基于环境地理信息平台的预警系统的构建

郭新宇

（深圳市环境信息中心，深圳 518000）

随着社会经济的高速发展, 中国已逐渐进入了环境污染事故多发期，生态破坏和环境污染在接下来的一段时期内呈不断上升的趋势。比如，福建紫金矿业紫金山铜矿湿法厂发生的铜酸水渗漏事故，造成了九千多立方米的污水流入汀江、沿岸居民的饮水安全受到威胁的严重后果。

鉴于环境污染事故的巨大危害性, 快速、有效的应急监测和现场处置显然非常重要，而有效的处置有赖于强大的应急信息系统为其提供的现场处置的有效信息。应急系统的构建比较复杂，包括整合软件、硬件、网络通讯等设备和组织协调各级别领导意见、现场处置小组人员、监测车辆的调度等各方面的要素。环境应急信息系统的建设目的是整合数据信息流，提供应急数据的共享和交互，为应急事故指挥与决策提供有力的支持。

1.环境污染应急处置的难点与信息需求

1.1 环境污染类型

环境污染按污染性质可分为大气污染、水污染、固体污染和放射性污染等; 按空间分布特征又可分为点源污染、线源污染（如汽车尾部排放的气体），以及面源污染。在实际处理中，水污染应急事故属于最棘手的，对污染造成的伤害也是比较大的。

1.2 环境污染处置难点

在环境污染事故发生后，事故应急车如何能在第一时间到达现场？应急处置人员如何尽快得到现场污染物的详细信息，并得到对应的处置方案？这些问题都迫切地需要得到好的解决方案。总体来讲，环境事故应急有以下的几大难点：

（1）应急事故的第一要素是“急”。环境事故多发生得很突然，事故发生所泄露的化学品或企业排放的污染物往往短时间内就可以污染大片的区域，对人民群众的生命安全造成了极大地威胁，并对区域内的生态环境造成难以修复的危害。为了尽量减少环境和民众的安全损失，就要求环境应急处置人员在较短的时间内到达现场，并迅速做出科学、合理的决策，对污染现场做出监测和处置，保护民众的健康、安全，将经济财产损失降到最低程度。根据深圳自身产业规划的特点，由于企业的位置往往设在较偏僻的地区如宝安、龙岗等工业区，污染事故的发生地对应急车辆来说很陌生，这加大了应急处置人员在第一时间到达现场的难度，很可能耽误应急处置的时机。

（2）事故发生地的现场环境比较复杂，可能会影响应急人员的判断。如果事故发生地点在工业园区，企业众多，污染物的特性光从眼观和初步检验无法测出时，就很可能导致应急人员做出错误的判断，造成不必要的损失。要避免这种情况的发生，就要求应急处置系统有足够强大的污染源数据库，并根据事发地所处的区域，能调用地理信息系统的底图来划出可能造成此类污染的企业和污染物的详细信息。并将此类信息提供给现场人员，以帮助他们尽快得出污染物类型和处置的最佳方案。

（3）移动处置中，如何解决通讯难的问题。因为现场处置小组和指挥中心需要一直保持联系，并对指挥中心的指令如何执行给予及时反馈。应急系统的运用和调用地图等操作均离不开网络传输，要在移动的处置现场和中心网络保持连接，并且地图的调用需要保持一定的传输速率，采用移动上网的方式远远不能够满足系统所需要的速率，这在应急系统设计时是一大难点。

1.3 环境污染应急处置对应急处置系统的信息需求

环境污染事故应急处置系统中各项功能的实现,离不开基础污染源数据库和GIS地理信息系统的底层支撑作用。应急处置需要的数据信息不仅包括污染物信息，政策法规，还有专家信息，车辆信息，设备信息，智库系统，应急监测信息以及水、气等模型信息。总体来讲，应急处置所需的数据可分为静态数据和动态数据两大类。

（1）静态数据包括危险源信息，危险化学品信息、放射源信息、政策法规、人员、车辆、设备信息和专家知识库等等。这部分数据的特点是需要定期更新并由专人进行信息校对和维护，一旦应急事件发生就起到重要的作用。此部分的数据来源比较多，一般有监管集成系统、移动执法系统、固体废物处理系统、环境监测管理系统等，均对环境数据中心提供源数据。环境数据中心的作用不仅仅是收集源数据，不对其进行加工处理。而是以建立完整的环境数据资源目录的形式，在对源数据收集齐的基础上，对源数据进行加工、梳理，解决了数据存储地点分散、搜寻不易、难以实际应用的难题，应急系统可以按应用需要调用信息资源分类目录、主题目录和其他目录提供共享和服务。

