基本信息
- 项目名称：
- 基于地理信息系统的化学气体泄露事故应急决策支持系统研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 化学工业中因故障导致危险气体泄漏的事故时有发生,严重威胁到人们的生命财产安全,给社会造成严重影响.而随着化学工业的迅速发展,事故的危害规模也有扩大的趋势,传统的人工经验判断与决策在大型事故中已无法达到预期效果. 本作品基于地理信息系统,具备"危险气体扩散模拟"和"应急决策支持"两个相互整合的子系统,旨在为突发性化学气体泄漏事故提供精准、及时、完全可视化的应急决策支持,以降低事故的危害和损失.
- 详细介绍：
- 化学工业中因故障导致危险气体泄漏的事故时有发生,严重威胁到人们的生命及财产安全,给社会造成严重影响.而随着化学工业的迅速发展,事故的危害规模也有扩大的趋势,传统的人工经验判断与决策在大型事故中已无法达到预期效果. 经过近30年的理论发展和近10年的实践摸索,国际上对危险气体扩散模拟的研究已取得一定的成果,较为成熟的理论和软件也被用于进行相关事故的危害预测与应急救援,但绝大多数系统仅仅停留在危险气体的模拟上,没有对应急救援工作的展开提供更多研究.而我国在理论研究方面已渐入成熟,但软件应用方面较之国外还有较大差距,对进口软件的依赖威胁着国家信息安全. 本作品基于地理信息系统,具备"危险气体扩散模拟"和"应急决策支持"两个相互整合的子系统,旨在为突发性化学气体泄漏事故提供精准、及时、完全可视化的应急决策支持,以降低事故的危害和损失.其中"危险气体扩散模拟"子系统采用原创的改进模型进行高效、准确的模拟,结果具备良好的可视化空间分布特性和精准的时间模拟特性.(相关论文An Efficient Diffusion Model for real-time gas diffusion simulation已被被4th IEEE ICCSIT国际会议收录) .应急决策支持子系统基于模拟扩散结果,采用独创的路径调度规划算法,借助GIS系统精准的道路信息和专家的决策引导生成可视化的救援决策方案(相关论文Rapid Vehicle Scheduling for Emergency Personnel Evacuation in Disaster Rescue已被4th IEEE ICCSIT国际会议收录). 系统提供多种不同部门接入(如气象部门提供精确气象参数,事故单位提供泄漏物质参数,救援部门反馈救援状态等).所有仿真和决策方案都将可视化地在GIS地图中显示,为应急救援工作的规划与展开提供全方位强有力的信息支持.
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 化学工业中因故障导致危险气体泄漏的事故时有发生,严重威胁到人们的生命财产安全,给社会造成严重影响.随着化学工业的迅速发展,事故的危害规模也有扩大趋势,传统的人工经验判断与决策在大型事故中已无法达到预期效果. 【创新点】 1.独创的气体扩散模拟算法:采用了独创的模型和算法进行气体扩散的浓度分布预测,在保证准确性的基础上具备极高的运算效率和空间分布特性,利用Gauss-Kruger投影体系将扩散模拟的结果在GIS地图上直观呈现,为后续救援决策的展开提供强有力保障. 2.独创的路径规划算法：采用了独创性的调度疏散算法，对危险气体泄露影响的区域进行优先级分析,具备良好的实时性与并行执行能力,能很好的满足应急反应的需要,为紧急救援提供逼真的模拟效果. 3.全过程可视化:基于GIS系统,所有仿真、救援决策信息都将在地图上以可视化的方式呈现,为决策者和执行者提供直观参考,易于理解,节省宝贵的救援时间. 此外,本系统还创新地采用了DSS决策支持模式、B/S架构和多部门联动模式,为应急救援工作提供了一套完整、简约、高效的解决方案. 【适用性】 1.危险气体模拟子系统主要针对非重气扩散模拟，重气的扩散将被等效于小风情况的非重气扩散(在重气扩散过程中风速对危险区域范围的影响将被大幅削弱,等效具备一定的参考意义,但与实际情况还有一定差距). 2.系统对GIS地图信息有较高的依赖(如道路信息、道路流量等).因中国GIS地图需购买,故本系统演示中采用了免费开源的美国地图.
