毕业设计（论文）-浅析GIS在城市公共安全应急救援的应用.doc

龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目：浅析GIS在城市公共安全应急救援的应用 专 业： 测绘工程 班 级： 11测绘班 学 号： 2011092639 姓 名： 钟帆 指导教师： 邹丹 职称： 讲师 资源工程学院浅析GIS在城市公共安全应急救援的应用资源工程学院 测绘工程2011092639 钟帆 指导老师:邹丹【摘要】随着城市功能的日益复杂化，现代城市生活所需面临的风险也随之增加。所以世界各国都越来越加地重视在城市突发安全事件后所采取的应急救援措施。因此，在发生重大的公共安全事件后，根据灾害事件现场反馈的信息、以及应急救援力量和资源的空间分布情况等信息，并利用地理信息系统（GIS）的空间分析功能，对安全事件进行分析并生成分析预案，再根据实际情况制定应急事件救援预案；进而采取迅速而有效的救援行动。救援结束之后，清理事故现场，解除封锁，并总结分析此次救援行动，并将它导入地理信息库中做为案例分析。本文的主要研究内容是探讨基于GIS应对城市发生了公共安全事件之后的应急救援，并通过对毒气泄漏事故的救援分析对GIS在公共安全应急救援中的应用进行进一步地分析。【关键词】公共安全；GIS;空间分析;网络分析；应急事件救援1 引言.42 地理信息系统.42.1 GIS空间分析.52.1.1 叠加分析.52.1.2缓冲区分析.52.1.3网络分析.53公共安全应急救援决策.53.1应急救援决策流程分析.63.2应急救援决策中主要步骤.63.2.1接警处警.63.2.2应急救援.63.2.3应急恢复与结束.74案例分析化工厂毒气泄漏应急救援.74.1 化工厂应急救援流程.74.1.1缓冲区的确定.74.1.2最佳路径分析.94.1.3应急救援.124.1.4搜救与疏散.124.2应急化工厂毒气泄漏解决思路分析.125结语.126致谢.137参考文献.148 abstract.151.引言21世纪来临，全球城市化进程加快。同时也伴随着城市人口地急剧增长，城市面临着前所未有且越来越为复杂多样的城市公共安全问题，严重地威胁着城市的可持续发展，给城市治理带来了更为复杂的挑战。例如2001年美国发生的9.11事件发生在人口密集的城市高楼聚集地内，2003年韩国大邱市地铁火灾事件，以及2003年SARS在我国城市肆虐等1。且根据有关部门统计结果表明，我国每年因各种类型的公共安全事件和灾害事故等造成大量的人员伤亡，同时也造成了不可挽回的经济损失2。而传统的应急救援手段缺乏统一的指挥，接警处警速度也慢，不能够在较短时间内做出最为合理的应急救援预案，拖延了救援的最佳时期，往往造成了很多不必要的损失。而基于地理信息系统的应急救援系统将处理大量的城市地理信息和空间信息，能更好根据事故情况进行科学决策，协调各救援力量进行安全救援。这样能够在很大程度上改善城市的公共安全救援面貌。并在此基础上通过更为科学有效的应急预案，实施更加及时高效的应急救援方案，能够极大地降低城市所受灾害的影响，减少不必要的人员伤亡和财产损失。本文的主要研究内容是探讨基于GIS的城市应急救援系统在发生公共安全事故后进行高效的救援行动。其中应急救援系统将要通过地理信息系统中的缓冲区分析和网络分析等对事故地进行分析研究，为部署救援决策提供依据。同时通过公共安全的应急救援流程，将救援工作更好地统一规范化，充分利用现有的资源，并合理的分配救援力量，挽回损失。本文还将通过漳州市的某化工厂毒气泄漏事件作为例子进一步分析基于地理信息系统（GIS）在公共安全应急救援中的应用。2 地理信息系统地理信息系统（Geographic Information System或 GeoInformation system，GIS）是一种专门用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的信息系统。