危险货物道路运输综合应急管理系统开发

马清源，王 晨，，陆 键，高婷婷（.上海交通大学交通研究中心，上海0040；.同济大学交通运输工程学院，上海0804）

危险货物道路运输综合应急管理系统开发

马清源1，王 晨1，2，陆 键2，高婷婷1
（1.上海交通大学交通研究中心，上海200240；2.同济大学交通运输工程学院，上海201804）

针对目前我国危险货物道路运输行业存在的不足，基于风险控制理论，综合运用GIS二次开发、数据库、Socket无线通信、GPS定位、人眼识别等技术，建立并开发了针对危险货物道路运输全过程的事故预防及救援的综合应急管理系统。该系统能够实时定位车辆的位置，监控司机和车辆的状态，并能够实现异常状态预警、危险报警和应急救援等功能，从而加强了对危险货物运输全过程的实时监控能力，提高了事前预防、事后应急决策的能力，并最大程度地保障了危险货物道路运输的安全性和可靠性。

危险货物；道路运输；综合应急管理系统；实时监控

随着我国经济的飞速发展，对危险品的使用量也随之增加，而其中95%以上的危险货物涉及异地运输，运输方式以道路运输为主。据统计，目前危险货物道路运输量占危险货物运输总量的80%以上［1-2］。危险货物具有易燃、易爆及有毒等特点，一旦发生事故将会造成包括财产损失、人员伤亡及环境污染等在内的严重后果，并造成一定的社会影响［3］。

目前，我国危险货物道路运输管理体系还存在明显的缺陷，主要表现在:一方面，危险货物运输企业、运输车辆以及应急主管部门之间缺少一个统一的沟通平台，难以有效地控制事故风险，减少事故的发生频率；另一方面，在事故发生后，应急主管部门无法获得有力的应急救援决策支持，从而无法采取高效准确的救援措施，降低危险货物运输事故带来的损失。鉴于危险货物道路运输事故所带来的严重社会危害，以及我国目前尚不完善的危险货物应急管理建设现状［4-5］，建立一个服务于危险货物运输全过程的综合应急管理系统具有重要的意义，不仅可降低发生危险货物道路运输事故的风险，而且还可在事故发生后，为应急管理部门提供有效的应急救援决策支持，尽可能地降低事故带来的损失。

1　风险控制模型

风险控制是应急管理的重要组成部分，许多的风险控制模型［6-7］可以用于危险货物运输领域，如Anderson等［8］建立了一个风险控制四维模型，包括时间维、水平维（各个等级的运输活动参与者）、干预措施维和事故损害过程维，这一模型整合了危险货物运输过程中的各种关键因素。本文引用并改进了这一模型，建立了综合风险控制模型，以此为指导开发危险货物道路运输综合应急管理系统，旨在控制危险货物道路运输过程中可能存在的风险，并提高针对危险货物道路运输事故的应急救援效率。综合风险控制模型（见图1）包括以下四个维度:

（1）事故阶段维:这一个维度表示在x轴上，代表危险货物道路运输事故的不同阶段。x、y平面上的方格（A、B和C）代表在事故的每一个阶段扮演重要角色的参与者，其基本含义将在下面阐述。

（2）水平维:这一个维度表示在y轴上，代表在事故的不同阶段三个不同的等级（宏观、中观和微观）的应急管理参与者。

（3）损害过程维:这一个维度表示在z轴上，代表危险源损害环境和人的过程。

（4）干预措施维:危险货物道路运输包括三个参与方——政府、企业和车辆，分别代表宏观、中观和微观水平的应急管理参与者。图1中的“干预措施维”表示通过建立三者之间的信息沟通渠道来控制事故风险，并为政府的应急管理部门提供应急决策支持。

图1　风险控制模型Eig.1 Risk control model

2　危险货物道路运输综合应急管理系统

风险控制模型揭示了危险货物道路运输事故演变的各个阶段以及政府、企业和车辆在各个阶段扮演的角色，并给出了应对方法——建立三者间的信息沟通渠道，以控制事故风险，并实施有效救援。赵建有等［9］提出了危险货物道路运输管理信息系统的框架，郗恩崇等［10］提出了危险货物道路运输突发事件的应急保障管理系统，为危险货物道路运输管理信息系统的建立提供了一定的理论基础。据此，本文建立并开发了一个危险货物道路运输综合应急管理系统，该系统包括供危险货物运输车辆使用的“车载监控系统”、供危险货物运输企业使用的“风险管理系统”以及供政府应急指挥中心使用的“应急决策支持系统”，系统的核心部分的开发思路如图2所示。

