（安全技术及工程专业论文）石化企业重大事故预警与应急系统的GIS研究.pdf

东北大学硕士学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ho fg i sf o rt h em a j o ra c c i d e n t p r e w a r n i n g a n d e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m o fp e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y a b s t r a c t t h ep e t r o c h e m i c a ip r o d u c t i o no c c u p i e sv e r yi m p o r t a n t p o s i t i o ni ni n d u s t r ya n d r e s i d e n t s d a i l yl i f e b u tb e c a u s eu s eal a r g ea m o u n to fi n f l a m m a b l e ，e x p l o s i v e ， p o i s o n o u sa n ds t r o n gc o r r o s i v er a wm a t e r i a l s ，m o r ea n dm o r ea c c i d e n t s ，s u c ha s e x p l o s i o n ，f i r e ，p o i s o n i n gt a k ep l a c ei nt h ec o u r s eo fp r o d u c i n g ，s t o r e ，t r a n s p o r t ，e t c t h e d a n g e rt h e y c a u s eb e c o m e s g r e a t e r a n d g r e a t e r s os t u d y o n o c c u r r e n c e ， d e v e l o p m e n t a n dp r e v e n t i o na n dc u r em e c h a n i s mo f t y p i c a la c c i d e n ti np e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y , b u i l d i n g a c c i d e n ts i m u l a t i o nm o d e la n d d e v e l o p i n gp r e w a m i n g a n d e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e mi si m p o r t a n tc o n t e n tf o re s t a b l i s h m e n ta n dp e r f e c t i o no f s o c i e t yd i s a s t e rp r e v e n t i o ns y s t e ma n di m p r o v e m e n to fs o c i e t ys u c c o ra b i l i t i e su n d e r e m e r g e n c y t h i sp a p e rf o c u s e so nt h em a j o ra c c i d e n t si np e t r o c h e m i c a li n d u s t r y ；t h e ya r e l e a k f i r ea n d e x p l o d e t h e m o d e l sf o rs i m u l a t i o na n de v a l u a t i o no fa c c i d e n t g o n s e q u e n c e o ft h e s ea c c i d e n t sa n dm e t h o d st od i v i d et h ed a n g e r o u sa r e au n d e r t h e s e t h r e ek i n d so fa c c i d e n t sh a v eb e e ng i v e n ；c o n t r a p o s i n gt h em e t h o do f c h o o s i n gt h e b e s tr o u t ew h e ne v a c u a t i n ga n dr e s c u i n gi nm a j o ra c c i d e n t s ，an e wm e t h o do ft h e r o u t es e l e c th a sb e e n p u t f o r w a r d t h et h e o r yo fg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mh