能够为用户实时地提供多种空间和相关的动态地理信息，并且相对于传统的信息处理方法有着显著的区别。传统的信息管理系统信息量繁杂，臃肿，查询时间较长等，而地理信息系统它能更加便捷地分析数据和数据可视化等优点。在城市公安安全应急救援中的分析中，充分利用GIS的分析能力进行空间分析，所得分析结果能够为相关人员进行及时开展组织救援行动提供参考。本案例将利用ArcGIS10.2软件进行相应的数据处理和空间分析，在公共安全领域的综合应急救援工作中面对化工厂的毒气泄漏事件，主要完成以下几个方面的步骤:首先确定发生灾害事故发生现场的位置，然后对该地区进行缓冲区分析，进而利用GIS中网络分析的最佳路径分析，选择最佳的救援与逃生路径，减少救援所需时间，挽回可能造成的不必要的损失。最后灾害事故结束之后，将该事件所面临灾害情况，所采用应对措施及各项救援中所暴露的不足皆导入地理信息数据库中，进行分析总结。2.1 GIS空间分析2.1.1 叠加分析空间叠加分析（spatial overlay analysis）是指在统一的坐标投影下，将两幅或两幅以上的图层进行叠加，得到一个新图层的分析方法，所得新图层包含原图层所有要素属性。在叠加分析过程中主要是主要涉及数据类型间的叠加。即点、线、面两两的叠加。在ArcGIS中叠加分析主要适用于一些最佳栖息地、学校、住宅等这类的适宜性分析的位置选取。通常叠加分析需要分析考虑众多的不同类型因素，并且还需分析考虑各因素的重要性等。2.1.2缓冲区分析缓冲区分析是指分析目标对象对周围事物所造成的影响，根据目标所属的类别（如点、线或面）来确定影响的范围，标出其缓冲区范围。以便为特定的分析或者决策提供依据。2.1.3网络分析在人们的现实生活中，存在着许多不同种类的网络，如交通网络、水系网络、城市基础设施网络 3，而地理信息系统中网络分析就是对这些不同的网络系统进行分析4。其中网络分析中的最短路径分析主要用来计算并显示从目标点到源的最短路径或者最小成本路径。在发生灾害事故之后，利用GIS对所发生事故的地域进行分析，其中利用缓冲区分析分析灾害事故所造成危害范围，并将所造成的危害范围进行分级。叠加分析将对事故范围的重要地物及聚集区进行提取，便于管理公共安全的相关部门进行部署决策。而网络分析中的最短路径分析将对事故范围内的道路情况进行分析，根据实际情况，设置障碍点，选择最佳的救援和逃生路径，减少不必要的人员伤亡，最大限度地挽回损失。 3公共安全应急救援决策城市在发生突发公共安全应急事件后，能否在最初开始阶段迅速且有效的采取应急救援方案，将决定整个事件能否得到最为有效地控制，也将决定能否把事故损失降至最低5。而当灾害事故发生之后应尽快生成应急救援方案，并调动一切抢险救援力量如工程抢险、交通管制、消防救援、医疗救助、人员疏散和专家支持等在事故发生后控制其发展，并尽快营救受灾人员，减少人员伤亡和财产损失。3.1应急救援决策流程分析应急救援决策主要分为三部分，即接警处警、应急救援、应急恢复与结束。其中应急救援首要便是接警及处警，在事故发生的最初阶段，及时做出有效反应，调到最近救援力量以最快速度赶往事故现场判明灾情，为决策提供最准确的信息能够将事故的危害降至最低。而事故发生之后所进行的应急救援通过所建立的应急救援系统通过对灾情分析，将进行一系列的应急救援行动如（交通管制、人员疏散、物资配送、警戒划区、现场监控等）能最为有效、科学的调动救援力量，进一步减少事故所造成的损失。当事态最终得到有效控制后，应急救援决策将对现场进行清理并解除警戒，至此将宣布应急救援结束，同时恢复事故前该事故区的交通秩序。并将该事故录入到GIS信息数据库中，并总结经验教训，为此类事件积累经验。公共安全应急救援决策流程如下所示。事故发生信息反馈接警警情判断处警NN请在此放置您的文字 各力量救援 人员疏散应急救援 扩大应急交通管制事态控制制划分警戒区申请增援 总结评价应急恢复与结束现场清理解除警戒应急救援决策流程图3-13.2应急救援决策中主要步骤3.2.1接警处警接警和处警是指公共安全救援部门处理对来自如（固定电话报警、手机、网络信息、即时简讯等）和其他各类形式的报警信息6。