（2）动态信息包括接警登记信息、任务指派、通讯系统、现场监测信息、事故调查报告、处置信息等。这部分信息是对基础污染信息的积累和提升，对事故应急处置成功与否起到了重要的作用。这部分信息主用由应急处置系统登记和生成处理表单，并在现场处置人员的设备上同步。处置人员在填写完处理单以后，可以发送回指挥中心，以达到指挥中心和现场人员信息同步的要求。

2.应急信息系统的构建

2.1 事故应急响应流程

按照处置应急事故的时间次序，事故应急响应流程可以分为：接警登记-调查安排-事故确认-任务指派-方案生成-应急处置-事故终止七个阶段，当然在事故处理完成以后还有后续事故现场环境监测，这不属于应急处置这一范畴。根据七个不同阶段，对应有接警台、GIS地理信息系统、应急处置系统、应急指挥系统、对现场处置人员起指挥作用。对领导小组和专家来说，作决策同样也需要信息系统的重要支持。以下将着重介绍扮演重要角色的GIS地理信息系统。

2.2 应急处置系统的主要功能

（1）将应急流程以工作流workflow的技术架构整合为环境应急预案，形成完整的可监督环境业务体系；

（2）使用数据中心数据资源仓库技术，重点存储环境污染有关污染源信息，与存在有污染隐患的企业单位的空间位置数据、特征信息以及污染物种类、扩散范围、危化品信息等；

（3）以GIS 地理信息系统作为展示平台，在矢量地图上调用环境数据中心提供的环境数据、企业数据，并支持专题数据查询和业务带图运行。提供足够的空间信息供领导的应急决策使用。

（4）建立与地理信息系统相结合的水网络数据模型，将重点流域的污染源、污水处理厂的空间拓扑关系加入模型中描绘，实现污染源的排放去向和影响路径的查找。对河流和水库导则模型的功能和EFDC河海湾模型进行优化，实现水环境质量的实时动态模拟、污染原因分析。并建立环境质量、污染源监测、模型实时动态模拟的一体化的水环境质量分析与预警系统。针对应急事故对环境大气可能造成的严重污染，空间质量分析模型将基于地理信息系统的大气导则模型，中尺度气象场的自动模拟（MM5）和多尺度空气质量预报模式（CMAQ）采用B/S架构搭建。

（5）依托环保政务外网与移动通讯网络共同构建应急网络平台，满足环境应急、事故处理需要；

（6）建立环境应急指挥中心，购置投影大屏幕和通讯对讲设备等和应急系统的应用紧密结合，起到监控、指挥应急事故现场的作用。

图1 污染源在流域图中的展示

2.3 应急处置系统的设计要求

应急处置系统是现场人员的信息技术保障。为了保障应急事故处置方案制定的快捷、有效,系统的设计应当达到以下几点要求:

（1）应当预先将应急监测技术法规及应急监测手册纳入到应急系统里面来作为现场监测作业指导书使用，系统以快捷查询、方便、实用为目的，为监测人员提供有用的工具。

（2）建立和完善重点危险污染源数据库。结合日常污染源监测,定期开展危险污染源调查和核查,并结合环境监管集成系统的原始数据和环境监察支队数据,建立包括危险污染源位置、污染物种类和数量、污染物特性和已有处理方法在内的污染源数据库,并根据污染源变化情况定期加以完善。建立本地区常见突发性污染事故（水污染、大气污染、危险固废污染）处置应急监测预案。

（3）以GIS地理信息系统为基础，建立和完善环境事故影响模型，充分考虑污染物扩散受地形和植被、气象等因素影响的特点，不断优化模型的算法，直至达到能对决策起重大指导作用。

（4）建立和完善专家咨询系统。根据所辖区危险污染源情况,建立符合国家规范标准、监测分析方法、事故处理、信息系统等方面的专家咨询系统。

2.4 系统架构图

监管集成系统、移动执法系统等几大业务系统是数据产生区，通过录入表单，源源不断产生有效的数据。数据中心是通过收集静态数据和几大业务系统的源数据而建成，环境数据中心是个数据仓库，里面的数据内容包含了众多的环境相关基础信息。通过全面梳理环境管理业务需求后形成有序的环境数据资源目录供利用。数据中心梳理好的数据资源供GIS系统和应急处置系统调用，在GIS的地图上，可直观地将污染属性信息以图形方式显示在屏幕上。