图2　危险货物道路运输综合应急管理系统开发思路Eig.2 Development idea of the integrated emergency management system

2.1车载监控系统

车载监控系统安装在危险货物运输车辆上，车载硬件装置由嵌入式tiny6410型号ARM核心处理器、GSM模块、GPS模块、STC89C52型号单片机、传感器（烟雾、火焰、震动等）等构成，使用arm-linux-gcc编译器在ARM核心处理器上实现传感器的实时数据传输与检测。车载监控系统的功能及安装目的详见表1。

表1　车载监控系统的功能及安装目的Table 1 Eunctions of on-board monitoring system

车载监控系统能够实现以下四个功能:第一，车辆定位。通过安装在车载监控系统上的GPS模块，实现对车辆的实时位置信息的获取，一旦车辆发生事故，危险货物运输企业将在第一时间获取事故车辆的位置信息，并通过风险管理系统将该信息同步发送到应急指挥中心的应急决策支持系统上，以便应急指挥中心迅速派遣救援力量到达事故现场，快速开展救援；第二，危险货物状态监控。通过安装在罐车上的传感器设备，能够获取危险货物的温度、是否有明火产生等状态参数，以监控可能出现的危险情况，并通过无线传输装置将这些参数传输到危险货物运输企业的风险管理平台。但需要指出的是，传感器的种类及数量需要根据危险货物的特性及运输条件设置，此处为示例；第三，驾驶员疲劳检测。对摄像头采集的驾驶员眼动视频信息进行解码编码处理，并将该信息发送到危险货物运输企业风险管理系统终端，实时检测驾驶员的驾驶状态；第四，监控异常报警。ARM核心处理器在接收到任意监控模块异常数据后，启动蜂鸣器蜂鸣报警，警示驾驶员可能存在的危险状况，如罐体温度异常、罐体出现明火、驾驶员出现疲劳驾驶等情况。

以上功能在实验室的验证试验中已经实现，在实际应用和推广中还应注意系统与车辆的兼容性，如传感器的安装位置应该根据载运的危险货物和罐体的特性调整，还应对驾驶员进行培训，使其能够接受并正确操作该系统。

2.2风险管理系统和应急决策支持系统

本文利用Visual Studio 2010软件，以C#为编程语言及.Net为构架，通过Arc Engine引擎编写应用程序，并利用Access 2003数据库存储相关数据，同时利用Arc Map和ArcCatlog软件编制适用于不同终端的地图，包括运输企业风险管理系统专用地图和政府应急指挥中心应急决策支持系统专用地图，分别建立风险管理系统和应急决策支持系统。

2.2.1风险管理系统

风险管理系统供运输企业使用，是该企业实时监控运输车辆运行状态的有效工具。图3是风险管理系统的界面，它支持基本的地图操作，如缩放、拖曳和全局显示等；此外，该平台的输入输出模块支持对车辆基本信息和实时信息的获取、处理和显示。

图3　风险管理系统界面Eig.3 Interface of risk management system

风险管理系统的主要功能如下:

（1）运输信息的存储和传输。风险管理系统支持对车辆基本信息的输入和存储，车辆的基本信息包括:车牌号、危险货物种类、驾驶员信息、始发地和目的地等。在运输过程中，运输企业能够随时调取这些信息，并在紧急情况下传输给应急管理部门。另外，该平台建有危险货物数据库，存储了各种危险货物的物理和化学特性，运输企业能够随时调取这些信息，并有针对性地指导运输活动和事故救援。

（2）车辆位置识别。风险管理系统能够接收车载硬件终端GPS模块发来的地理信息数据，将车辆标定在运输企业风险管理系统专用地图上，一旦发生事故，运输企业能够立即获取事故车辆的位置，并将这一信息发送给政府应急指挥中心的应急决策支持系统。

（3）驾驶员疲劳监测。风险管理系统通过分析由车载监控系统传回的驾驶员眼动视频，测算驾驶员的疲劳指数（如图3右侧部分的人眼识别及疲劳指数显示）。疲劳指数是驾驶员闭眼时间的函数，这里设定疲劳指数的阈值是10（对应于4 s长的闭眼时间），一旦驾驶员闭眼时间超过4 s，即认为驾驶员处于疲劳驾驶状态。图4（a）为正常状态下驾驶员的疲劳曲线，疲劳指数低于2；图4（b）为疲劳状态下驾驶员的疲劳曲线，疲劳指数超过阈值10，驾驶员则被判定为疲劳驾驶，这时风险管理系统将收到车载监控系统的报警信息，这一报警信息也将通过车载监控系统向驾驶员报警，由此可降低疲劳驾驶带来的潜在风险。