a sb e e ns t u d i e d ，t h e e x i s t i n g g i ss y s t e ms o f t w a r eh a sb e e nc o m p a r e dw i t he a c ho t h e r , a n dm a p l n f oh a sb e e n c h o s e na st h eo i sp l a t f o r mf o rd e v e l o p i n gm a j o ra c c i d e n t p r e w a m i n g a n de m e r g e n c y r e s p o n s es y s t e m ，a n dt h ed e v e l o p m e n tm o d eb a s e do nt h i sp l a t f o r mh a sb e e np i c k e d o u t ；b e s i d e s ，b yc o m b i n i n ga c c i d e n tm o d e l sa n db e s tr o u t ea l g o r i t h mw i t hg i ss y s t e m ， t h ea c c i d e n t p r e w a r n i n g a n d e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m m o d e lb a s e do n g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e d i nt h i sr e s e a r c ht h em o s ta d v a n c e dt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do f a c c i d e n ta n a l y s i s i i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a n ds i m u l a t i o n ( n u m e r i c a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g y ) a n dg i st e c h n o l o g yh a v eb e e n a d o p t e d t h eo c c u r r e n c em e c h a n i s m a n di n f l u e n c ef a c t o ro fa c c i d e n th a v eb e e n s t u d i e s ，a n dt h es e r i o u sa c c i d e n tc h a r a c t e r i s t i cm o d e lh a sb e e np u tf o r w a r d t h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o nm o d e l sf o rf i r e ，e x p l o d i n ga n dp o i s o n o u ss u b s t a n c el e a k a g e a c c i d e n th a v eb e e n p u tf o r w a r d ，a n d t h es o f t w a r eo f c a l c u l a t i n g h a sb e e nw o r k e do u t t h es e r i o u sa c c i d e n tp r e w a r n i n ga n de m e r g e n c y r e s p o n s es y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e d i tc a l ls i m u l a t et h ea c c i d e n ta n do f f e rd e c i s i o ns u p p o r tf o rp r e v e n t i n ga c c i d e n ta n d e m e r g e n c yr e s p o n s ea n d r e s c u e k e y w o r i ) s ：a c c i d e n t s i m x l a t i o n ，t h eb e s tr 吼n ec h o o s i n g ，a c c i d e n tp r e w a m i n g ， t h e e m e r g e n c yr e s p o n s e ，g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m i v 声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 本人签名： 晕德暇 日期：刎；- 2 东北大学硕士学位论文 第一章综述 第一章综述 1 1 我国伤亡事故现状及其分析矧 近几年来，随着我国经济体制的深化改革，经济上获得了高速发展，但安 全生产情况却仍十分严峻。 