而接警就是通过开通报警电话，建立重点时段重点坚守，并与公安、医院、消防等建立统一的接警平台。当某地发生安全事故时， 地理信息系统将根据报警人员的电话号码或者其所提供的事故地点关键词等快速且准确的定位到事发地点。并根据事发地所处位置，确定其位于哪个管辖区域。并在第一时间组织管辖区域的救援力量 (如公安、消防、交警、医院等) 到达事故现场进行救援。 3.2.2应急救援确定事故位置后，通过GIS快速甄别、选择，并按照最短路径分析调配救援力量，从而指挥应急救援力量第一时间赶赴现场。在各救援力量到达事故现场后迅速展开救援行动，这时可根据GIS所提供的应急救援方案组织人员疏散，实施交通管制，物资的配送，警戒区划分及现场监控等实施现场应急救援。在救援过程中，GIS将判断现场救援事故的控制情况，若发现事故现场情况没得到有效控制，则将申请救援，并依据受灾情况合理地扩大应急救援。3.2.3应急恢复与结束在对公共安全事故进行救援过程中，应根据事态进展判断灾害事故是否得到了有效控制，若依然没得到有效控制，则应当再根据当前事故所处状况相应的增加救援力量，以求最终有效控制事态发展。反之，灾害事故得到了有效控制，则应进行现场清理及解除警戒，同时宣布应急救援结束。再通过地理信息系统将发生至此地的救援行动的状况录入到案例数据库中，并对该次应急救援行动进行评估统计和分析。4案例分析化工厂毒气泄漏应急救援位于漳州市芗城区胜利东路九龙公园附近的某氯气化工厂发生毒气泄漏事故，氯气化工厂所在位置位于图4-1中的point A。（该图所采用的比例尺为1：100）。图4-1 漳州市九龙公园示意图在化工厂毒气发生泄漏之后，依据应急救援的流程模式，救援部门首先进行接警处警。在根据所接收的报警信息进行定位并进行初步的灾情分析，然后协调最近的应急救援力量最短时间赶赴事发地点进行进一步的灾情分析。判明了基本的事故灾害情况之后，协调各部门进行紧急的应急救援。并根据所掌握的基本情况及所能查阅调集的相关地点路段数据，周边居民聚集地等建立缓冲区模型。并根据建立起的缓冲区范围，建立最佳的逃生救援路径。4.1 化工厂应急救援流程4.1.1缓冲区的确定有毒气体（氯气）在空气中传播一定时间且当其浓度超过危险值时，人在接触之后将会出现中毒现象，并将导致轻度中毒昏迷、中度中毒致伤、及重度中毒致死等或者其他不同程度的症状。7。且相距泄漏源越近，相应浓度也将越高，所处时间越长，所受伤害也将越大。对毒气泄漏事件所造成危害范围进行估计，能为应急救援指挥提供所需必要的科学依据。为了分析的方便，将毒气泄漏事件所将造成伤害范围划分为三个区域8。致死区:位于致死区的人离泄漏源较近毒气浓度高于任何地区，因而将吸入大量的毒气，最终导致该区的多数人重度死亡。重伤区：本区内所在人员中毒程度将低于致死区，但仍可能有人会出现重度或中度中毒反应，同时仍必须在医院接受检查与治疗，少数人依然会因中毒而死亡。致伤区:该区内毒气在空气中含量低于重伤区，因而一般的重伤致死情况在该区不会出现，该区中毒人员只需接受身体检查，以及普通的住院观察，若无特殊反应几日就可出院。一般的重伤致死情况在该区不会出现，该区中毒人员只需接受身体检查，以及普通的住院观察，若无特殊反应几日就可出院。利用毒气扩散模型（盒子模型）计算毒气泄漏伤害范围9。计算重气云团的半径公式： (4.1)式中：rt时刻重气云团的半径，m；r0重气云团的初始半径，m；0重气云团的初始密度，kg/m3；a空气的密度，kg/m3；V0重气云团的初始体积，m3；t泄露开始后时间，s。计算重气云团内部有毒气体的浓度为： () (4.2)以化工厂为事故地点，计算毒气泄漏危害范围。假设某氯气（相对密度为2.50）储存区发生泄漏事故，采用毒气扩散模型，确定致死区、重伤区和致伤区的生成半径约为200、500、1000m。