3.GIS地理信息系统在应急处置系统中的重要作用

3.1 GIS环境地理信息系统的特点决定了其在应急处置的应用

图2 系统架构图

由于应急处置的特点决定了处置过程当中，需要融合大量的空间数据和属性数据、以及环境法律法规信息、甚至视频、音频等多媒体信息。因此,应急处置系统的设计尤其空间与属性数据的协同管理是系统建设的关键。GIS恰恰拥有空间和属性数据完美结合的特点，故GIS在应急处置系统中当之无愧的起到了顶梁柱的作用。

3.2 GIS 在环境事故应急处置系统中的作用包括：

（1）完美结合空间数据和附近的污染源企业数据，易于分析事故的成因和对应处置方案。GIS与环保局的核心业务系统的数据库无缝集成，提供统一的地图服务，当环境污染应急处置需要快速展现大量空间和属性数据的时候, GIS 能调用数据中心的数据库，将属性、空间数据一体化地展现在统一的平台上,并可以实现污染数据查询、统计、分析等需求。

（2）提供多种决策的工具和手段。例如在监测车辆到达事故现场的路上，可以计算找到最佳路径的方法。例如在污染发生以后，通过将GIS底图叠加，先行定位污染事故发生现场，然后将污染的区域和深圳河流水系图进行叠加分析，可以评估污染的扩散方向及可能对周围环境的影响。可以将评价的结果制作成专题图，并共享给现场处置人员为他们提供直观的处置依据。

图3 事故发生点地理信息

图4 查看事故具体信息

图5 MM5模拟的流场

（3）为了现场人员使用的便捷，最好将地理信息系统的架构设定为基于WEB-GIS、B/S体系结构上实现。由于环境应急事故都需要进行移动处理的，故平台的兼容性、易接入性要求很好。用户应该能在任意的客户端上，远程调用基础底图和调用污染物数据查询、编辑，提供和管理与环保有关的空间数据和各种基于3维空间系统信息服务的统一平台。在有权限的账号下能实现空间地图制作、某个确定区域的空间分析与污染物的统计等功能。

（4） GIS与模型相结合，为决策提供支持：针对应急事故多对水源、大气造成严重污染的状况，应急系统建立了基于GIS系统的河流导则模型，针对应急事故发生的流域，可以进行对所处水环境和下游的污染影响分析和预测。通过结合EFDC河海湾模型，可以在应急指挥中心的大屏幕上直观、动态地演示水文动力流域和污染物的扩散过程。采用水网络数据模型，建立部分重要的流域污染源、污水管网、污水处理厂、河流网络和监测断面的空间拓扑关系，在应急事故发生时可实现污染源的排放去向和影响路径的查找，影响监测断面水质污染源的查询和统计。通过环境质量、污染源在线监测系统获得的数据,在实现水环境质量的现状评价，动态模拟与分析的基础上，实现重大污染事故预警功能；针对应急事故对环境大气可能造成的严重污染，空间质量分析模型将基于地理信息系统的大气导则模型，中尺度气象场的自动模拟（MM5）和多尺度空气质量预报模式（CMAQ）采用B/S架构搭建，在地理信息平台的多维度底图上能直观地看到区域空气流动、污染物的扩散过程；结合气象等部门提供的数据，我们将能够动态回溯空气环境变化过程，通过过程的变化可以实现污染将对大气质量产生的影响，并有助于分析更好的治理方案。

3.3 GIS系统中属性数据的来源

监管集成系统、移动执法系统等环保业务系统均可以为环境数据中心提供必要的源数据，当中重要的环境数据如企业位置、污染物的种类、有产生污染隐患的生产设施、仓库等等均在数据中心详细记录，通过GIS地理信息平台清晰、全面地显示出来。

4.结论

由此可见，建立环境应急处置系统，在以GIS系统为平台，以环境数据中心为基础数据库的前提下，在完善的网络和软、硬件支撑下，形成信息流产生、流转、存储的一套完整体系，集成了GIS地图显示和环境数据中心数据的应急处置系统，将环境应急事故处置水平推向一个更高的层次，才能满足对环境事故“预防为主、反应迅速、指挥畅通”的工作要求，这对从根本上改善环境安全形势、提升环境监管工作能力起到重要的意义。

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