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上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 摘要 随着世界石油消费和运输的持续稳定增长，船舶海上溢油事故频繁发生。据统 计，从1 9 7 4 年到2 0 0 4 年，全球共发生船舶溢油事故9 2 6 6 起，这些船舶溢油事故 不仅产生了巨额的清污作业费用，而且给海洋环境和航行安全带来了巨大的损害。 为此，人们对溢油事故发生后能否迅速而有效地做出溢油事故应急反应并采取应急 措施，以控制、减少和清除污染予以了高度的重视。 本文总结了国内外当前溢油应急相关软件的现状，分析了这些软件在功能上的 不足以及船舶溢油应急决策系统的发展方向，设计了系统的总体框架，提出了系统 集成多种专业应用软件为各功能模块提供支持的体系结构，并开发了原型系统。本 文的工作主要包括： 通过分析溢油应急反应决策过程及该过程的信息需求，对系统的功能、结构体 系、各个子系统( 信息管理、溢油模拟、应急计划等) 和数据库系统进行了设计， 分析了系统用户，给出了基于不同用户的系统流程，并根据系统要求，给出了各功 能模块调用专业应用软件的框架，选择了d e l p h i 作为开发平台。 通过对地理信息系统功能和特点的分析，提出了利用m a p l n f o 组件式工具 m a p x 进行g i s 集成，并给出了具体方法。选择溢油模拟子系统所需的溢油模拟软 件o i l m a p ，根据软件的特点给出了通过v c 中间件进行调用思路和具体步骤。通 过分析s p s s 、m a t l a b 、e x t e n d 等专业应用软件功能和d e l p h i 的二次开发接口， 给出了基于a c t i v e x 接口对这些软件进行集成的思路和方式。 本文的最后通过对各个子系统的功能分析，开发了船舶溢油应急决策系统原型 系统的大部分模块，同时针对开发过程中使用的具体控件和方法，进行了简要介绍。 关键词：溢油应急，决策系统，d e l p h i ，系统集成 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 a b s t r a c t w i t ht h es t a b l eg r o w t hi np e t r o l e u mc o n s u m p t i o na n do i it r a n s p o r t a t i o n o i i s p i l fa c c i d e n t so c c u rm o r ef r e q u e n t l yt h a ne v e rb e f o r e i th a s b e e ne s t i m a t e dt h a t t h e r ew e r ea b o u t9 ，2 6 6o i is p i l ia c c i d e n t so c c u r r i n af r o m19 7 4t o2 0 0 4a r o u n d w o r l d t h e s eo i is p i l ia c c i d e n t sc a u s en u m e r o u sc o s to fw o r kr e l a t i v e t oo i i r e m o v i n ga n di m p o s eh u g ed a m a g eo no c e a ne n v i r o n m e n t c o n s e q u e n t l y , m o r e a n dm o r ee m p h a s i sh a sb e e np u to nh o wt ot a k er e s p o n s eq u i c k l ya n de f f i c i e n t l y t om a k et h es i t u a t i o nu n d e rc o n t r o ia n dt or e d u c et h ed a m a g ec a u s e db yt h e p o l l u t i o n i nt h i sp a p e r , w et o o ka no v e r v i e wo nr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fo i is p i l i r e l a t e ds o f t w a r ea n di t sl i m i t a t i o n s m a d ea n a l y s i so nt h ew e a k n e s so ft h e s e s o f t w a r ea n do nt h et r e n do fd i g i t a l i z a t i o no fc o n t i n g e n c ym a n a g e m e n t ，d e s i g n e d t h ef r a m eo fs y s t e m i n t e g r a t i n gs e v e r a ip r o f e s s i o n a ls o f t w a r ef o rs u p p o r t