再根据氯气事故泄漏模型通过ArcGIS10.2软件建立缓冲区分析的三重缓冲区。在ArcCatalog建立数据集“化工厂”、“医院”、“警察局”、“居民点”、“超市”、“学校”、“道路”、“面”等，并在“化工厂”数据图中标出“化工厂”、“学校”、“医院”、“警察局”等所在位置，并选择工具“分析”中“缓冲区分析”，接着在“缓冲区分析”中选择“多环缓冲区分析”命令，在弹出如图1所示的“多环缓冲区”对话框中，在“输入要素”选择“化工厂”，在“输入要素类”中选择“D:遥感实习化工厂HGC.shp”。在“距离”中选择“添加”选项，根据毒气泄漏模型的模拟计算结果确定所建“致死区”、“重伤区”和“致伤区”缓冲半径，分别为200、500和1000m。并在当前地图窗口中显示结果。如下图4-2. 图4-2 确定缓冲区范围图经过图4-2上述操作后，最后单击“确定”按钮，生成如图4-3所示的三重缓冲区。图4-3 缓冲区范围图4.1.2最佳路径分析根据毒气扩散模型确定下致死区、重伤区和致伤区范围后，进行查询，查询最近且不在事故范围内的医院。并按照所生成的最大缓冲区进行障碍点的设置，在对现行交通不带来更大压力的前提之下，尽可能的少设置障碍点，封锁尽可能少的路段，最终所生成的路径将为所需的最短亦或是最佳路径。图4-4 确定邻近医院点在选定了医院之后，进行最短路径分析。点击打开Network Analyst右上角的图层属性表。在Analysis Settings中设置要求。其中在Impedance（阻抗）中分别选择length和mint，设置完成后，按应用，然后确定。 图4-5 最短路径操作步骤点击solve，完成以上步骤，形成最短路径图像如下。图4-6 确定最短路径最后将所形成的最短路径同毒气危害范围共同显示如下图。图 4-7 救援最佳路径图最终经过处理后得出的图4-7即是漳州市九龙公园附近某化工厂的毒气扩散危害范围，分为致死区，重伤区和致伤区三个范围区。应急救援部门根据所形成的毒气扩散区，进行初步的灾情判断，并将应急救援力量进行合理地分配与调度。同时根据所形成的最短救援路径组织救援力量对不同受灾程度的三个区进行有梯度的，分先后的进行救援，并最终将人员伤亡和财产损失降至了最低。4.1.3应急救援在最佳路径选取出后，根据图中最大缓冲区的范围，查询空间上距离事发地点较近的一些关键的地理要素点。并从图中查找到在致伤区外的医院作为紧急救援医院。在致伤区内的医院不能作为紧急救援候选医院，应当作为紧急撤离单位。最终成图结果即从化工厂（point 2）到医院（point 1 ）所生成的最佳路径如图 4-7。在化工厂发生毒气泄漏之后，根据所生成的最大的缓冲区地区致伤区，并通过所设置的障碍点形成最短路径。相关部门可根据图4-7所形成的最佳路径安排救援力量进行救援工作，将事故可能带来的伤害降至最低点。 4.1.4搜救与疏散在110到达事故现场后依据决策部门数据进行道路封锁，并进行搜救工作。其中搜救流程为：按照越靠近事故点越先进行搜索救援工作。同时对事故现场附近居民进行疏散，保证救援工作在顺利安全的环境下展开，直至整个救援工作的完成。4.2应急化工厂毒气泄漏解决思路分析化工厂的毒气泄漏属于城市特大灾害，其覆盖范围广，危害大，给城市带来了巨大的财产损失和人员伤亡。当毒气发生泄漏时，首先利用缓冲区分析受到毒气泄漏影响的附近居民点和群众聚集地，通知并组织民众进行紧急撤离，通知，通知附近的110，120，119等进行救援。110赶赴到现场之后应立即封锁段，避免一些不知情的群众误入事故危险区，然后对剩余还未撤离的人员进行紧急撤离。5结语在过去的城市公共安全事件中，因受到技术条件和救援设备不足的影响，使得应急救援的低效和不及时，造成了不必要的人员伤亡和财产损失。随着科学技术的进步与发展，地理信息系统技术更加频繁地应用于城市的应急救援中，并为应急救援决策提供强大的分析处理能力，也将使得应急救援变得更加及时、高效10。