基于GIS和GPS的城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)探討

王海哲

(江蘇威達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引言

隨著城市人口密度的增加，城市燃?xì)庑枨罅恳踩找鏀U(kuò)大。作為城市居民重要燃料之一的城市燃?xì)?，同社會?jīng)濟(jì)發(fā)展和群眾日常生活密切相關(guān)，是城市居民賴以生存的重要基礎(chǔ)之一[1]。然而隨著城市燃?xì)獾拇笠?guī)模傳輸和使用，安全隱患逐漸增加[2]。

中國燃?xì)鈧鬏斚到y(tǒng)的建設(shè)年限差別過大且工藝不同，導(dǎo)致城市燃?xì)膺\(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性和動態(tài)監(jiān)測的難度較大。而且，對整個城區(qū)范圍內(nèi)地下管網(wǎng)進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測的成本過高，人工監(jiān)控不現(xiàn)實，增加了動態(tài)監(jiān)測的難度[3]。由于資料評估方式不完整，評估結(jié)果受人為因素的影響較大，缺乏一定的準(zhǔn)確性，造成評估結(jié)果與實際的運(yùn)行結(jié)果差距較大。因此，本文通過對城市燃?xì)庑孤┣闆r的統(tǒng)計分析，確定出城市燃?xì)庑孤┑母甙l(fā)位置，并以此地點(diǎn)為核心，對周圍地區(qū)開展輻射監(jiān)測，同時借助地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)的獨(dú)特科技優(yōu)勢，為燃?xì)獗O(jiān)測實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)分析、時間關(guān)系和過程數(shù)據(jù)分析、時空位置動態(tài)可視化的強(qiáng)大功能，并通過全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)為全國用戶提供高精度、低成本的三維位置信息和快速準(zhǔn)確的定時導(dǎo)航數(shù)據(jù)，向泄漏附近的住戶及時推送疏散路徑。

1 GIS及GPS研究現(xiàn)狀

針對GIS已有許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，計藝帆等[4]闡述了GIS技術(shù)的現(xiàn)狀以及在實際檢驗過程中的應(yīng)用，并針對實際操作中遇到的問題，提出了行之有效的應(yīng)對措施。王佳利等[5]采用GIS空間分析和層次分析法，共選取了10個影響因素開展生態(tài)敏感性評價工作。黃平等[6]設(shè)計和實現(xiàn)了基于GIS的人防工程管理信息系統(tǒng)。裴玉龍等[7]通過GIS手段對公共汽車站可行性進(jìn)行建模與運(yùn)算。在燃?xì)庑袠I(yè)，GIS被廣泛應(yīng)用于燃?xì)飧?、中壓管道的驗收，以及壓力監(jiān)測和場站遙測遙信。

GPS已被廣泛應(yīng)用于交通、測繪等許多行業(yè)。王璟等[8]重點(diǎn)介紹了北斗技術(shù)在燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀。李媛[9]結(jié)合燃?xì)夤こ虦y量要求及傳統(tǒng)方法介紹，對基于GPS技術(shù)的測量技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用進(jìn)行了分析。陳傳松[10]提出燃?xì)夤こ虦y量的技術(shù)要求，并通過具體的網(wǎng)絡(luò)RTK測量技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的對比，分析了燃?xì)夤こ虦y量領(lǐng)域中GPS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

目前，學(xué)者對燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估方法進(jìn)行了相關(guān)應(yīng)用。楊克等[11]在天然氣泄漏時間不同的條件下，對天然氣管道蒸汽云爆炸的破壞范圍進(jìn)行了定量分析。王新穎等[12]建立了城市管網(wǎng)風(fēng)險預(yù)測體系，提出了一種基于深度置信網(wǎng)絡(luò)的管道風(fēng)險預(yù)測方法。陳毓飛等[13]利用LSTM模型，建立了基于大數(shù)據(jù)分析的城市燃?xì)夤艿朗┕ぶ袚p傷危害的預(yù)測模型。

2 城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 風(fēng)險數(shù)據(jù)收集

風(fēng)險數(shù)據(jù)收集是數(shù)據(jù)庫的前期準(zhǔn)備工作。風(fēng)險數(shù)據(jù)包括空間地理信息和風(fēng)險信息，可通過現(xiàn)場調(diào)查、資料統(tǒng)計和監(jiān)測監(jiān)控等方法獲得。