i n g e v e r yf u n c t i o nm o d u l ei sn e c e s s a r y , a n dt h e nw ed e v e l o p e dao r i g i n a ls y s t e m w h a tt h i sp a p e rm a i n l yi n v o l v e da r ea sf o i l o w s ： b ya n a l y z i n gt h ed e m a n do ni n f o r m a t i o nn e e d e dd u r i n gp r o c e s s i o no f d e c i s i o nm a k i n gf o ro i ls p i l lc o n t i n g e n c yr e s p o n s e ，t h ef u 九c t i o n s ，s t r u c t u r e ，a n d e a c h s u b s y s t e m sw e r ed e s i g n e d t h i ss y s t e m c o n s i s t so fi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts u b - s y s t e m ，o i ls p i l l i n gs i m u l a t i o ns u b s y s t e m ，c o n t i n g e n c yp l a n s u b s y s t e m i nt h i sp a p e r , w ea l s om a d ea n a l y s i so nt h eu s e ro fs y s t e m s y s t e m f l o ww a sd e s i g n e db a s e do nd i f f e r e n tu s e r a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o no fs y s t e m ， w em a d et h ef r a m eo fp r o f e s s i o n a ls o f t w a r ei n t e g r a t i o nc l e a r , a n dc h o s ed e l p h i a st h ed e v e l o pp l a t f o r mo fs y s t e m a f t e ra n a l y s i so nt h ef u n c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fg e o g r a p h i ci n f o i t r a t i o n s y s t e m w eu s e dm a p i n f oa n dm a p xa sg i si nt h es y s t e m w ec h o s ea n0 s p i l l i n gs i m u l a t i o ns o f t w a r en a m e d0 i l m a pt oc o m p l e t eo i is p i l l i n gs i m u l a t i o n s u b s y s t e m t h ej n t e r f a c eb e t w e e no i is p i l l i n gs i m u l a t i o ns o f t w a r ea n dw h o l e s y s t e mw a sr e a l i z e db yp r o g r a m m i n gw i t hv c a f t e ra n a l y s i so nt h ei n t e r f a c eo f s e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fd e l p h i ，s p s s ，m a t l a b ，e x t e n d ，w eu s e da c t i v e x i n t e r f a c et oi n t e g r a t i o nt h e s ep r o f e s s i o n a ls o f t w a r e i nt h ei a s tp a r to ft h i sp a p e r , w ed e v e l o p e dm o s tm o d u l ei nt h eo r i g i n a ls y s t e m o fs h i po i is p i l lc o n t i n g e n c yd e c i s i o ns y s t e m a l s ow ei n t r o d u c e dt h ec o n t r o l su s e d i ns y s t e ma n dm e a s u r et ou s e z h a ow e n p e n g ( t r a n s p o r t a i o np l a n n i n g & m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp 耐，s h ix i n k e y w o r d s = o i ls p i l lc o n t i n g e n c y , d e c i s i o ns y s t e m ，d e l p h i ，s y s t e mi n t e g r a t i o n 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的 启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签字：衅日期：j 乏斗 论文使用授权性声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定。即： 学校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅或借阅；学校上 网公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其他复 n - t - 段保留论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签字：斛导师签字：立逢过日期：埤 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着世界石油消费和运输的持续稳定增长，船舶海上溢油事故频繁发生。据统 计i l 】，从1 9 7 4 年到2 0 0 4 年，全球共发生船舶溢油事故9 2 6 6 起，其中：溢油量在 7 - 7 0 0 吨间的事故1 2 4 5 起，超过7 0 0 吨的事故有4 4 2 起。近年来比较典型的原油泄 漏事故主要有：1 9 9 6 年2 月1 5 日，“海洋女王”号在威尔士海岸泄漏1 8 0 0 多万加 仑原油；1 9 9 9 年1 2 月1 2 日，“埃里卡”号在法国西海岸发生断裂事故，泄漏3 0 0 万加仑石油；2 0 0 2 年1 1 月1 9 日，“普雷斯蒂奇”号在西班牙海域沉没，泄漏2 0 0 万加仑石油：2 0 0 4 年1 1 月1 3 日，“威望”号油轮在西班牙海域搁浅，外泄2 万吨 燃油。 上述船舶溢油事故不仅产生了巨额的清污作业费用，而且给海洋环境和航行安 全带来了巨大的损害。以a m e r i c a nt r a d e 油轮为例，该轮1 9 9 0 年2 月7 日在美国 加州的h u n t i n g t o nb e a c h 附近搁浅，溢出约1 3 0 0 吨原油，直接清污和环境损失费用 总计7 1 5 3 6 万美元。又如：1 9 8 9 年3 月2 4 日e x x o n v a l d e z 油轮在阿拉斯加的p r i n c e w i l l i a m 湾搁浅，溢出原油3 7 0 0 0 吨，由于治理不及时，致使方圆5 0 0 英里的沿海 岛屿遭受油污影响，清污及环境损失费用累计高达1 1 8 亿美元口】。 我国自1 9 9 3 年由石油出口国转为石油净进口国以来，石油进口量不断上升。 2 0 0 3 年我国进口原油0 9 亿吨，占全球石油贸易的4 5 和国内原油消耗总量的3 4 。 预计到2 0 2 0 年，我国石油需求量为4 亿吨，届时石油对外依存度有可能接近6 0 ， 因此，我国海上石油运输将呈持续快速增长趋势。随着海上石油运输量的日益增长， 船舶溢油事故也不断发生。据统计【”，1 9 7 6 2 0 0 0 年，我国沿海共发生大小船舶溢油 事故2 3 5 3 起，其中，溢油量在5 0 吨以上的重大船舶溢油事故5 4 起，总溢油量约3 万吨。以上海港水域为例，自1 9 8 4 年到2 0 0 3 年的近2 0 年问，平均每年发生船舶 污染事故4 5 起，其中多数为溢油事故。2 0 0 3 年8 月5 日，“长阳”轮被不明船舶碰 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 撞，溢出重油8 5 吨，直接经济损失近千万元，同时给黄浦江水环境造成了极大的 损害。 由上可见：海上船舶溢油事故的频繁发生给海洋环境带来了严重的威胁。与此 同时，由国家自然科学基金资助的课题“航运对长江流域水环境的影响与调控机制 的基础研究”( 7 0 2 7 3 0 1 9 ) 的研纠1 1 表明：航运对水环境质量有比较大的影响作用， 其中船舶溢油事故所造成的危害最为明显。 鉴于海上船舶溢油事故的频发性和危害性，长期以来，人们从法律、组织和技 术层面对船舶溢油事故展开了众多的研究，其中有两大研究趋势值得关注：一是为 弥补目前基于组织管理层面的船舶溢油事故研究以个案为主的缺陷，人们日趋注重 研究船舶溢油事故的共性管理技术；二是借助信息技术实现船舶溢油事故管理的数 字化，从而迅速而有效地做出溢油事故应急反应并采取应急措施，以控制、减少和 清除污染。 基于上述理论和实践背景，我们认为应急反应的数字化是提高相关部门应急反 应能力的需要，更是应急管理的发展方向，因而有必要对数字化环境下的船舶溢油 事故的管理决策技术做一系统深入的研究。 1 2 溢油相关软件综述 近几年来国内外学者对溢油相关软件的开发做了大量的工作。国外起步较国内 要早，因此成熟的软件较多。a h a 1 r a b e ha , l ，i l w l a r d n e ra n g u n a yb 针对阿 拉伯海湾开发了c m l f s p i l lv e r s i o n 2 0 【2 】溢油模拟软件。