城市公共安全事故的应急救援及应急救援决策过程涉及到多行业多部门和多种人员，跨部门之间如何进行协调，又如何进行信息之间的交流与共享，这些都必须借助现代的信息管理手段和方法才能进行统一安排与调度，并在事故发生的初期阶段进行快速而准确地决策。所以地理信息系统(GIS)的出现为城市在重大的公共安全事故应急救援辅助决策提供了不同于以往传统的指挥救援方法，能够迅速决策，统一安排救援力量，最短时间内将灾害消除，挽回事故损失。在公共安全应急救援的过程中充分利用地理信息系统（GIS）不仅仅能够提高应急救援的效率，而且能够最大限度上地减少了不必要的人员伤亡和财产损失。科学合理的使用GIS技术能在城市重大公共安全事故应急救援能及时准确地为各级政府和相关部门形象、直观地提供大量的基础空间地理数据和相应属性数据。方便进行快速、准确且全面的分析。而其所产生应急救援需要的各类信息，能够使决策者做出及时而准确的最佳的判断。最终达到保障群众人身安全及降低其财产损失的目的。本文在探讨关于GIS在化工厂毒气泄漏事件中的应用时，根据应急救援流程先进行救援分析，相关部门再根据事故受灾情况分析报告进行科学决策，协调统一各救援力量，并利用GIS强大的空间分析能力对事故进行最佳的分析处理，提高救援效率，尽可能的挽回损失。6致谢大学四年匆匆而过，这四年来，收获了知识，友谊，和成长。不管在学校还是家里，父母的支持与鼓舞从没间断。即将大学毕业，首先要感谢的便是父母，谢谢你们。回望在龙岩学院的这四年，我是第一次住集体宿舍，舍友们对我的照顾很多，在生活方面经常给予我帮助，在学习方面也经常给予我提点，谢谢你们。在学校，老师们的教诲现在还耳边萦绕。在生活上有些坏习惯，辅导员许璐璐时常提醒我并鼓励我改正，谢谢她这四年的认真付出。还有便是老师们对我专业思维及专业技能的培养，他们在学业上的细心指导为我工作和继续学习打下了良好的基础，在这里我要向每位老师深深的鞠上一躬！我的毕业论文是在邹丹老师的精心指导和大力支持下完成的，在论文开始的初期，邹丹老师便召集我们进行了论文的初步指导，让我们对怎么下笔写论文有了初步的构思和想法。随后在写初稿的时候一直与我们保持联系，细心地给予论文写作的方面的指导，并指出了一些逻辑性和基础性的错误。让我对论文大方向上有了更好的把握，避免了一些相对低级的错误。谢谢邹丹老师对我完成论文的用心。她以严谨的治学态度和敬业精神深深的感染了我对我的工作学习产生了深远的影响，在此我向他表示衷心的谢意。在以后的工作生活中我将好好应用他们所教给我的各种知识与技能，使我机会回报社会做一个对社会有用的人才。还有在完成论文的过程中遇到了一些棘手的问题，我的同学黄灿鹏同学也对我提供了很大的帮助，是我能够顺利完成这篇论文，谢谢他给予的帮助。 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GIS在城市应急救援中的应用J. 地理空间信息，2007,5(1): 105-107.7杜建科.毒气泄漏过程及其危险区域分析J.中国安全科学学报，20028秦言杰, 李竹霞, 夏昕.SAFETI模拟氯气泄漏事故的参数选择及后果模拟J .工业安全与环保， 2010.9马树超, 潘峰 ,袁九毅, 仝纪龙.有毒气体大气扩散特点数学模型及其伤害浓度作用时间分析J.安徽农业科学，2007.10占辽芳， 廖野翔， 彭颖霞 ，李若瑶.GIS技术在地质灾害研究中的应用J测绘与空间地理信息， 2011. The role of GIS in urban public safety emergency rescue is analysedResourceEngineering College Geomatics EngineeringNO.2011092639 Name：ZhongFan tutor： ZhouDan 【 abstract 】 along with the complexity of urban functions, modern city life for risk als