2 0 0 0 年工矿企业共发生职工伤亡事故8 1 7 1 4 0 起、死亡1 0 8 9 9 0 人，全国共 发生一次死亡l o 人以上的特大伤亡事故1 2 2 起、死亡2 7 3 9 人。其中，发生一 次死亡3 0 人以上的特别重大事故1 4 起、死亡1 1 2 3 人。全国工矿企业共发生一 次死亡1 0 人以上的特大伤亡事故9 3 起、死亡2 0 1 8 人。 2 0 0 1 年全国共发生各类事故1 0 0 0 6 2 9 起，死亡1 3 0 4 9 1 人。其中，一次死 亡1 0 人以上特大事故1 4 0 起，死亡2 5 5 6 人；一次死亡3 0 人以上特大事故1 6 起，死亡7 0 7 人。全国工矿企业共发生伤亡事故1 1 4 0 2 起，死亡1 2 5 5 4 人。其 中，一次死亡3 9 人的重大事故6 0 9 起，死亡2 6 5 5 人；一次死亡1 0 人以上特 大事故6 5 起，死亡1 3 4 1 人；一次死亡3 0 人以上特大事故1 0 起，死亡4 9 0 人。 2 0 0 2 年全国共发生各类事故1 0 7 3 4 3 4 起，死亡1 3 9 3 9 3 人。其中工矿企业 共发生伤亡事故1 3 9 6 0 起，死亡1 4 9 2 4 人。今年全国共发生一次死亡1 0 人以上 事故1 2 8 起，死亡2 3 4 1 人。 2 0 0 3 年以来( 至1 1 月份) ，全国发生次死亡3 0 人以上特别重大事故1 1 起，死亡5 1 0 人。其中发生一次死亡1 0 - 2 9 人特大事故1 0 6 起，死亡1 5 6 2 人。 其中卜9 月，全国共发生各类事故7 2 0 6 2 2 起，死亡9 6 3 4 3 人。全国共发生一次 死亡1 0 人以上事故1 0 0 起，死亡1 8 1 4 人。 就在2 0 0 3 年1 1 月3 日，湖南衡阳市珠晖区衡州大市场一栋9 层商住楼一 楼药材市场仓库发生火灾并迅速向上蔓延，造成该楼于8 时3 7 分部分倒塌，其 中9 4 户居民及周边群众己疏散撤离。目前，火灾造成2 0 名消防官兵死亡，数 十人受伤。这就是令世人震惊的“1 1 3 ”衡阳大火。此外更有煤矿及非煤矿山 各种事故接连不断，少则几个，多则数十，甚至上百的夺去人的生命。 同时，随着化学工业的发展，化工生产在工业和居民日常生活中都占有十 分重要的位置。但是由于化学工业生产过程中使用大量易燃、易爆、有毒及强 腐蚀性原料，在生产、储存、运输过程中所发生的爆炸、火灾、中毒、放射等 事故也越来越多，造成的危害也越来越大。这些物质的储存相当集中：一个大 1 ， 东北大学硕士学位论文 第一章综述 型的煤气罐容量可达百万立方米；一个大型的液化气贮罐的容量可达几于立方 米：化工企业由于使用原料及生产工艺和产品的特殊性，极易发生事故及重大 事故。随着化学工业迅速发展，我国化学事故的频率也不断增大。较为严重的 化学事故逐年增加，特别是近几年不断发生的化学危险品泄漏、爆炸事故，造 成了大量的人员伤亡和严重的经济损失及政治影响。如1 9 9 3 年8 月5 曰，深圳 罗湖区清水河安贸危险品仓库发生猛烈燃烧、爆炸，几公里外的房屋玻璃被震 碎，致1 5 人死亡，5 0 0 多人受伤( 其中重伤1 3 7 人) ，直接经济损失2 4 亿多 元。 自建国以来，据不完全统计，我国化工系统发生的重大及典型泄漏事故共 5 0 余起，其中由泄漏导致的中毒、火灾、爆炸事故有4 0 余起，而由爆炸等原 因导致的泄漏中毒事故有1 0 余起。这些事故引起火灾、爆炸或有毒物质泄漏， 导致厂内外人员大量死亡，或是导致财产损失和环境的严重破坏，或二者兼有 之。因此，2 0 世纪7 0 年代以来，预防重大事故已成为全球范围内的重点研究 对象之。 在国际劳工局的重大事故控制实用手册中将重大事故定义为：“在工业 活动的过程中失控的一种或几种危险物质引起的严重泄漏、火灾或爆炸事件， 导致对厂内外人员严重危险( 当时或以后的) 和对环境的严重危害。”“1 1 9 9 3 年6 月国际劳工大会通过了预防重大工业事故公约。该公约敦促 各国制定和实施预防重大事故的国家法规，采用最有效的安全工程技术和管理 方法，预防和控制重大事故的发生。 重大事故的发生不仅造成了国家和人民生命财产的巨大损失，严重破坏或 污染了环境，而且在社会上造成了恶劣的负面影响。这些重大事故的不断发生 使人们痛苦地认识到现代化工业生产即可为人类创造巨大的物质财富，同时也 伴随着巨大的潜在危险。因此，预防和控制重大事故的发生已是当务之急。 1 2 开展事故预警与应急系统研究的现实意义口1 i 3 0 j 有史以来，重大事故给人类带来了巨大的伤亡、痛苦和损失，是安全生产 的大敌：随着社会脆弱性( 来自激增的人口、危险的技术、易损的生命线工程、 不安全的建筑和设施以及人们的相互依存等等) 的增强，使人类还要承受比过去 更加严重的事故后果。人们认识到“预防重大事故的发生及减轻其危害”与“事 故预警和应急系统”，二者之间有着直接的、极为密切的、不可分割的重要关系。 重大事故有许多共同特征：社会性、破坏性、突发性、连锁性等等。人们 坚信：运用科学、技术可以预防事故的发生和有效地减轻事故的危害。