该软件采用了三维溢油模型可 对油膜在各种环境下的行为和归宿进行精确的模拟。o s r a e 3 ) 软件不仅用于溢油行 为的模拟，还可用于对溢油易发海域的预测。g r a h a mc o p e l a i l d 【4 】针对b r u n c is h e l f s e a 于2 0 0 2 年开发了o i l t r a e k 溢油模拟软件。美国a s a 公司从八十年代开始研制 开发的o i l m a p 5 系统是一个综合的溢油预测系统，是目前在国际上应用最为广泛 的溢油预测系统，可以进行二维、三维的溢油轨迹与归宿的模拟，溢油源的追溯， 以及应急反应的计算等。目前，o i l m a p 正在考虑与应急处理和指挥决策支持系统 相融合，自动记录保存与抗溢油活动和溢油损害有关的行动报告，人员费用，图片 2 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 证据等，为日后的索赔过程提供依据。由s i n t e f 开发的o s c a r 软件【6 】是在 o i l m a p 基础上，于9 0 年代初开始开发的一个包含模型和数据库的综合系统，可 对溢油的行为、归宿进行模拟，还可对溢油浓度、溢油深度以及岸线受污染程度进 行模拟，同时该软件提供了应急物资的分布情况和简单的应急策略。o s c a r 系统 结构包括：l 、归宿模型：一个三维溢油或化学品模型；2 、风化模型：基于实验数 据的溢油风化模型；3 、溢油清除模型：为溢油反应行为所做的策略分析模拟模型； 4 、生物影响模型：计算海面和水体中石油品对海洋生物的短期和长期影响的模型。 英国的o s l s 系统口】是一个简单和直观的溢油模型系统，它建立在潮流研究项目的 海岸溢油扩散和混合过程基础上。模型在以后将得到提高。另外，o s i s 提供了理 想的风险评价，应急计划和培训工具。o s t m 【7 8 l 作为澳大利亚溢油应急计划的一部 分主要完成对溢油行为的模拟为应急计划的制定提供依据。r i a m 9 1 和c o m b o s 1 0 l 都是由日本科学家针对日本海和东京海湾开发的模拟软件。r i a m 有四个部分组成： 地理与环境数据库、日本海海域潮流模型、溢油模拟模型、气象数据处建子系统； c o m b o s 3 d 的模拟对象是深水中溢漏油污和有毒气体，该系统采用c l a r k s o n 提出 的深水油污、气体泄漏运动模型对水中的油及气体的行为进行模拟并预测水体中污 染物的浓度及对周边生态环境影响的程度。 国内一些大学和科研单位在此方面也做了一些尝试。早期的有傅孙成【1 1 1 等开发 的溢油微机视算系统，该系统仅考虑了溢油的漂移和扩散，没能考虑溢油的归宿， 所以模拟精度和准确度较低。张波【1 2 峰对原来国内基于d o s 环境的溢油模拟系统 进行了改进，开发了中文w i n d o w s 环境下的海上溢油预报系统。该系统比国内原有 的模拟系统多了评价环境影响的功能。随着国内对溢油事故及应急反应的不断重 视，溢油相关软件的设计和开发不断成熟。熊德琪【1 3 j 等开发的珠江口区域海上溢漏 污染物动态预测系统在预测内容、精度等方面比原先的同类系统有很大提高。这些 系统的实质是：利用r s 、g p s 、g i s 、多维虚拟现实和计算机网络技术，借助数学 和物理模型的数字仿真来模拟船舶溢油的发生和传播的全过程，从而为溢油应急决 策提供参考。 随着溢油模型模拟技术的不断成熟，国内许多学者开始在原有的溢油行为、归 宿模拟基础上进行溢油信息管理系统和智能系统的开发。国内的开发方式大多是在 原有溢油模拟软件的基础上进行二次开发。熊德琪1 1 4 1 等在原有的溢泊模拟系统中增 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 加了有关溢油区域地理环境、环境敏感区域等地理信息开发了大连海域溢油应急预 报信息系统，这种开发模式的好处在于可在很大程度上缩短系统开发周期。刘彦呈 1 1 5 等将溢油模拟与地理信息系统( g i s ) 很好的结合使溢油模拟结果的显示更直观。 孙俊【1 6 1 等在美国a s a ( a p p l i e ds c i e n c ea s s o c i a t e s ，i n c ) 公司的溢油轨迹模拟软件 o i l m a p 的基础上开发了中国舟山港溢油模拟信息系统。该信息系统所指的信息只 是溢油模拟的结果并未涉及应急资源和应急计划的相关信息。从系统实现的功能来 讲，乔冰【1 7 1 等为深圳海事局开发的溢油应急智能信息系统是一套较完整的用于溢油 应急反应的软件。该软件不仅包括对溢油运动轨迹和不同归宿的模拟，而且还依据 应急计划和应急反应专家的知识和经验，根据模拟计算参数、海流和溢油轨迹模拟 结果，形成应急反应决策辅助方案，包括：清除溢油污染的备选技术及其适宜时间、 提议检索环境敏感资源的优先保护次序以及受污染岸线具体清污方案等。齐忠怀【l s l 所设计的基于预测和决策功能的海上船舶溢油应急信息系统与前者具有相似的功 能，只是齐忠怀在系统中增加了用于人员培训的溢油培训子系统。随着人工智能的 快速兴起，人工智能迅速地渗透到各个领域。