重大核事故现场应急处置“一张图”技术研究

袁伟 李藐 李浪 陈显波

《中国的核应急》白皮书指出，核应急事关重大、涉及全局，对于保护公众、保护环境、保障社会稳定、维护国家安全具有重要意义。随着军事现代化建设步伐不断加快，部队涉核活动频次显著增加，发生核材料燃烧、爆炸、泄漏等核事故可能性加大。核事故一旦发生，无法采取科学有效的处置行动，将严重危及人员和环境安全。目前，部队围绕核应急开展了一些专项建设，配套了指挥控制、辐射监测、污染压制、洗消去污等系列化装备，但仍然存在不少实际问题。例如，部队缺乏处理真实核事故经验，对于场景危害没有具象化认识，难以结合核事故态势将各类应急装备进行联动部署运用；现有的应急处置系统与GIS 结合不紧密，在面对应急单位存在的数据标准规范不统一、资源共享不足、信息化软件多样化等情况，难以实现各个分散数据的有效整合、调取和综合利用[1]。

为了解决上述问题，笔者结合前期核事故源项模拟、污染扩散、辐射评估、决策优化等研究工作，采用计算机信息处理、数学建模分析、立体空间展示等多种技术，设计开发了服务于重大核事故现场应急处置的“一张图”系统，通过该系统的实时状态信息展示，帮助决策者快速掌握事故趋势、力量调遣、运输条件和交通状况，在短时间内进行全局的兵力筹划和行动规划，让应急行动信息在“一张图”上一目了然，从而为部队核应急处置行动的全过程提供精准智慧、科学高效的有力支撑。

1 系统总体设计

“一张图”系统以贴近部队核应急业务工作实际需求进行设计，主要由硬件层、数据资源层、支撑服务层、计算层、可视化层和用户层等六大部分组成。

其中，硬件层包括计算机工作站、显示屏和相关传输设备等设施。数据资源层用于储存和管理核事故区域地形数据、气象数据、源项数据、辐射数据、资源数据等，以及开展核污染态势分析评估和应急行动策划的相关计算模型。支撑服务层主要提供数据管理、综合查询、数据通信、地理信息、权限设置等服务功能，通过建立统一的数据运行环境为各类应用提供服务支撑。计算层主要开展核污染态势分析评估和应急行动策划所必要的运行计算，通过适当的支撑服务和对所需数据资源的分配调度来实现计算过程。可视化层主要借助地理信息可视化、三维场景可视化、图表可视化等手段，实现放射性污染扩散和事故现场应急行动态势的二维、三维展现。用户层是通过人机交互界面实现系统业务操作、基础数据管理和升级维护等功能任务[2]。图1为系统主体架构示意图。

图1 系统主体架构示意图

2 系统功能特点

“一张图”系统以大量应急信息作为主要数据根基，以基础信息管理、危害态势分析和行动决策建议作为重要功能，初步形成了“部门数据一体化、二维三维一体化、评估决策一体化”的大数据库和应急管理平台，将传统核应急的“以救为主”变为“以防为主”，将“各行其是”变为“智慧融合”，实现以最小投入代价取得最好现实效果。

2.1 多源数据全面融合，一图统览风险全局

针对当前涉核活动安全风险涉及的类型增多、风险隐患的隐蔽性和风险防控的复杂度提升等情况，着眼于“大安全、大应急”格局，充分梳理辨识动态活动过程中的主要风险点和危险场所，确定风险易发节点和转化拐点，汇聚多源风险数据、相互交叉印证，建立起应急综合时空的科学精准大数据库。

迄今为止，“一张图”系统已经整合覆盖部队涉核活动区域内气象、交通、水文、山林等多类安全风险源信息的空间化建库，完成了包括应急专家、应急队伍、应急装备、应急物资等70 余类资源的数据汇聚、整理、归类和存档。通过空间分析技术可快速查询就近重点关注对象和周边应急资源分布情况，实现救援指挥调度的数据资源实时动态展现、精准智能分析，并结合工作持续补充完善，全面掌握应急管控底数，为涉核活动风险防控提供重要的数据支撑。

2.2 危害影响预先掌握，事故后果科学评估

在调研和汲取国内外核事故后果评估成果的基础上，充分考虑部队涉核活动期间发生核事故的主要特点，解决中小尺度环境下放射性物质大气输运仿真模拟关键技术，建立起满足源项数据处理、受照剂量评价、污染过程三维可视化的危害后果评估模型。通过雨情、水情（水库、河道）、卫星云图、气象雷达、降雨分布、天气实况等区域实时数据的传输接入，对核事故危害后果、影响范围进行预先研判，确定不同区域范围内人员的受照剂量，为核应急指挥决策和应急救援行动方案的制定提供判断依据[3]。