一般减 2 一 东北大学硕士学位论文 第一章综述 轻重大市故危害的上作包括：j f 敞的预防、市故的应急预案和应急准备、枣故 救护及事故的研究四人芊 | j 分。坝舫是指所有应在事故发生前为防1 r 事故发牛应 完成的工作；应急预案和麻急准备也括：事前预测事故发生时可能“i 现的情况， 制订消除和控制事故的措施力案以及所需进行的物质、人员酉d 备、变通运输、 通信等方面的准备工作；救灾指a 事故发生时进行的活动；研究指那些旨在减 轻事故火害的研究工作，渚如琐补知识空白和创造新的方法等。 事故预警和应急的目的足：婴，防止事故的发生；当事故不町避免时应 使仓业免受或少受损害：其：，防j j ：事故恶化，遏制事故扩大，争取在最短的 时间内恢复生产。根据事故特性以及对丁，受灾企业的作 = | j 过程，决定了要达到 减少损失的目标，戍急救援时州特圳指救灾时l 训越短越好。要在非常有限的时 问，执行几乎一半的应急救援1 1 作，实现决定性的减灾目标，可见碰急任务艰 巨性和在减轻枣故灾害作ii 的最要地位。 虽然人们对化t 牛产的危险盹具有一定的认识，企业甜危险场所和部能也 加强了管理和榆查，但是于操作、物料的储、运、加上以及环境等方面的不 安余因素的存在，重人事故发1 i 1 0 可能性还是存在的，其发牛的概率还是比较 高的。为了在重大事故发生后能及时予以控制，防止重大事故的蔓延，有效地 组织抢险和救助，工业食业应划已初步队定的危险场所和部位进行重大事故危 险源的评估。对所有被认定为重大危险源的部位或场所，应事先进行町能发生 重大事故后的状态定量预测，仙汁在重大事故发生后的状态、人员伤亡情况、 房屋及设备破坏和损失程度，以及 i 化工物料的泄漏几j + 能引起的爆炸、火灾、 有毒有宙物质扩散对周幽地k i j 能造成危害程度的预测。依摒这些情况，提前 制订重人事故应急措施方案，纰钐 、培训抢险队伍和配备救助器材，以便在重 大枣故发生后，能及时按照预定方案进行实施，在短时间内使事故得到控制。 这些都需要企业特别是化l ：伦、l k 建立重人事故预警和应急救援系统。就是 利用汁算机系统对已确定的重火危险源的原始数据和枣先预测事故发生后可实 施的应急及救助方案进行编制储存，在事故发牛后及时输入现场数据，经过计 算机的逻辑计算和推理，1 f i j 做日行的麻急救援措施，优化m 所需最佳方案， 提供给事故指挥者进行事敞紧急处理的决策支持。系统的开发，不仪可以高效、 准确、周密、迅速地对事敞的影】l 向进行模拟，提出对策方案，而日n j 以将模拟 实施救助后的状态，直观地旺小相! 扶策者而酊。 实施紧急状态下的抢险救援，仓业存发生重大事故后，应立即采取必要措 施，并：埒事故基本情况进行报告，发出事故警报或信号。要立即采取措施，启 动事故预警与应急系统，输入j f 敞现场数据信息，对事故进行模拟，了解事故 发展的动向，对枣故救助提供j j ：j h ：方案，组织和指挥救助队伍实施救助，并 报告有关部门和单位，刈事故进行抢险或救援。如紧急疏散在事故发牛的紧急 3 东北大学硕士学位论文第一章综述 情况下，已实施了应急抢救措施，但对事故状态仍不能得到控制，而且极有可 能发生更为严重的后果时，为了避免造成更多的人员伤害，应在积极采取抢救 措施的同时，应参照事故预警与应急系统中人员疏散系统中优选出的疏散路线， 疏散当地周围居民、封闭道路、控制流动人员进入等。 因此，开展“事故预警和应急系统”的研究对于企业应对重大事故有着重 要的现实意义。在事故发生前，决策者就可以通过系统来在整体上对企业的危 险源及其发生事故后可能的各种后果有全面的了解，并可借此建立各种预案， “凡事预则立，不预则废”，对于早已预见的事情，首先可以实施充分的措施来 预防事故的发生，即使事故发生了，也可以避免措手不及、指挥失误，而是能 够及时实施相应的预案，将事故的损失减小到最低。在最大可能的限度里，保 证企业财产及人民的生命安全。 1 3 国内外事故预警与应急系统的现状口1 1 3 0 l 应急的意义相当广泛，而被作为研究对象的应急系统，往往针对那些紧急、 突发的、如果不加控制将带来严重后果的破坏性事件。即便如此，应急系统的 应用范围仍然非常广泛。应急工作是项复杂的系统工程，同时涉及社会的许 多方面层次。特别广泛的应用范围加上系统自身的复杂性，使得对于应急系统 的研究需要不同领域的专家共同努力。各级应急机构建立，这是应急工作的组 织保障；广泛的合作、交流、教育、培训将促进应急研究工作的发展并保证应 急期工作的有效实施；不断改进的通信、通讯网，数据采集、传输技术，救援、 医疗设备：计算机用于数据处理、预测、监控、报警；此外，大量的软件系统 如地理信息系统、应急操作系统、辅助应急决策系统等已成为非常有效的应急 辅助工具。计算机应急系统这是一个以计算机为中心的组合系统，它运用应急 理论、方法，将各种技术和工具有机组合，构成一个具有某种应急功能的自动 化系统。是当今应急系统研究的主要内容。 应急系统研究现状是： ( 1 ) 应急系统的应用领域十分广泛而且相互交错。 ( 2 ) 应急系统研究是一个跨学科的研究领域。 ( 3 ) 从近年应急文献的研究可以看出： ( a ) 计算机应急系统研究是目前应急系统研究的主流； ( b ) 应急研究工作注重现实功能，针对性、领域性强； ( c ) 应急的普遍性原理和一般性理论尚未成型，这方面的工作很少且 不系统。 