殷佩海n9 刎等将溢油模拟与人工智能 相结合对海上溢油应急专家系统进行了研究，虽然这才刚刚起步，却是应急反应系 统的一个发展方向。这类系统主要采用d b m s 和g i s 技术，不仅可以为溢油事故 的应急反应提供决策支持，还可以用于溢油风险管理事务的规划和优先排序。其功 能主要包括：基本的地理信息系统；模拟实时数据输入；引入油品数据库并建立其 与管理决策模型的联系；环境溢油模型；溢油减灾信息的提供；系统表现评估等。 从上面溢油相关软件的综述中我们可以看出：绝大部分溢油软件以溢油行为、 归宿的模拟为主，而且模拟技术已相当成熟，模拟结果的精度和可信度相当高；但 同时存在下列问题： 第一、由于上述系统对输入数据要求较高，因此普遍存在着适应性和时效性问 题。 第二、系统信息不完备。目前的溢油应急反应系统，如孙俊等研制的信息系统 只考虑了用于溢油行为模拟的溢油事故信息而没有考虑用于溢油清除行动的应急 反应资源的相关信息；与溢油事故处理的法律、法规信息等。 第三、对于应急计划的关注较少。虽然应急计划的制定和处理是溢油事故处理 的核心，但由于应急计划和应急反应活动的特殊性，几乎没有将应急反应决策、应 4 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 急计划生成、应急计划评估和仿真与溢油模拟软件相结合构成真正的溢油应急反应 系统。 1 3 研究的目的和内容 由于溢油应急反应是一项非常复杂的系统工程，而且我国的溢油事故应急反应 体系的建立还处于初级阶段，应急反应数字化还处于发展阶段，因此对于溢油应急 反应决策系统的研究所涉及的问题很多，一次研究不可能解决所有问题。本文的研 究将着眼于溢油事故应急数字化决策的核心问题一一应急反应决策系统功能体系 的构建和系统集成性的实现。 本研究的主要目的是通过对已有文献资料的分析和对溢油事故应急处理过程 中关键环节的分析，结合计算机科学的最新成果，构建船舶溢油应急决策系统的功 能框架、实现系统的基本功能。 本文研究的主要内容主要如下： 1 ) 根据溢油事故处理过程中对信息、决策支持的实际需求，改造传统决策支持 系统的结构，完成对溢油应急决策系统的初步构架设计，包括系统目标与功能、系统 的逻辑和物理结构等； 2 ) 根据系统功能和逻辑结构的分析，结合当前流行应用程序开发平台的特性， 选取船舶溢油应急决策系统的开发平台： 3 ) 结合现有溢油应急系统数字化的研究成果，分析系统的数据需求，划分数据 库，并根据数据库这些特点，进行数据库结构的总体设计，给出数据字典和数据调用 关系： 4 ) 根据系统功能，分析各模块具体要求，给出所需专业软件的支持，并重点进 行专业系统集成性开发； 5 ) 根据已有船舶溢油应急决策模型，分析各功能模块的操作流程，设计系统用 户图形界面，完成原型系统的开发。 上海海事大学硕士论文 船舶溢油应急决策系统的研究与开发 1 4 研究的意义 应用信息技术和先进的计算机技术构建具有信息查询、应急管理、辅助决策功 能的系统是实现应急反应数字化的关键。鉴于人们对应急反应数字化的要求及国内 大部分溢油软件不具备决策支持和应急计划生成的现状，我们提出了船舶溢油应急 反应决策系统的研究。 本研究的意义在于结合我国溢油事故应急反应过程中的决策需要，研究开发溢 油应急反应决策系统。将系统的重点放在溢油应急反应中的基于大量相关信息和规 则的各种决策功能，使溢油事故应急处理过程中的决策能力更强，从而提高相关部 门的应急反应能力。将应急计划的数字化作为本研究的一个重要内容，这有助于应 急反应和应急管理数字化的进程。系统开发中完成复杂的决策支持功能需要各种专 业应用软件的支持，通过主开发平台同其他软件的接口完成对它们的调用和数据交 换也因此成为本研究的重点之一。本研究将会使计算机辅助溢油事故决策上一台 阶，为溢油应急决策人员提供了更加有力的决策支持。 1 5 研究方法和技术路线 本文的研究主要分为三个阶段，第一阶段是系统定位阶段。通过分析国内外溢 油应急反应的现状和发展趋势及当前溢油信息软件的现状和不足，提出船舶溢油应 急反应决策系统。根据海上溢油应急反应相关部门在执行应急行动过程中对信息、 辅助决策的要求分析系统的需求从而设计系统的总体体系结构及系统功能。并通过 借鉴其它领域中应急决策系统的设计来完善本系统体系结构及功能。第二阶段是系 统设计准备阶段。按照系统所要实现的功能为依据，以系统总体架构为框架对系统 各模块的结构和功能进行设计。研究各专业支持软件的接口，解决开发平台与专业 系统间的调用和数据传输问题。第三阶段是系统开发阶段。在已有船舶溢油应急反 应决策模型的基础上，开发系统各功能模块，最终完成系统的整体开发。 本文研究的技术路线如图i - i 所示： 6 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 溢油相关软件的发展和现状 国内溢油软件的问题分析 溢油应急 决策模型 立题 国内应急反应现状 溢油应急决策数字化相关成果 船舶溢油应急决策系统的研究 系 统 功 能 分 析 系 统 结 构 分 析 系 统 数 据 分 析 数据库 设计 系 统 调 用 分 析 系统集 成性实 现 船舶溢油应急决策系统开发 展望与总结 用户操作 流程分析 图1 1 船舶溢油应急反应决策支持系统研究的技术路线 7 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 2 1 系统功能分析 第2 章系统总体设计 溢油应急决策系统的目标是针对某一特定的溢油事故，建立最优的应急计划， 从而辅助决策者实施应急行动。