图4　不同状态下驾驶员的疲劳曲线Eig.4 Variation curves of fatigue under different circumstances

2.2.2应急决策支持系统

应急决策支持系统（见图5）供政府的应急管理部门使用，能够为应急管理部门提供应急决策支持，其基本功能如下:

（1）获取事故信息。事故发生后，应急管理部门能够第一时间获取事故信息，包括事故现场的地理信息和实时信息。地理信息包括事故现场周围的救援力量及救援物资信息、人口分布信息和污染区域预测信息；实时信息主要指事故车辆的位置信息，这一信息来自运输企业端的风险管理系统。

图5　应急决策支持系统Eig.5 Emergency decision support system

（2）提供应急救援预案。应急决策支持系统的数据库中存储有针对各类危险货物运输事故的应急处置预案，一旦发生危险货物运输事故，应急管理部门能够迅速从应急决策支持系统中调取有针对性的预案，为应急救援提供决策支持。

（3）污染区域预测。危险货物运输事故造成的污染区域的影响范围取决于危险货物性质、环境特性、天气和风速等因素。应急决策支持系统采用高斯烟羽模型模拟污染区域，该模型的公式为

其中:X为污染物的浓度值（μg/m2）；x为下风向距离（m）；y为侧风向距离（m）；z为目标点的海拔高度（m）；t为危险物质泄漏后经历的时间（s）；H为污染源的海拔高度（m）；Q为危险物质释放率（g/s）；u为风速（m/s）；σy和σz分别为y方向和z方向的扩散参数（m）。

基于高斯烟羽模型，应急决策支持系统能够以危险物质泄漏源为基点生成不同浓度水平的污染区域图（见图6），应急指挥中心和救援力量由此估计出污染物的致伤和致死范围，有针对地疏散预测区域内的人员，从而减少和避免人员伤亡。

图6　应急决策支持系统污染区域评估界面Eig.6 Interface of evaluating the pollution area of emergency decision support system

需指出的是，运输企业端的风险管理系统和政府应急指挥中心端的应急决策支持系统都能够获取车辆的实时信息，但由企业端负责日常监管，依靠车载监控系统和风险管理系统之间的信息联动降低车辆运行中的风险，只有在事故发生时，应急指挥中心端接到警报后才调用车辆的实时信息，这样一方面降低了应急指挥中心的工作量，另一方面避免了车载平台的巨大资源占用负荷。

3　危险货物道路运输综合应急管理系统的运行过程

本文以一辆运输液氨的罐车为例，来说明危险货物道路运输综合应急管理系统运行的全过程。

液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈的刺激性气味，且易溶于水，一旦泄漏，极易气化为气氨。液氨与空气混合能形成爆炸性混合物；遇明火、高热能引起燃烧爆炸；若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。在我国，由火灾、爆炸、泄漏造成的危险品运输事故占一半以上［11］，造成了大量的人员和财产损失。根据前述的风险控制模型，危险货物道路运输综合应急管理系统能够使车辆、企业和政府（应急管理部门）在风险演变的各个阶段发挥着重要作用，详见表2。

表2　车辆、企业和政府在风险演变的各个阶段的职责Table 2 Roles of vehicles，companies and governments in different phases of risk evolution

危险货物道路运输综合应急管理系统的运行过程见图7，该系统的运行可分为风险管理和应急决策支持两个阶段。

3.1风险管理

风险管理可分为风险前和风险中管理两个阶段，综合应急管理系统在这两个阶段的运行能够减少和规避发生液氨运输事故的风险。

3.1.1风险前

液氨运输车辆上路运输前，风险管理系统将录入车辆的基本信息，包括车牌号、危险货物种类（液氨）、驾驶员信息等，并将这些信息传输到应急决策支持系统。一旦车辆发生事故，这些信息将为应急决策和救援行动提供信息支撑。车载监控系统连续地收集车辆的实时信息（如车辆位置、液氨温度和驾驶员疲劳程度），并无线传输至运输企业端的风险管理系统，企业通过风险管理系统实时地监控在路运输的车辆。

