”變?yōu)椤爸腔廴诤稀?，?shí)現(xiàn)以最小投入代價(jià)取得最好現(xiàn)實(shí)效果。

2.1 多源數(shù)據(jù)全面融合，一圖統(tǒng)覽風(fēng)險(xiǎn)全局

針對(duì)當(dāng)前涉核活動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)涉及的類型增多、風(fēng)險(xiǎn)隱患的隱蔽性和風(fēng)險(xiǎn)防控的復(fù)雜度提升等情況，著眼于“大安全、大應(yīng)急”格局，充分梳理辨識(shí)動(dòng)態(tài)活動(dòng)過程中的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和危險(xiǎn)場(chǎng)所，確定風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)化拐點(diǎn)，匯聚多源風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)、相互交叉印證，建立起應(yīng)急綜合時(shí)空的科學(xué)精準(zhǔn)大數(shù)據(jù)庫(kù)。

迄今為止，“一張圖”系統(tǒng)已經(jīng)整合覆蓋部隊(duì)涉核活動(dòng)區(qū)域內(nèi)氣象、交通、水文、山林等多類安全風(fēng)險(xiǎn)源信息的空間化建庫(kù)，完成了包括應(yīng)急專家、應(yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急裝備、應(yīng)急物資等70 余類資源的數(shù)據(jù)匯聚、整理、歸類和存檔。通過空間分析技術(shù)可快速查詢就近重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象和周邊應(yīng)急資源分布情況，實(shí)現(xiàn)救援指揮調(diào)度的數(shù)據(jù)資源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展現(xiàn)、精準(zhǔn)智能分析，并結(jié)合工作持續(xù)補(bǔ)充完善，全面掌握應(yīng)急管控底數(shù)，為涉核活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)防控提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 危害影響預(yù)先掌握，事故后果科學(xué)評(píng)估

在調(diào)研和汲取國(guó)內(nèi)外核事故后果評(píng)估成果的基礎(chǔ)上，充分考慮部隊(duì)涉核活動(dòng)期間發(fā)生核事故的主要特點(diǎn)，解決中小尺度環(huán)境下放射性物質(zhì)大氣輸運(yùn)仿真模擬關(guān)鍵技術(shù)，建立起滿足源項(xiàng)數(shù)據(jù)處理、受照劑量評(píng)價(jià)、污染過程三維可視化的危害后果評(píng)估模型。通過雨情、水情（水庫(kù)、河道）、衛(wèi)星云圖、氣象雷達(dá)、降雨分布、天氣實(shí)況等區(qū)域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)的傳輸接入，對(duì)核事故危害后果、影響范圍進(jìn)行預(yù)先研判，確定不同區(qū)域范圍內(nèi)人員的受照劑量，為核應(yīng)急指揮決策和應(yīng)急救援行動(dòng)方案的制定提供判斷依據(jù)[3]。

2.3 兵力調(diào)遣運(yùn)籌帷幄，應(yīng)急行動(dòng)智慧決策

“一張圖”系統(tǒng)主要以核事故危害分析結(jié)果為核心，結(jié)合事發(fā)區(qū)域當(dāng)時(shí)環(huán)境條件并按照公眾、應(yīng)急人員的輻射干預(yù)水平要求，劃定包括事故核心控制區(qū)、警戒封鎖區(qū)、疏散撤離區(qū)、外圍保障區(qū)等不同范圍區(qū)域，對(duì)于部隊(duì)各級(jí)應(yīng)急力量進(jìn)行有針對(duì)性地排兵布陣，確保指揮控制和處置行動(dòng)更加精準(zhǔn)[4]。該系統(tǒng)集成遠(yuǎn)程監(jiān)控、圖像傳輸?shù)葢?yīng)用系統(tǒng)和功能接口，可實(shí)現(xiàn)一鍵直呼、協(xié)同調(diào)度多方向應(yīng)急資源，支持將數(shù)字化預(yù)案相關(guān)要素和指揮過程進(jìn)行多種方式的可視化呈現(xiàn)，支持應(yīng)急行動(dòng)路線規(guī)劃、應(yīng)急行動(dòng)兵力部署、應(yīng)急行動(dòng)作業(yè)能力等過程動(dòng)態(tài)推演，從而為核事故專題化處置提供全方位智慧決策支持。

3 系統(tǒng)實(shí)例演示

“一張圖”系統(tǒng)綜合集成了大量基礎(chǔ)信息、地圖服務(wù)、全景服務(wù)、應(yīng)急管理及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)上級(jí)指揮機(jī)構(gòu)統(tǒng)一指揮調(diào)度、各救援單位之間協(xié)同聯(lián)動(dòng)的處置行動(dòng)機(jī)制。對(duì)于操作使用者而言，最為直觀地是通過設(shè)計(jì)一個(gè)典型涉核活動(dòng)核事故場(chǎng)景來推演展示系統(tǒng)應(yīng)用過程，從而驗(yàn)證其實(shí)用性和有效性。

3.1 事故場(chǎng)景設(shè)計(jì)