4 东北大学硕士学位论文 第一章综述 f 4 ) 汁算机应急系统的”发小返用了大量最新、最先进的计算机及相关理论 和技术。 f 5 ) 目前绝大多数计算机心急系统的结构采用理论、方法和工具的组合形 式，这种结构适寅于解决实际。r 程问题，满足实际工程需要。 从现状看来，人们已从事了大量的具体应急系统的研究和升发工作，卸很 少有应急般理论和力法的探讨。普遍原理和般性理论尚末成形，需要大量 的投入。 h 前，国际上在煤炭h ! 纵t 事故预警与应急系统进行了多项开发，如英幽 煤炭公_ j 技术部和诺丁汉大学 发的矿升火灾指挥专家系统，都是模拟专家存 指挥抢险的思路过程，将斧利- 数瓠：进行分析并提处理措施等。国内在枣故预 警与应急系统开发方面也进行r螋探索如西安矿业学院开发的煤矿事故 处理辅助决策系统及t 1 园地质大学开发的l e ) i k 事故分析专家系统开发初步 等。但在化t 生产上对于重人躬设争家系统的开发尚未见到更多的报导，建议 有关部门组织科研甲位和从可f 化：疗面的专家进行这方面的研制和丌发。在有 条件单佗，也可以针对本单佩。史际，有讣划地开展单项预防、救助专家系统的 研究，以提高处理重大事i 故的能力。 针对石化企业典型装置重人事故应预警及应急系统，近年来，幽内石化行 业安全： 作的模式正存向嗣际磐遍采用方j 一“重大危险源、事故隐患辨议、 监控、预警、应急预案的体系建i 盐、新技术应用”靠近，根据事故隐患设置应 急救援预案已屡见不鲜，但山j ：该项工作的推行也不过是近几年的事，应急预 案的系统性研究还只能配处在发展阶段，已有的石化行业重大事故( 包括乙二 醇、丙烯腈装置) 应急预案原则i j 艟存在通用性强、实用性不足的闯题。在此 原则基础k n 定的箨厂重大市l j l 5 心急预案大多流于形式，关键利咳0 很难发挥应 有的作用。 而囡外石化行、i p 安全上作旧系统性已是其突的特点和优势。目前国外有 许多致力于过程安伞t 作的公州，其操作方式可概括为：“过程安全管理危 险识别后柴分析风险分射卜一训练廊急预案”。这样一米，改变了 针对某事故隐患制定应急预案0 ：i ij 避免的孤矗、零散、局限性特点，使在事 故风险的识别、分析、挖制麟删卜建立的应急预案更具有系统、实用、几j 靠性。 因此，我们可以借豁幽外囊个工作优秀模式，在开展装置事故模拟研究的 婊础上，借助g i s 建立更切实j 行的化裟置应急预案原则，制定乙_ 醇、丙 烯腈等装置的重大事故应急预案：进而开出发对石化装冒具有普遍适应性的重 大事故应急管理系统，为- f l l z 企、i k 安全二 作服务。 一5 一 东北大学硕士学位论文第一章综述 1 4g i s 与事故预警应急系统嘲 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 是一项以计算机为 基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边 缘性的学科，是管理和研究空问数据的技术系统，在计算机软硬件支持卜，它 可以对空间数据按地理坐标( 经、纬度) 或空问位露( x 、y 、z ) 进行各种处 理、对数据的有效管理、研究再利一空川实休及其桐互关系。通过对多| 盍素的综 合分析，它可以迅速地获取满足、v 用需要的信息，并能以地图、劁形或数据的 形式预先表示所拟方案n j 能铁得的处理结果。 安全生产的重要内容之，就是对系统进行分析、评价，并采取各种对策、 措施来控制、消除系统中的各刊，危险。 采用g - i s 的嵛故i 自警与廊急系统是在开发和利用已有数学物理模型的基础 上，选扦适当的数值讣算方法，刈危险单元或系统进行模拟，预演事故的发生 过程及枣故后果的影响范闱，从f f 喃更加形象惑观地认识所评价单元或系统的 危险及危害性，为设计人员、僻础人员和企业、政府职能部门的高层决策者提 供客观依据。目前，现有的预譬芊j 应急系统方法只是对危险及危害荦兀或系统 以危险等级的形式来表示浚单，l 或系统的危险程度，但是划其惫险后果却无法 进行定摄的直观的描述。本项彻究采用g i s 方法，正是皋丁这一点的考虑而提 出的。 g i s 可以通过采用合理的数! 学模型对所确定的危险单元或系统进行事故过 程模拟，对事故所造成的危l 曲錾i 蚋则选用相应的伤害模型进行危害评价，并以 动画、图形、图表、文字、声裔等途径对事故的影响区域、人员伤亡、财产损 失情况进行描述。如对由于储罐的泄漏所造成的蒸气云爆炸事故，首先，应在 分析导致泄漏发牛的可能泄漏机心! 及原因的基础上选用恰当的泄漏源模型确定 泄漏介质盼 j i f 漏速率或泄漏阜，j 次，利用合适的扩散模型模拟泄漏介质在空 i 中的运移扩敞过种，确定爆炸z ：刨的体积，进而利用合适的爆炸模型模拟计 算爆炸冲击波以及爆炸辐射热的空问和时j 分布，最后根据模拟计算的结果利 用现有的伤害模型对事故后粜进行模拟分析，确定事故的影响范围、人员伤产 及财产损失情况，并以可视化界i f ：i f 的形式展现。这种方法l 数学模犁和数值计 算力法的选取很火键，这将直接决定模拟结果的精确程度、f 确与否和效率问 题。数学模型丌j 结合评价的对象、所涉及的危险介质的存储状态、周围的地理 及气候条件、事故发生的机理史原凼和评价要求进行选取，在必要时还要针对 对象重新建模或对现有模型进行修1 1 ；! 