2.1.2 風(fēng)險數(shù)據(jù)處理

風(fēng)險數(shù)據(jù)處理主要過程包括劃分風(fēng)險單元、評估評價單元、評估城市區(qū)域整體風(fēng)險等。

2.1.3 風(fēng)險數(shù)據(jù)更新

本系統(tǒng)開發(fā)了PC終端、手機(jī)APP終端兩套管理軟件，風(fēng)險數(shù)據(jù)可通過PC端和手機(jī)終端兩種途徑實時更新。

2.1.4 風(fēng)險數(shù)據(jù)輸出

風(fēng)險數(shù)據(jù)輸出即是將城市區(qū)域燃?xì)夤艿勒w風(fēng)險可視化，利用GIS和GPS軟件實現(xiàn)此功能，形成動態(tài)風(fēng)險地圖，分別在PC終端和手機(jī)APP終端輸出。

城市燃?xì)獍踩L(fēng)險可視化與風(fēng)險事故定位的重要部分是圖層輸出。圖層輸出是指按照點(diǎn)危險源、線危險源和面危險源輸出不同維度的風(fēng)險圖，分別為評估對象風(fēng)險以及城市整體燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險。運(yùn)用ArcGIS軟件實現(xiàn)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險地圖可視化。

2.2 相關(guān)方法

針對目前城市燃?xì)庑袠I(yè)存在的主要風(fēng)險，基于“點(diǎn)—線—面”風(fēng)險分析框架，運(yùn)用GPS和GIS兩種先進(jìn)技術(shù)手段，主要監(jiān)測燃?xì)忾T站和小區(qū)的風(fēng)險狀況，對其存在較大風(fēng)險的周圍管線進(jìn)行全面系統(tǒng)的監(jiān)測和評估，推進(jìn)城市燃?xì)庑袠I(yè)安全管理工作有序進(jìn)行。

2.3 實驗手段

2.3.1 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)庫

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)庫涵蓋了各種與風(fēng)險評價相關(guān)的信息系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)分析城市空間地理信息與地面風(fēng)險信息，同時也是風(fēng)險地圖的信息存儲和傳輸中心。城市空間地理信息具體是指風(fēng)險源的位置、邊界以及周圍環(huán)境等資料；地面風(fēng)險信息是指風(fēng)險源的名稱、類別、風(fēng)險值以及風(fēng)險程度等數(shù)據(jù)，是通過城市燃?xì)馐鹿蕯?shù)據(jù)以及對重大事故案件的調(diào)查研究，并針對所在城市的實際情況，對轄區(qū)內(nèi)市場主體劃分和主體特征提取。并由此建立基于各類市場主體特征的城市動態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，通過問卷調(diào)查和理論分析得到城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全風(fēng)險的可接受程度，制定城市燃?xì)怙L(fēng)險評判準(zhǔn)則，進(jìn)行風(fēng)險值計算及風(fēng)險等級劃分。各種危險源的信息將以圖層的形式存儲于風(fēng)險數(shù)據(jù)庫中，以便使用者檢索與獲取信息。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)庫如圖1所示。

圖1 城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險評價數(shù)據(jù)庫

2.3.2 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險等級可視化

GIS地圖的最大優(yōu)勢是能夠真實提供多維動態(tài)信息和完善的人機(jī)交互用戶界面，可以更加便捷地瀏覽和搜索風(fēng)險源信息，同時也能為完成城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險可視化風(fēng)險地圖工作提供全面的系統(tǒng)技術(shù)保證。城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險可視化主要由圖層輸入技術(shù)和圖層輸出技術(shù)組成。圖層輸入技術(shù)主要實現(xiàn)了底圖導(dǎo)入、空間地理信息輸入、風(fēng)險信息錄入、圖層疊加等技術(shù)特性；圖層輸出技術(shù)是指通過點(diǎn)風(fēng)險源、線風(fēng)險源和面風(fēng)險源輸出不同維度的風(fēng)險地圖，分別對應(yīng)燃?xì)忾T站風(fēng)險、燃?xì)夤芫€風(fēng)險，以及小區(qū)、用氣企業(yè)等的風(fēng)險。ArcGIS軟件能滿足人們對城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險地圖可視化系統(tǒng)的設(shè)計要求，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險等級可視化如圖2所示，圖層輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險等級可視化

圖3 圖層輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3.3 城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險定位

GPS系統(tǒng)主要是利用32顆衛(wèi)星，測量地球上各種可測點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和高度，完成導(dǎo)航、定位作用。燃?xì)忾T站、小區(qū)及用氣企業(yè)、燃?xì)夤芫€等都位于地球經(jīng)緯度與海拔之間的唯一位置上，即GPS地址。

