环境污染事故应急监测与指挥系统的设计与开发

张永辉 王 东

摘要:针对环保部门应对突发性环境污染事故的应急监测与指挥处置能力,设计并实现了一种基于网络通讯技术和GIS分析技术的区域环境污染事故应急预警系统。文章在重点分析系统需求和工作流程基础上,详细介绍了系统的实施方案和模块功能;该系统已经设计完成并得到良好的实际应用效果。

关键词:环境应急监测;应急指挥系统;环境污染;ArcGIS

中图分类号:X830文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0117-03

环境污染事故应急监测与指挥系统建立了基于网络通讯技术和GIS分析技术的区域环境污染事故应急、预警系统,为突发性环境事故的应急监测、指挥处理提供了先进的技术手段和决策支持。

一、系统需求与流程分析

(一)系统的总体需求

环境污染事故应急监测与指挥系统要求实现计算机网络环境下重点危险源、化学危险品的管理和环境污染事故应急监测管理,为环境污染事故的应急、预案管理,以及应急指挥提供先进的技术手段和决策支持。

1.重点危险源的管理。生产企业集中存储的危险物品、工业生产过程中用到的危险原料、中间产品以及最终产品,都是危险源。对危险源可以通过建立数据库来管理。在数据库中记录危险源的地理位置、现存的污染物或者危险品和在特定条件下可能产生的污染物的名称、性质和来源、环境事故发生影响的范围、危害程度以及存储量等信息,实现对风险源的属性信息和地理信息查询,生成针对特定风险源的突发环境事故的应急防治办法及处置预案。

2.化学危险品的管理。能够造成污染的物质就是危险品。需要给危险品建立数据库,记录危险品的名称、理化性质、健康危害、监测方法、安全防护措施以及应急处理处置方法、实验室监测方法及用到仪器设备,实现计算机的快速检索和查询。

3.危险品的应急检测。发生突发性环境事故后,要求迅速查明该污染物的信息,为下一步的工作做好准备,污染物或危险品的监测有多种方法,不同的方法使用的检测仪器及原理也不同,可以将这些方法录入数据库,并配以相关标准、规范等参考文件,以备查询和检索,为污染物的监测提供帮助和辅助手段。

4.危险品的预警管理。某些危险品、危险源在特定的气候状况下,发生污染事故的频率较高,因此在这种特殊的天气条件下,应当能够查询出该种危险品,向有关部门发出预警信息,提高警惕,防止污染事故的发生。

5.决策支持与部门联动。当发生突发性环境事故时,要求环保部门迅速做出对策,有效的处理突发事故,最大限度的拯救国家和人民的生命和财产安全,在这种情况下,要迅速的调集相关人员,同时咨询专家做出决策。突发性环境污染事故一旦发生,一般靠某一部门或单位是无法快速有效地妥善处理的,因此,遇到重大突发性环境污染事故时,应立即启动相关预案,及时上报当地或上级政府部门,由政府牵头,各部门协同作战。因此系统应具有应急预案、决策支持、部门联动、现场监控等功能,以辅助领导进行决策指挥,减少损失。

(二)系统的工作流程

1.环境突发污染事故应急监测工作流程:

2.环境突发性污染事故的预警工作流程:

3.环境突发性污染事故的应急指挥工作流程:

二、数据库设计

突发性环境污染事故应急预警网络系统主要管理的数据有:基础地理信息数据、环境专业空间数据、危险源数据、危险品数据、监测分析方法数据、应急监测联络组织数据、环境应急专家数据、应急监测车辆数据、应急监测数据、气象监测数据、应急事故处置预案数据、环境应急事故管理数据、环境污染事故案例数据管理、环境污染事故预警系统数据、环境污染事故污染扩散分析模型数据、污染扩散模拟事件数据等。

这些数据中的基础地理信息数据、环境专业空间数据可以通过GIS平台和关系数据库来进行管理,使得这些地理要素的空间数据与属性数据相互关联匹配。对于其它的数据可以使用关系数据库直接进行管理。

在数据库设计过程中要遵循数据库的设计原则,可以采用实体-属性(E-R)方法进行设计。

三、系统实施

(一)系统的开发平台和开发工具

系统的开发平台采用了ArcGIS平台,ArcGIS软件平台是一套全面的、完善的、可伸缩的GIS软件平台。在系统的开发工具上,.NET在进行GIS应用开发和网络应用程序的开发时具有极大的优势,所以系统开发的主要工具是.NET。