。而数值计算方法的选取则以计算的效率 最高和所占用的计算机资源最少为原则进行。当然，计算机作为基于g i s 的事 6 东北大学硕士学位论文 第一章综述 故预警与应急系统的主要和重要工具，其本身性能的好坏也同样制约着系统的 效率。随着计算机技术的高速发展，高性能计算机用于模拟评价成为可能，其 对系统效率的影响也越来越小。 在事故发生前、当出现事故征兆或即将发生、刚刚发生时，希望在尽可能 短的时间内收集并分析处理有关信息，模拟事故发展过程、影响范围和程度， 实时监测并传输各种必要的信息数据，支持快速应急决策，对事故进行有效地 控制及处理处置，最大限度地减轻事故造成的破坏。建立事故预警与应急的地 理信息系统( g i s ) ，可以满足事故预警和应急反应指挥的需求，提高应急反应的 科学性、合理性、智能化水平，并可在短时间内实现应急反应最佳决策、行动 程序和抢险措施。随着社会经济的发展和城市规划、布局的科学化，对重大事 故危险源周边应设置一定距离的防护带和疏散路线，以备在事故突发时有较安 全的防护带和应急抢险行动的时间、空间，最大限度地保证生命财产的安全。 通过预警功能，可以在危险源周边合理设置防护隔离带。具有事故预警功能的 地理信息系统也可以直观的检查与显示危险源周边的隔离带与疏散路线的合理 性。 重大事故严重地威胁着人类的生产作业安全、身体健康、生态环境和人类 社会的可持续发展。具有重大事故潜在可能的单位应开展事故预测分析，采用 先进科学的技术手段、建立g i s 事故预警应急系统，以利快速有效地加强事故 预警和应急，实施预防、监测、抢险和善后处理处置，提高对事故的应急反应 能力，做到最大限度地降低事故发生概率和破坏程度。 。7 一 东北大学硕士学位论文 第二章g i s 环境构成 第二章g i s 环境构成 2 1g i s 工具综述 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 是以空间地理分 布数据为研究对象、利用空间数据库实施存储，采用空间分析和建模的方法，为 科研、管理及决策提供多种动态的。空间的资源和环境信息服务的计算机技术系 统。g i s 可以从视觉、计算和逻辑上对现实空间从功能上进行模拟；通过计算机 程序的运行和各类数据的变换还可以对各类信息变化进行仿真。具有一定地理学 知识的用户还可以在地理信息系统支持下提取现实空间下同侧面、不同层次的空 间和时间特征，快速地模拟自然过程的演变或思维过程的轨迹，取得预测或“试 验”的结果，选择最优方案。 2 1 1 地理信息系统的特征及分类1 3 7 】f 3 8 l 地理信息系统的形式时多种多样的，但一般来说，g i s 具有以下的特征： ( 1 )采集、管理、分析和输出多种地理空间信息，具有空间性和动态性； ( 2 )以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域 空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力； ( 3 )通过计算机系统支持实施空间数据管理，并模拟常规或专门的地理 分析方法，作用于空间数据，产生有用信息。 根据地理信息系统所涉及的内容，g i s 可瞄分为三类： ( 1 ) 专题地理信息系统，具有有限的目的和专业特点，针对专门目的服务 而开发的，如森林动态资源监测信息系统、矿产资源信息系统等； ( 2 ) 区域地理信息系统：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。按 行政级别可再分为国家级、地区或省级、市县级等为行政区域服务的地理信息系 统；也可按自然分区或流域为单位再划分； ( 3 ) 地理信息系统工具g i s ：o s 工具是一组具有图形图像数字化、存储管 理、查询检索、分析运算和多种输出等g i s 基本功能的软件包。它们是专门设计 研制的，或者是在完成了实用g i s 后抽取掉具体区域或专题的地理空间数据得到 的，具有对计算机硬件适应性强、数据管理和操作效率高、功能强、操作简便、 8 东北大学硕士学位论文 第二章g i s 环境构成 易掌握、具普遍性并易于扩展等特点，适于作为g i s 支撑软件建立专题或区域实 用地理信息系统。 2 1 2 地理信息系统软件的探讨和研究1 7 1 1 3 7 l 【3 8 1 国际上的g i s 开发已进入专业化、商业化的阶段。据不完全统计，能够提 供市场的商业化g i s 相关软件产品已达2 0 0 多种，世界范围内用户众多，知名度 较高的有七八种软件，这些知名软件大部分己进入中国市场。国内几家g i s 软件 公司大多是直接为客户开发应用软件。 在具体介绍各软件之前，首先对g i s 软件的一些核心问题进行介绍： ( 1 ) 数据结构：描述空间数据的数据结构通常是用矢量式和栅格式，二者 各有利弊，根据不同的数据结构又分别采用不同的数据压缩方法。矢量空间数据 模型又可以分为简单矢量结构和拓扑型数据结构两种。虽然各种g i s 内部能处理 的数据结构各不相同，但大多数都为其它类型的数据留有转换接口，但到目前为 止还没有任何一种g i s 软件实现矢量式和栅格式一体化的数据结构。 ( 2 ) g i s 的数据库：g i s 处理的数据包括了空间数据和属性数据，不同的软 件可以采用不同的数据库形式对它们进行存储。一般有三种形式： 第一种是用属性数据库，( 多数是关系型数据库) 管理属性数据，而用专门 的空间数据库管理空间数据，再通过专用程序使两种数据相互对应，这样用户既 可以分别使用两个数据库，又可以通过某种途径同时访问两个数据库，这是目前 用得最多的方法，如a r c i n f o ，g e n a m a p ，m g e 等都采用这种方法： 第二种是扩展空间数据库，使之能够存储管理属性数据，但这种情况对属性 数据管理功能一般较弱； 第三种是采用一个混合数据库同时管理空间数据和属性数据，使得空间数据 和属性数据紧密联系起来，但是为了使访问数据适应关系模型，须牺牲软件运行 的效率，s y s t e m 9 就是采用的这种方法。 ( 3 ) 开发方法 就m s 的二次开发而言，可将开发方法归结为下列三类： ( a ) 内部空间模型法 由g i s 软件商提供给用户g i s 宏语言开发地理信息系统。这种方法是把g i s 软件支持的功能看作模型部件，按照分析目的和标准，对部件进行有机的组合。 因此，这种方法能充分利用g i s 软件本身所具有的资源，效率较高。 ( b ) 外部空间模型法 将g i s 当作一个空间数据库看待，应用空间模型在6 i s 环境外部利用其它软 件或计算机高级程序语言来建立。根据数据共享与否，又可分为两种：一是不与 一9 一 东北大学硕士学位论文 第二章g i s 环境构成 ( ；i s 空间数据库共享数掘，, f i * f l t 】个小问义件作为数据媒介；另一种是开发的 宁问分析模型与g i s 审问数荆j _ ，；j 兆享数据。这种方法虽然运行效率受到很人影 响，适应性强。 ( c ) 混合型空问模型法 这是上述两种方法的综合，即尽，j 能利用g i s 提供的功能，最大限度地减少 用户自 j ：开发的工作量，义利川外部空间建模法，有较高的灵活性。 下面对目前国内较流行的商刚g i s 软件集中进行列表比较。 ( 1 ) a r c 1 n f o a r c i n f o 是应片j 最广泛的种大型g i s 软件，其功能非常强大，我困早期 开发的( ；t s 几乎都是以a r c f m ? 0 作为平台的。主要特点为：采用地理关系数据 模型；提供极强的空间操作利分析功能：采用模块式结构，提高灵活i 牛并易于扩 充；提供宏命令语苦a a t 。实现快速编程；提供3 8 种地图投影方式，可在不同投 影之问实现馔标转换：开放式的结构，提供直接与多种数据库的接u ；兼容性好， 能与2 5 种不同系统的数据_ f 弁之问相互转换：独立于硬件，运行于不同的甲台； 广泛支持当今各种t 、i k 标准。但它没有d e m 和捕值计算，t a b l e s 属性数据处理 功能有限，目不具备统计图表分析功能，价格较高。 ( 2 ) m a p l n f o m a p i n f o 是标准的桌面地阿信息系统软件，具有强大的数据f _ l j 视化功能。其 定位为：m a p l n f o = m a p p in g1 1 0 r m a t i o n ，充分体现了小型、灵活、简单的 特点。m a p i n f o 带有的皋 ja c t i v e x ( o c x ) 技术的= i _ j 编程控件m a p x ，使除了重 新分区和数字化外的所有m a p ln f o 的功能均可供采用编程语言的a c t i v e x 开发者 利用。它是在实际开发系统时选用的g i s 平台，在后面将有更加全面和详细的介 绍。 ( 3 ) a r c v i o w a r c v ie w 通过它的司扩展的软件结构为g i s 的应用提供了一个具有伸缩性的 软件半台，使得a r c v ie w 队伍r t j 。以外发出一系列“插件”式的模块，利用这些模 块进行组合可以显着地扩展a i l ( ：v f ( 、w 的功能。s c r i p t s ( a v e n u e ) 是它提供的面 向对象的程序设计、附试、丌发具。a v e n u e 自身带有编辑器、编泽器、随机 帮助和多种调试工具，独立叫件平台和操作系统，在一种平台上的a v e n u e 程 序可在其它任何平台的a r c v i o w 一 i 执行。虽然它在显为亡、套询、统计蚓表、地蚓 设计等方面的功能较为强大，但它不足一个全要素的地图制图和数据操作工具。 ( d ) g e n a m a p g e n a m a 1 具有较好的致。队、外欣性和易操作性。浚系统出十个模块组成， 其一 g e n a m a i 和( ；e h a c e i 是核心模块。 g e h a m a p 采用审问璎关系数拊席实现矢量地理信息数据的输入、管理、分析 1 0 东北大学硕士学位论文 第二章g i s 环境构成 等，用于坐标存储、空间图形管理、映像变换、检索查询和图形显示。其关系型 属性数据库用作属性数据管理及与各层图形建立相关关系。图示图例符号库用于 存储和管理各类专用符号、图形。还有多种空间分析工具，如网络分析、迭加分 析、缓冲区分析、重新赋值分类分析、相邻分析等。可用过程化程序设计语言 s c r i p t 来编程满足用户的各种需求。