科学性、先进性
- 国内对于危险气体扩散模拟和应急救援决策的研究还停留在理论研究阶段,虽有一定量的论文文献,但鲜有考虑其应用特性. 国外对于危险气体和扩散模拟的研究较为成熟,并在此基础上推出了很多仿真模拟软件(如SLAB View等),但鲜有软件能够提供包括应急救援方案支持等关键性整合功能,无法形成一套完整的预测、决策制定系统,不利于决策方案的制定和救援工作的迅速展开. 本作品参考了大量国外理论研究文献,并根据系统实际的需求和特点,在危险气体扩散模拟和救援规划上分别发展了独创的模型和算法,在保证准确性的同时充分考虑了实时性和可视化特性. 本作品较之同类产品还具备多部门联动、全过程可视化、灵活的决策调整、B/S架构(无需客户端安装)等特点,将系统化的决策思想渗入了应急救援工作开展的每个方面.
获奖情况及鉴定结果
- 1."危险气体扩散模拟"子系统和"应急决策支持"子系统的原创模型和算法论文(2篇)已被4th IEEE ICCSIT 2011国际会议录用.该会议论文可被EI检索. 2.第十二届挑战杯 校内赛 一等奖 3.第十二届挑战杯 上海赛区 二等奖
作品所处阶段
- 已完成 V1.0版本，实现全部功能
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 1.软件演示（现部署于软件实验室服务器） 2.视频演示 3.PPT 4.截图展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 【适用范围】 本系统适用于建立化学工业事故应急决策体系,用以进行预测事故规模、气体扩散特征、制定和调整相应的救援决策方案,并以可视化的形式展现.系统需部署于服务器端,不同部门的用户通过网页浏览器访问系统,执行相应职能的操作. 【局限性】 1. 危险气体模拟子系统主要针对非重气扩散模拟，重气的扩散将被等效于小风情况的非重气扩散(在重气扩散过程中风速对危险区域范围的影响将被大幅削弱,等效具备一定的参考意义,但与实际情况还有一定差距).这将是我们下一阶段研究改进的重点. 2. 系统对GIS地图信息有较高的依赖(如道路信息、道路流量等).因中国GIS地图需购买,故本系统演示中采用了免费开源的美国地图. 【市场前景】 本系统填补了国内该领域软件的空白,相较与国外同类软件具备更优的分布式特性、更灵活的方案调整功能、更强的整合性和针对性、更高的运算速度、更低廉的价格等优势,具备较高的市场应用前景和经济效益.
同类课题研究水平概述
- 国内:同类课题研究起步较晚,对危险气体泄漏与扩散模拟及扩散影响的理论研究较为全面,但缺乏应用层面的系统开发. 国外:在扩散模拟仿真方面,国外具备较为完善的理论体系和研究环境,发展了许多成熟的理论体系,并在此基础上开发了各种仿真软件（如SLAB View,SAFER）.但存在一些不足：地图不够精细，无法为应急救援提供完整直观的信息；部分软件无封堵泄漏源后的扩散模拟，不利于救援决策的制定；大范围扩散运算速度较慢，修改因素后重新计算需要一定时间；区域绘制不够精密，具有明显的锯齿；采用C/S构架，导致其分布式特性较差，不同用户（部门）间数据同步易发生因版本差异造成的致命错误。在GIS地图可视化和事故救援决策支持系统方面，国外有接近二十年的研究。1993年，Lepofsky和Abkowitzt将GIS引入了危险化学品运输的决策支持系统；P．H．Martin、E．J．Leboeuf等人提出了一个基于地理信息系统、风险管理的溢出管理信息系统(Spill Management Information System，SMIS)；2000年，EN．de Silva等人设计了一个空间决策支持系统原型，将模拟技术与具有空间信息显示与存储能力的GIS相结合，来制定危险化学品事故的应急疏散方案。2004年，K．GZografos等人又提出的决策支持系统功能模块及一些基本原则。但总体来说，这些研究比较单一，集中在最佳疏散计划的制定上，而缺乏对应急决策整体上的研究与细致分析。并且，大多决策方案比较粗略，缺少人机交互的修正界面，也没有细致内容，缺乏对整个决策过程细致的指导。