GPS-RTK系統(tǒng)是具備實時移動檢測能力的位置檢測系統(tǒng)，可充分融合傳統(tǒng)GPS技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是中國GPS測量定位領(lǐng)域的一項重大創(chuàng)新突破。GPS-RTK技術(shù)能實現(xiàn)戶外測量定位的實時厘米級數(shù)據(jù)，有效提高了城市戶外測量、地下管線測量的施工作業(yè)效率。城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險定位如圖4所示。

圖4 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險定位

2.3.4 手機(jī)APP應(yīng)用

本系統(tǒng)隨PC端城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險可視化系統(tǒng)附帶設(shè)計了移動端APP，該APP方便工作人員在實際現(xiàn)場情況下使用。APP應(yīng)用包括城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險信息瀏覽、逃生路線規(guī)劃及自救信息提供。一般用戶登錄只顯示風(fēng)險信息瀏覽鍵，工作人員則顯示信息瀏覽、風(fēng)險信息輸入兩個界面；按信息瀏覽快捷鍵即可顯示指定城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險地圖，可得到該區(qū)域風(fēng)險名稱及風(fēng)險等級等信息。若發(fā)生燃?xì)庑孤?，APP會向燃?xì)夤?、社區(qū)、用戶發(fā)出警示信息，預(yù)防燃?xì)獗ㄊ鹿拾l(fā)生；若發(fā)生燃?xì)獗ㄊ鹿?，APP會自動向燃?xì)夤?、社區(qū)、用戶及消防部門發(fā)送事故信息，在波及范圍內(nèi)的人員同時收到信息警示、自救信息以及逃生路線。風(fēng)險信息輸入界面需工作人員手動輸入或編輯風(fēng)險名稱、等級等信息，及時反饋到風(fēng)險數(shù)據(jù)庫。每位工作人員擁有獨(dú)立的登錄賬號及密碼，只需在APP上進(jìn)行登錄即可查看負(fù)責(zé)區(qū)域的風(fēng)險分布情況，并能夠及時反饋現(xiàn)場信息，更新城市燃?xì)鈪^(qū)域風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)城市燃?xì)怙L(fēng)險動態(tài)管理。APP應(yīng)用界面系統(tǒng)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 APP應(yīng)用界面系統(tǒng)構(gòu)圖

3 城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用前景分析

本研究的目的在于將城市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險動態(tài)評估系統(tǒng)做成一款真正的集成的智能化系統(tǒng)，不僅僅受限于人的主觀評價，而是根據(jù)監(jiān)測所得參數(shù)，實時動態(tài)地進(jìn)行智能化運(yùn)算和判斷，最終反饋到管理者終端。對風(fēng)險的實時管控，可以更加有針對性、有效率地實施風(fēng)險管理，進(jìn)而有效預(yù)防城市燃?xì)庑孤┑仁录陌l(fā)生并降低事件造成后果的嚴(yán)重程度。由于本系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可移植性和靈活性，能為不同組織和機(jī)構(gòu)提供服務(wù)。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合城市燃?xì)膺\(yùn)輸使用的實際情況，應(yīng)用區(qū)域災(zāi)害系統(tǒng)理論提出致災(zāi)因子指標(biāo)、承載載體指標(biāo)以及孕災(zāi)環(huán)境指標(biāo)，對燃?xì)膺\(yùn)輸使用過程中涉及的單元依據(jù)點(diǎn)線面進(jìn)行區(qū)域劃分，構(gòu)建區(qū)域風(fēng)險評估模型。根據(jù)GIS技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)險地圖可觀測各個區(qū)域內(nèi)風(fēng)險程度，基于GPS定位技術(shù)對泄漏點(diǎn)進(jìn)行實時定位，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳回主機(jī)以及時采取應(yīng)急措施，使風(fēng)險損失達(dá)到最小化。

(2)本系統(tǒng)受用對象范圍廣，不僅面向燃?xì)馄髽I(yè)、政府、消防，還適用于使用APP的用戶，可以使用戶了解所在范圍區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險信息。

(3)本系統(tǒng)靈活性較強(qiáng)，可以根據(jù)用戶反饋，實時更新風(fēng)險地圖，并對燃?xì)鈴妮斔偷饺霊舻娜^程進(jìn)行監(jiān)測，安全程度高。