这就要求系统具有溢油事故事前、事中、事后的全 面控制功能，具体功能结构如下： 1 ) 信息管理 系统中辅助决策行为需要大量的基础数据和参数数据支持，而信息的正确性将决 定辅助决策的质量，因此系统的信息管理显得尤为重要。系统中的信息包括一般信息、 地理信息和文本信息等( 具体见数据库设计章节) ，这就要求充分体现信息的灵活性， 信息管理模块中细化为三个部分分别对这三类信息进行管理。系统提供信息查询、修 改和输出功能来满足用户的不同需求。一般信息的操作采用操作数据表的形式进行。 地理信息将在地理信息系统上迸行操作，可以进行图形图像输出等。文本信息都是存 在相应的计算机文本文档中，在数据库中记录文件的存储位置信息，用户可以对其进 行操作。 2 ) 决策支持 溢油模拟 溢油模拟是本系统的主要功能之一，是获取溢油行为和归宿动态信息的主要方 法，更是应急反应决策的首要依据。溢油模拟应能预测溢油在今后一段时间内的活 动轨迹和归宿，并能对环境的影响程度( 溢油浓度、度性、溢油敏感区污染程度等) 做出评估。 事故预报 船舶溢油事故中长期预报模式：一是根据船舶溢油事故的历史样本信息，构造 相应的时间序列预报模型；二是基于船舶溢油事故与相关影响因素的内在联系，建 立相应的因果( 协整) 关系预报模型。 8 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 事故风险评估 系统根据用户输入的事故参数，通过模型计算，对此次溢油事故的规模做大致 的评估。船舶溢油事故风险分析首先建立船舶溢油事故风险分析多目标评估模型， 主要内容包括：船舶溢油风险评价指标的设计和评估方法的选择；在此基础上，通 过溢油模型的仿真模拟对上述风险评估结果进行修正。这两项评估为用户制定应急 计划提供参考。 资源优化 船舶溢油事故资源优化组织，将船舶溢油应急管理流程体系和组织架构抽象成 一定的网络拓扑结构，研究其中的应急资源储备和调度优化问题，具体包括：应急 资源选址和储备水平的优化决策模型；应急反应资源的实时调度组织优化模型。 反应策略 系统根据当时的溢油情况，考虑周围地理环境、水文条件、气候条件，依照决 策支持数据库中已有的专家知识，为用户提供有关油污清除策略和工具使用建议。 溢油事故应急计划生成、评估与模拟 系统可根据用户输入的事故信息及决策目标自动生成应急反应计划，并通过系 统内部的评价指标体系对以往的应急计划进行评估为计划的改进。通过与专用仿真 软件的结合，系统可对以往应急行动流程进行模拟为优化应急行动的流程提高应急 反应能力提供依据。 根据上述系统功能，本系统的功能模块结构如图2 1 所示。 9 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 船舶溢油应急决策系统 系 统 管 理 2 2 系统调用分析 溢 油 模 拟 审 长 期 预 测 渊窿 剿藩 鲫嚣睫 图2 1 系统功能框架 剩陲 系 统 帮 助 船舶溢油应急决策系统集多种相关功能于一身，是一个复杂的信息系统。系统 中的大部分功能都需要数据支持，因此数据库的支持是必不可少的。信息管理模块 中维护地理信息数据需要在地理信息系统中进行，这样可以使得操作直观而有效， 维护文本信息( 事故案例、法律法规等) 则需要调用文本编辑软件。溢油模拟模块 中需要集成专业的溢油模拟软件来预测溢油轨迹和环境污染情况，同时地理信息系 统的支持也是必不可少的。应急资源决策模块中的应急资源的直观显示也是离不开 地理信息系统的。中长期预测模块中需要调用统计分析软件在各种历史数据的基础 上进行预测。损失评估模块中的模型涉及到复杂的数值计算，调用专业的数值计算 软件将是系统开发的复杂度大大降低。应急计划模块是系统中的重点功能模块，其 中的预案评估功能同样需要进行数值计算，应急网络的评估需要调用系统仿真软件 对网络的执行能力进行评估，同时决策人员需要经常查看相关文档，这就需要系统 中调用文本编辑软件。 系统中各类软件的调用情况如图2 2 所示。 1 0 信息管理 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 2 3 系统用户管理 2 3 1 系统用户管理 图2 - 2 系统调用示意图 系统用户管理包括用户信息管理、权限控制的功能。权限控制虽然不是一个独 立存在的模块，但是它却贯穿在整个系统的运行过程当中。本系统将用户划分为三 种类型，即a d m i n 管理员用户、般系统管理员用户和普通用户。 2 3 2 系统流程分析 所谓系统流程就是用户在使用系统时的工作流程。对于多类型用户的信息系统 来说，每一类用户的工作流程都是不相同的。多用户系统的工作流程都从用户登陆 上海海事大学硕士论文 船舶溢油应急决策系统的研究与开发 模块开始，对用户的身份进行认证。身份认证可以分为一下两个过程： 1 ) 确认用户是否是有效的系统用户； 2 ) 确定用户的类型。 第一个过程决定用户能否进入系统，第二个过程根据用户的类型决定用户的操 作权限，从而决定用户的工作界面。 本系统的流程分析如图2 3 所示。 