2.3 兵力调遣运筹帷幄，应急行动智慧决策

“一张图”系统主要以核事故危害分析结果为核心，结合事发区域当时环境条件并按照公众、应急人员的辐射干预水平要求，划定包括事故核心控制区、警戒封锁区、疏散撤离区、外围保障区等不同范围区域，对于部队各级应急力量进行有针对性地排兵布阵，确保指挥控制和处置行动更加精准[4]。该系统集成远程监控、图像传输等应用系统和功能接口，可实现一键直呼、协同调度多方向应急资源，支持将数字化预案相关要素和指挥过程进行多种方式的可视化呈现，支持应急行动路线规划、应急行动兵力部署、应急行动作业能力等过程动态推演，从而为核事故专题化处置提供全方位智慧决策支持。

3 系统实例演示

“一张图”系统综合集成了大量基础信息、地图服务、全景服务、应急管理及监测数据，以实现上级指挥机构统一指挥调度、各救援单位之间协同联动的处置行动机制。对于操作使用者而言，最为直观地是通过设计一个典型涉核活动核事故场景来推演展示系统应用过程，从而验证其实用性和有效性。

3.1 事故场景设计

本实例设计情况为：某部在执行涉核活动过程中由于车辆意外翻车着火，导致装载的某型核材料部件剧烈爆炸，产生大量放射性气溶胶微粒快速扩散，在下风向区域形成较大覆盖区域的辐射沾染带。核事故发生后，按照处置突发事件响应部署，现场任务人员迅疾开展第一现场处置，实施应急灭火、抢救伤员、道路警戒等行动，并迅速向上级指挥机构求援。

3.2 系统作业流程

3.2.1 事故区域重要信息调取

上级指挥机构接到前方支援请求后，按照预案启动应急响应程序。“一张图”系统按照有关指令进入应急行动模式，根据事故现场传递的简要情况通报，快速调取事故区域周边地形地貌、水文气象、交通状况、力量部署和公众分布情况等基础信息，并向有关部门申请获取实时气象、现场初步辐射监测数据等信息，做好开展放射性污染评价分析的准备工作。图2为核事故区域重要基础信息调取与查阅，通过用户界面操作能够定位查询本次任务的起点和终点、途中主要风险点、重要场所设施（如政府、医院、学校、加油站等）、事故发生点以及部队驻地和应急定点保障力量的具体坐标和相关信息。

图2 核事故区域重要基础信息调取与查阅

3.2.2 放射性污染态势分析研判

按照某型核材料部件爆炸核事故源项数据和扩散模型，结合区域环境特点进行后果评估，计算分析不同时刻放射性污染物的扩散范围、空间浓度、地面沉积水平等重要数据。计算中，由现场气象监测传感设备确定实时风向、大气稳定度参考帕斯奎尔法分级标准为C级（较不稳定状态）、地面粗糙度为B 类（田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区），得到事故后放射性危害影响数据如表1所示。图3为放射性污染态势动态分布展示。

表1 核事故放射性危害影响数据

图3 放射性污染态势动态分布展示

3.2.3 应急力量行动辅助决策

在掌握不同时刻核事故污染态势分布情况后，上级指挥机构结合核事故现场的行动信息，开展应急行动路线规划、兵力部署等工作。首先，按照应急行动预案中多种行动路线，确定路径上每个节点在评价区域中的网格位置，综合分析行动路径、行进速度、滞留时间等信息；其次，以核事故污染态势分布为输入，掌握应急人员在各任务段上的受照剂量，累积计算在整个行动路径上的总预期剂量和行动时间；最后，根据不同行动路线方案的剂量评价结果，综合剂量值、抵达时间、交通条件等要素进行合理化排序，以图表方式呈现各方案的对比结果，确定最佳行动路线和部署方案，最终形成辅助决策报告以指导部队开展后续处置行动[5]。图4为应急力量作业行动规划界面。

图4 应急力量作业行动规划界面

4 结语

本文结合笔者前期参与的核应急处置有关研究实践工作，介绍了核事故现场应急处置“一张图”的主体设计架构和主要功能特点，并以部队涉核活动发生重大核事故为案例，阐述了应急处置相关信息展示、放射性污染态势分析、应急力量行动辅助决策的具体实现过程，印证了该系统能够给予应急工作有效帮助。本文提出的系统设计功能，能够为类似系统的构建和开发提供有利的参考和借鉴。下一步，将结合部队试用和训练优化完善相关技术成果。