3.1.2风险中

当危险状态出现时（如车载监控系统检测到液氨温度过高），车载监控系统向驾驶员发出报警信息，并将该报警信息传输给运输企业的风险管理系统；运输企业收到报警信息后，联系司机注意车辆出现的危险状态并采取必要措施；同时风险管理系统将车辆的报警信息传输给应急决策支持系统。类似的险情的检测和排除过程能够有效地避免风险演变为运输事故。

图7　危险货物道路运输综合应急管理系统的运行过程Eig.7 Principle diagram of the operation of the integrated emergency management system

3.2应急决策支持

一旦发生液氨泄漏事故，运输企业端的风险管理系统立即将该事故信息传输至应急决策支持系统，政府应急指挥中心接收到事故信息后，依靠应急决策支持平台完成以下工作:

第一，获取事故车辆的基本信息和实时信息，基于这些信息从数据库中调取液氨的相关信息及处置预案（见图8），有针对性地处置液氨泄漏险情。

第二，通过电子地图获取事故地点周围的救援力量信息（如公安、消防、医院、救援物资等），并将该信息报送到救援现场。

第三，预测污染区域，有针对性地疏散人员。由于液氨具有强烈的挥发性和毒性，一旦发生泄漏，需要对污染范围内的人员进行疏散。应急决策支持系统将预测不同范围内液氨的浓度并生成浓度等高线（见图6），使救援人员能够有针对性地疏散影响范围内的人员。

图8　风险管理系统调取液氨的相关信息Eig.8 Related information of liquid ammonia obtained from the risk management system

发生液氨大量泄漏时，根据从应急决策支持系统中调取的处置预案，应将预测的污染范围内的所有未防护人员向上风向疏散，应急处置人员应穿上全封闭重型防化服，佩戴好空气呼吸器，在做好个人防护措施后，用喷雾水流对泄漏区域进行稀释，使现场的氨气逐渐散去，并利用无火花工具对泄漏点进行封堵。

3.3事故后——反馈阶段

参与应急处置的各方对危险货物道路运输综合应急管理系统实际运行中的反馈是对系统升级改造的重要依据，因此在救援行动结束后，运输企业、政府应急指挥中心、救援人员和司机都要总结系统运行中存在的不足，开发人员对该系统做相应改进，以提高其实用性和稳定性。

4　结 论

很多危险货物运输事故源于对潜在风险预判的缺失，加之缺少有效的应对措施，这些事故往往导致非常严重的后果。本文基于风险控制理论，建立并开发了一套服务于危险货物道路运输全过程的综合应急管理系统，该系统由车载监控系统、风险管理系统和应急决策支持系统组成，分别服务于车辆、运输企业和政府部门（应急指挥中心），并实现了三者的信息沟通，通过三者之间的联动能够有效控制事故风险，减少事故发生的频率，且在事故发生后，应急救援力量能够在该系统的帮助下采取科学有效的救援措施，降低危险货物运输事故带来的损失。总之，该系统提高了危险货物运输的安全性和应急反应措施的有效性。

［1］虞明远，李世武，解晓玲，等.道路危险货物运输监管过程分析及对策研究［J］.公路交通科技，2010，27（8）:155-158.

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Development of an Integrated Emergency Management System for Hazardous Materials Transport

MA Qingyuan1，WANG Chen1，2，LU Jian2，GAO Tingting1
（1.Transportation Research Center at Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China；2.School of Transportation Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China）

Considering the defects in hazardous materials transport in our country，this paper presents an Integrated Emergency Management System（IEMS）for hazardous materials transport based on the risk control theory and several techniques such as GIS secondary development，database technology，socket wireless communication，GPS-based positioning，eye location，etc..The system achieves real-time positioning of the vehicles，monitoris the state of the drivers and vehicles，and performs the functions of early warning of abnormal state of drivers and vehicles，risk warning and emergency rescue，etc.The system strengthens the real-time monitoring of the process of dangerous goods transport，and thus improves the ability of accident prevention and emergency decision，which is significant for the safety and reliability of hazardous materials transport.

hazardous material；road transport；integrated emergency management system；real-time monitoring

X92；X951

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.05.019

1671-1556（2015）05-0107-06

2015-01-06

2015-08-01

江苏省交通科学研究计划项目（2012R06）

马清源（1990—），男，硕士研究生，主要研究方向为交通运输规划与管理。E-mail:Shanghai Jiao Tong University

王晨（1985—），男，博士研究生，讲师，主要从事交通安全方面的研究。E-mail:wkobec@hotmail.com