启动系统 重试 l 失败r _ j - 1 是r 一 用户登陆r _ 1 失败超过3 次r 叫退出系统 磊聂甭i 买主 用户管理 信息管理 a d m i n 用户 一般系统管 理员用户 普通用户 2 4 系统开发平台 2 4 1 开发工具的确立 1 管理自己的用户信息 2 管理一般系统管理员的用 户信息 3 管理普通用户的用户信息 1 管理自己的用户信息 2 管理普通用户的用户信息 管理自己的用户信息 图2 - 3 系统流程分析 拥有所有 权限 只有查询 权限 目前用于可视化界面设计的编程工具很多，较为常用的有：v i s u a lc + + 、v i s u a l b a s i c 以及d e l p h i 等。对于普通用户来说，v i s u a lc + + 显得晦涩难懂，v i s u a ib a s i c 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 功能上又稍显不足，而d e l p h i 语言则兼具v c 和v b 的优点：功能强大，且便于掌 握和快速开发，并具有强大的数据库管理功能，与此同时，d e l p h i 中的外部软件接 口已经相当成熟，非常适合需要多种专业软件支持的信息系统开发。对于本文所述 的船舶溢油应急决策系统而言，系统需要溢油模拟、地理信息系统、统计分析、数 值计算、系统仿真等多种专业软件的支持，d e l p h i 中提供的外部程序接口可以基本 满足这种要求。因此，本文所述的船舶溢油应急决策系统采用d e l p h i 作为系统开 发平台。 2 4 2 d e l p h i d e l p h i 是b o r l a n d 公司开发的种可视化应用程序开发工具，其基础语言为对 象p a s c a l 。由于对象p a s c a l 是一种强类型语言，与其他语言相比，它提供了一种 快速的编译器。使用d e l p h i 可方便迅速地建立强大的数据库应用程序。d e l p h i 的 数据库应用程序可以和a c c e s s 、p a r a d o x 、s y b a s e 、m i c r o s o f ts q ls e r v e r 、i n f o r m i x 、 i n t e r b a s e 和o d b c 数据源等一起使用。 d e l p h i 发展至今，不断添加和改进各种特性，功能越来越强大。它在开发 i n t e r n e t 应用、数据库系统等方面的性能有了很大的提高，同时在提高开发人效率、 方便开发人员的使用方面也做了很多改进。 d e l p h i 的特点主要包括伫1 l ： 1 ) 强大的集成开发环境( i d e ) 2 ) 面向对象 3 ) 完全的编译器和链接器 4 ) 丰富的构件库 5 ) 支持o l e 和a c t i v e x 6 ) 模板类型使编程更加简便 7 ) 强有力的异常处理机制 8 ) 强大的数据库应用开发能力 9 ) 支持多媒体 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 1 0 ) 支持多线程 2 5 数据库系统设计 数据库系统包括数据库和数据库管理系统两部分。数据库是系统数据和信息的 载体，数据库管理系统是数据管理，数据库维护的工具。本文所述的船舶溢油应急 决策系统中采用a c c e s s 作为系统数据库。数据是本决策系统各模块运行的基础， 数据库系统设计的优劣直接影响数据管理效果更影响整个决策系统的运行。本节将 数据库系统的设计作详细描述。 2 5 1 数据库需求分析 船舶溢油应急决策系统数据库中的数据、信息主要来源有历史数据和基础数 据。从船舶溢油应急处理的角度出发，溢油应急现场决策人员的信息需求包括： 1 ) 当前溢油事件信息 当前溢油事件信息可分为两大类：当前溢油事件基本情况、当前溢油状态。当 前溢油基本情况包括：溢油的油种、溢油形式、溢油量、溢油位置、溢油船舶情况； 当前溢油状态信息包括：溢油油膜位置、厚度、溢油水域溢油浓度等。 2 ) 当前海域气象情况 这部分信息包括气温、风速、风向、潮流、海水温度等气象信息。潮流情况可 用专用模型进行预测。 3 ) 地理环境基本信息 地理环境基本信息可分三为大类：溢油区域基础设施情况、溢油敏感区域分布 信息、潜在污染区域的分布情况。溢油区域基础设施情况包括：航道信息、港口信 息、沿岸建筑情况等。溢油敏感区域分布信息包括：敏感区域类型( 生物敏感区、 海滨旅游区、渔场等) 、保护区级别、禁用应急设备等。潜在污染区域的分布情况 包括：潜在污染区域位置、潜在污染区域类型、潜在污染区域成因等。 4 ) 应急资源基本信息 1 4 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 应急资源基本信息可分为三大类：应急计划所需设备状态、应急计划所需设备 的调用情况、应急计划所需设备使用情况。应急计划所需设备状态主要包括：应急 计划所需设备类型( 围油栏、撇油器、盛油设备、溢油回收船等) 、应急计划所需 设备位置、应急计划所需设备数量等。应急计划所需设备的调用情况包括：应急计 划所需设备的存储方式、应急计划所需设备采用的运输方式、调用应急计划所需设 备的耗时等。应急计划所需设备使用情况包括：某种设备的工作能力、使用某种除 油工具所必需的辅助工具、所需入员数量、某种设备的使用条件等。 5 ) 史料信息 此类信息包括往年溢油事故的相关记录、事故应急反应计划相关信息及与事故 相关事务的处理方案。