g e n a c e l 模块是将g e n a m a p 的矢量数据转换 为栅格数据并对其进行处理和分析的模块。 ( 5 ) s y s t e m9 s y s t e m9 是一个高级的g i s 软件，它引入了面向对象的思想，把空间信息 和属性信息的管理融合在一个关系数据库管理系统中，还成功地开发了独立于软 件本身的分析工具箱。它是复杂的计算机制图技术、高速度的s u n 工作站与关 系数据库系统的数据管理能力相结合的产物。 ( 6 ) t i t a ng i s t i t a n g i s 是新一代嵌人式g i s 产品。t i t a n g i s 由三个主要部分组成：空间 数据管理器( s d m ) 、空间结构化查询语言( s s q l ) 和空间数据引擎( s d e ) 。s s q l 提供了一个功能强大的空间命令集，使用户易于向应用程序添加复杂的g i s 分析 和交互查询功能。与s q l 命令类似，可以直接在用户的源代码嵌人任一个s s q l 命令。s d e 是一个功能强大的图像服务器，它作为客户应用程序和p r i m em e r i d i a n 空间数据库的中介而存在。通过动态数据交换，v b 控制或动态数据库连接接收 s s q l 命令，s d e 使用户制图和空间数据分析变得容易。 ( 7 ) m a p g i s m a p g i s 采用矢量数据和栅格数据混合结构将不同来源、不同类型的数据和 信息进行有机结合，实现了数据信息的共享。m a p g i s 网络版的空间数据库引擎 可在标准关系数据库环境下实现c s 结构，允许用户同时访问同空间数据，支 持各种硬件网络服务器平台，支持大型、超大型关系数据管理空间和属性数据。 但该软件性能不够稳定在对内存空间的释放方面还有所欠缺。 ( 8 ) 吉奥之星( g e o s t a r ) g e o s t a r 采用了面向对象技术，它可以同时处理g i s 中的图形数据、属性数 据、影像数据和d e a 数据，四种数据可以单独建库，并可进行分布式处理。通 过o d b c 可以与各种商用数据库管理系与连接，通过自行开发的空间数据交换模 块可与当前流行的g i s 软件及标准空间数据交换格式交换数据。g e o s t a r 的核心 模块是空间数据管理平台，在空间数据管理平台基础上，抽象出一套应用程序开 发函数( a p i ) ，上层数据处理与应用系统用它来开发数据采集、空间查询、空间 分析及应用模块，所有模块共享一个空间数据库。该软件只能在w i n d o w s - - n t 上 运行，对操作系统的适应性不强。 东北大学硕士学位论文 第二章g is 环境构成 2 1 3g i s 的发展趋势和前景i t 3 7 】【3 8 】 随着日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求以及计算机软硬 件和数据库技术的发展，g i g 也在迅速地发生着变化。在未来几年里，o i s 将在 以下几个方面有所发展。 ( i ) 面向对象的g i s ：面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界， 提供了一条适合于人类思维模式的方法。因此，在g i s 中应用面向对象技术，使 得各空间实体的各种有关信息以对象形式封装，不需要以复杂的关系形式存储， 也不用再分层存储，可以方便用户在现有抽象数据类型和空间操作上定义自己所 需的数据类型和空间操作方法，增强子系统的开发性和可扩充性。 ( 2 ) 四维时空系统：传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了 时间特性。在许多应用领域中，如环境监测、天气预报等，空间对象是随时间变 化的，而这种动态变化的规律在求解过程中是十分重要的。 ( 3 ) 网络化的g i s ：地理信息本质上是分布式的，而不是中心式的，因此 c s 模式( 分布式计算网络环境) 最适合于处理地理数据，网络环境包括个人计 算机局域网、广域网，以及全球互联网( i n t e r n e t ) 和环球网( w 聊) ；环境数据 一定要在一个机构的内部共享；随着i n t e r n e t 和w 研的发展，g i s 己由企业化 向社会化方向迈进。 ( 4 ) 集成化g i s ：一方面是3 s 集成，空间数据是g i s 的食粮，遥感、全球 定位系统是空间数据采集的重要手段，是g i s 数据库更新的重要来源。另一方面 是地理信息系统技术与其它上流商务应用的集成，各种计算机软件应该彼此沟 通，并能集成多种空间数据基础。 ( 5 ) 组件化g i s ：把g i s 的各项功能适当抽象，按照一定的标准，以组件 形式提供给开发者使用。各组件都集中实现与自己最紧密相关的系统功能，由组 件化的g i g 平台集中提供空间数据管理能力，并能以灵活的方式与数据库系统连 接。这样既可以实现强大的g i g 功能，又可以将组件直接嵌入m s 开发工具中， 实现了软件的重用，并使系统小巧灵活，造价也大大降低。 ( 6 ) 标准化：为了更有效更广泛地使用o i s ，只有将g i s 在其各组成部分、 各个操作过程、各种数据类型、软硬件平台等方面都