(二)系统实施方案

1.系统集成方案。系统利用GIS通用平台与数据库管理集成框架实现系统各功能模块,并采用了应用集成和组件集成的集成方式将各个功能组件组织在一起。

2.数据访问方案。对数据的访问使用ADO.NET的数据缓存技术,加快了交互速度和系统的响应速度。

3.数据交互与网络拓扑方案。整个系统运行于无线CDMA网络上。根据系统的组成结构,系统分为本地版和中心版,本地版和中心版的区别在于本地版只是关注本监测车的数据,而中心版需要监控整体的应急指挥状态。而总体数据的传输是基于数据采集通讯模块,通过该模块实现了数据库间的传递。

中心版系统与监测车之间以及几台监测车之间基于无线网络进行连接和通讯,同时与数字采集通讯系统形成逻辑连接关系。

四、系统功能模块

系统的功能模块主要有:重点危险源管理子系统、化学危险品管理子系统、环境应急预案管理子系统、环境应急指挥管理子系统、污染扩散模拟子系统、车载导航子系统、环境无线视频监控子系统、车载气象监控子系统、数据采集与传输子系统。系统组成如图4所示:

1.点危险源管理。对企业的危险源进行备案管理。当事故发生时,可以通过GIS地图查询事故发生点周围危险源分布位置、企业信息、危险品储备情况,为事故的处置提供全方位危险源信息。

2.化学危险品管理。对危险品的种类、毒性和理化性质等相关信息进行存档和管理。可帮助应急监测人员快速锁定污染因子,完成应急监测任务,并在最短的时间以最安全的方法控制污染,最大程度减少人民生命财产损失、保护环境,又可作为应急监测人员日常知识储备、提高应急监测人员专业素质的必要知识库。

该子系统储备了包括优先污染物在内的1300多种危险品的主要标识、理化特性、健康危害、应急处置方法、人员防护、应急监测方法、实验室监测方法、相关标准、毒性、对环境的影响等信息,还收集管理了大量的有关危险品相关知识、标准等信息。

3.环境应急预案管理。提供完整统一、切实可行的预案模板,可以联系GIS电子地图进行预案查询管理。境应急预案是快速、高效集中调度一切可利用的资源和力量,在最短时间,以最小的代价保护人民生命财产、降低环境污染的保证。因此,制定切实有效的环境应急预案和在最短时间内启动、执行环境应急预案具有重要的意义。

4.环境应急指挥管理。提供人员、组织、技术等辅助决策信息,辅助处理突发性环境污染事故。环境应急指挥管理是以事故管理为导向,将环境应急监测、应急事故指挥处理及应急监测资源整合到一起,充分发挥监测中心的职能,提高环境应急监测管理及应急事故处理水平。主要功能有:应急监测专家管理、应急通讯录、应急事故记录、应急事故查询、污染事故案例库管理等。

5.污染扩散模拟。有毒有害、易燃易爆物质在运输、生产、储存中由于疏忽或操作错误可能引发泄露、燃烧、爆炸等突发性环境污染事故,会给公众的人身安全带来严重危害和对环境造成严重污染。在事故发生时能够快速分析和预测出事故影响和损害的范围,就能为事故处理部门快速作出合理可行的防范、减缓措施提供数据的依据,将事故带来的人员和环境危害降低到最小。

根据有毒有害物质扩散的介质不同,将扩散模拟分为空气扩散模拟和水体扩散模拟两个部分。提供环境污染物扩散模型和多种GIS空间综合分析功能,模拟环境污染事故的发生、发展和变化,为科学决策提供依据。

6.车辆导航监控。环境应急车辆与指挥中心的联网管理,包括应急监测车、监察车在GIS系统上的位置通讯管理,最短路径分析、监测布点等。

7.环境无线视频监控。环境污染事故发生后,可以在指挥中心通过无线网络监控事故现场的监测与救援处置情况,为污染事故的快速有效指挥处理提供有力工具,并且将视频信息与危险源管理有机联网,全方位掌握区域环境变化情况。

8.车载气象监控。利用环境应急监测车配备的移动气象监测系统,为应急事故的指挥提供现场的实时气象变化数据。

9.数据采集与传输。为车载系统与指挥中心提供数据传输的平台,将应急监测车的污染监测数据、气象数据和视频信息传输到指挥中心。

五、结语

目前,环境污染事故应急监测与指挥系统的设计和开发工作已经结束,处于用户试运行阶段,体现出了良好的稳定性和交互性,满足了环保部门对环境应急事故的监测指挥服务的要求。

作者简介:张永辉(1975-),河北石家庄人,国家环境计量检测技术中心工程师,研究方向:环境监测系统设备研制开发;王东(1977-),河北保定人,国家环境计量检测技术中心工程师,研究方向:环境监测系统设备研制开发。