往年溢油事故记录包括描述事故基本特征的所有信息，如： 时间、地点、溢油量等；事故应急反应计划相关信息包括：计划具体内容、计划实 施效果、计划的评价、计划的不足与改进；事故相关事务的处理方案主要指与赔偿、 法律诉讼等有关事务的处理方法和最终结果。 6 ) 辅助信息 辅助信息与应急决策没有直接联系但又不可缺少，此类信息包括相关法律法规 信息、应急反应相关部门信息、应急救援及相关领域专家信息。 2 5 2 数据库总体结构设计 从船舶溢油应急决策系统的系统体系结构及功能出发，本系统的数据库可分为 三个子库：系统数据库、基础信息数据库、决策信息数据库。系统数据库主要存储 用予系统维护的信息和系统其它模块共用数据为使数据管理更有效，我们采用基 础信息数据库对船舶溢油应急决策系统各个模块中的数据、信息进行专门管理。决 策信息库为系统执行决策行为( 自动生成应急计划、风险评估等) 提供支持。该库 中的数据主要包括两种类：其它模块计算结果用于决策的数据；系统进行某个决策 行为过程中产生的临时数据。 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 2 5 3 子数据库的设计 本系统的数据库由系统数据库、基础信息数据库和决策信息数据库组成。在本 小节中，我们将对各子数据库的结构、数据内容作详细介绍。 2 5 3 1 系统数据库 系统数据主要存储用于系统维护的数据、用户信息以及船舶溢油应急决策系统 其它模块共用的信息。系统数据包括系统名称、版本号等系统相关信息。用户信息 包括用户的基本信息和用户的权限，按照本章第二节介绍，用户分为管理员用户、 一般系统管理员用户和普通用户三类。 2 5 3 2 基础信息数据库 基础信息数据库用于存储溢油事件相关的数据、历史数据、环境信息和文本链 接位置等。溢油事件相关数据包括溢油油品信息、溢油船舶信息、溢油设备信息、 应急组织和应急队伍信息。环境信息包括气象信息( 气温、风速、风向、潮流、海 水温度等) 和地理环境信息( 航道、岸线、敏感区等) 。 从数据类型角度来讲，地理环境信息又可称为空间数据。库中的数据包括两种 类型：属性数据、空间数据。属性数据与一般数据一致，主要用来描述地学对象的 各种属性特征，一般包括数值、文本类型，采用关系数据库可方便地完成对属性数 据的管理。空间数据主要是用来描述与空间位置、空间关系有关的数据。 下面介绍主要数据表，给出数据字典： 1 ) 油品信息 表中存储油品的种类及其各种属性信创捌。数据字典如下： 1 6 上海海事大学硕士论文 船舶溢油应急决策系统的研究与开发 表2 - 1 油品信息表数据字典 字段名称禽义 类型 长度说明 i d 油品编号 i n t e g e r 主键，非空 n a m e 油品名称 s t r i n g 5 0 非空 p r o p o r t i o n 比重 i n t e g e r1 5 摄氏度下，单位k g m 3 b o i i p o i n t沸点 s i r i g l e 单位摄氏度 a d h e r e d e g r e e 运动粘度 i n t e g e r 4 0 摄氏度下，单位厘斯托 f r e e z e p o i n t 顷点 s i n g l e 单位摄氏度 f 1 h p o i n t闪点 s i n g l e 单位摄氏度 s u l f u r q u a n t i t y 含硫量 s i r i 舀e 单位 w a x q u a n t i t y 含蜡量 s i n g l e 单位 a s p h a l t u m 沥青质 s i n g l e 单位 v a n a d i u m 含钒s i n g l e 单位p p m 2 ) 船舶信息 表中存储航区内主要通行船舶的各类相关信息。数据字典如下： 表2 2 船舶信息表数据字典 字段名称 含义 类型 长度说明 l d 船舶编号 i n t e g e r 主键，非空 n a m e 船舶名称 s t r i n g 5 0 非空 c a p a c i t y 载重吨 i n t e g e r 单位为吨 a g e 船龄 i n t e g e r 单位为年 s p e e d 航速 s i n g l e 单位为节 c o m p a n y 所属公司 s t r i n g l o o n a t i o n 船籍国 s t r i n g 3 0 3 ) 应急设备信息 表中存储应急设备的存放信息及其所在位置，以便应急计划生成时调用。数据 字典如下： 表2 3 应急设备信息表数据字典 字段名称 含义类型长度说明 i d 设备编号 i n t e g e r 主键，非空 n a l n e 设备名称 s t r i n g 5 0 非空 t y p c设备类型 i n t e g e r 外键，设备明细表的主键 n u m b e r 设备数量 i n t e g e r u n i t 数量单位 i n t e g e r 1 一个，2 一件，3 一吨，4 一辆，5 一桶 o r g a n i z a t i o n l d所属组织 i n t e g e r 外键，组织信息表的主键 l o n g i t u d e 经度d o u b l e l a t i t u d e纬度d o u b l e 1 7 上海海事大学硕士论文船舶溢油应急决策系统的研究与开发 4 ) 应急设备明细 表中存储各类应急设备的明细信息潮，以便了解设备的使用方法和特性等。数 据字典如下： 表2 -