本實(shí)例設(shè)計(jì)情況為：某部在執(zhí)行涉核活動(dòng)過程中由于車輛意外翻車著火，導(dǎo)致裝載的某型核材料部件劇烈爆炸，產(chǎn)生大量放射性氣溶膠微粒快速擴(kuò)散，在下風(fēng)向區(qū)域形成較大覆蓋區(qū)域的輻射沾染帶。核事故發(fā)生后，按照處置突發(fā)事件響應(yīng)部署，現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)人員迅疾開展第一現(xiàn)場(chǎng)處置，實(shí)施應(yīng)急滅火、搶救傷員、道路警戒等行動(dòng)，并迅速向上級(jí)指揮機(jī)構(gòu)求援。

3.2 系統(tǒng)作業(yè)流程

3.2.1 事故區(qū)域重要信息調(diào)取

上級(jí)指揮機(jī)構(gòu)接到前方支援請(qǐng)求后，按照預(yù)案啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)程序。“一張圖”系統(tǒng)按照有關(guān)指令進(jìn)入應(yīng)急行動(dòng)模式，根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)傳遞的簡(jiǎn)要情況通報(bào)，快速調(diào)取事故區(qū)域周邊地形地貌、水文氣象、交通狀況、力量部署和公眾分布情況等基礎(chǔ)信息，并向有關(guān)部門申請(qǐng)獲取實(shí)時(shí)氣象、現(xiàn)場(chǎng)初步輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息，做好開展放射性污染評(píng)價(jià)分析的準(zhǔn)備工作。圖2為核事故區(qū)域重要基礎(chǔ)信息調(diào)取與查閱，通過用戶界面操作能夠定位查詢本次任務(wù)的起點(diǎn)和終點(diǎn)、途中主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、重要場(chǎng)所設(shè)施（如政府、醫(yī)院、學(xué)校、加油站等）、事故發(fā)生點(diǎn)以及部隊(duì)駐地和應(yīng)急定點(diǎn)保障力量的具體坐標(biāo)和相關(guān)信息。

圖2 核事故區(qū)域重要基礎(chǔ)信息調(diào)取與查閱

3.2.2 放射性污染態(tài)勢(shì)分析研判

按照某型核材料部件爆炸核事故源項(xiàng)數(shù)據(jù)和擴(kuò)散模型，結(jié)合區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行后果評(píng)估，計(jì)算分析不同時(shí)刻放射性污染物的擴(kuò)散范圍、空間濃度、地面沉積水平等重要數(shù)據(jù)。計(jì)算中，由現(xiàn)場(chǎng)氣象監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備確定實(shí)時(shí)風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度參考帕斯奎爾法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為C級(jí)（較不穩(wěn)定狀態(tài)）、地面粗糙度為B 類（田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)），得到事故后放射性危害影響數(shù)據(jù)如表1所示。圖3為放射性污染態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)分布展示。

表1 核事故放射性危害影響數(shù)據(jù)

圖3 放射性污染態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)分布展示

3.2.3 應(yīng)急力量行動(dòng)輔助決策

在掌握不同時(shí)刻核事故污染態(tài)勢(shì)分布情況后，上級(jí)指揮機(jī)構(gòu)結(jié)合核事故現(xiàn)場(chǎng)的行動(dòng)信息，開展應(yīng)急行動(dòng)路線規(guī)劃、兵力部署等工作。首先，按照應(yīng)急行動(dòng)預(yù)案中多種行動(dòng)路線，確定路徑上每個(gè)節(jié)點(diǎn)在評(píng)價(jià)區(qū)域中的網(wǎng)格位置，綜合分析行動(dòng)路徑、行進(jìn)速度、滯留時(shí)間等信息；其次，以核事故污染態(tài)勢(shì)分布為輸入，掌握應(yīng)急人員在各任務(wù)段上的受照劑量，累積計(jì)算在整個(gè)行動(dòng)路徑上的總預(yù)期劑量和行動(dòng)時(shí)間；最后，根據(jù)不同行動(dòng)路線方案的劑量評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合劑量值、抵達(dá)時(shí)間、交通條件等要素進(jìn)行合理化排序，以圖表方式呈現(xiàn)各方案的對(duì)比結(jié)果，確定最佳行動(dòng)路線和部署方案，最終形成輔助決策報(bào)告以指導(dǎo)部隊(duì)開展后續(xù)處置行動(dòng)[5]。圖4為應(yīng)急力量作業(yè)行動(dòng)規(guī)劃界面。

圖4 應(yīng)急力量作業(yè)行動(dòng)規(guī)劃界面

4 結(jié)語

本文結(jié)合筆者前期參與的核應(yīng)急處置有關(guān)研究實(shí)踐工作，介紹了核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置“一張圖”的主體設(shè)計(jì)架構(gòu)和主要功能特點(diǎn)，并以部隊(duì)涉核活動(dòng)發(fā)生重大核事故為案例，闡述了應(yīng)急處置相關(guān)信息展示、放射性污染態(tài)勢(shì)分析、應(yīng)急力量行動(dòng)輔助決策的具體實(shí)現(xiàn)過程，印證了該系統(tǒng)能夠給予應(yīng)急工作有效幫助。本文提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，能夠?yàn)轭愃葡到y(tǒng)的構(gòu)建和開發(fā)提供有利的參考和借鑒。下一步，將結(jié)合部隊(duì)試用和訓(xùn)練優(yōu)化完善相關(guān)技術(shù)成果。