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海上突发事件应急处置与搜救决策支持系统研发与应用
2020-06-19
近年发生的日本福岛核泄漏、大连7.16 油污染、蓬莱19-3 油田溢油等海上重特大污染与突发事件对我国海洋生态环境和人民生命财产造成严重影响，同时也暴露出应急保障中存在信息离散、态势分析不足、决策主观和应对效率低下的诸多问题，亟需建立智能化的突发事件应急处置和搜救决策支持系统。国家海洋局北海预报中心牵头，联合北海海洋环境监测中心、东海海洋环境监测中心、国防科技大学、清华大学、北京国交信通科技发展有限公司等10家单位，承担了国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点专项“海上突发事件应急处置与搜救决策支持系统研发与应用”项目（2017FYC1405000），项目负责人为黄娟，项目起止日期为2017年7月至2020年12月。结合溢油、危化品、放射性物质泄漏等海上突发事件应急处置和搜救业务工作，以及专项（一期）启动的3种突发事件处置关键技术研究项目的成果，项目将研制“智能‐交互‐集成”的海上突发事件应急处置与海上搜救决策支持系统，并与国家海洋安全保障平台、国家海上搜救信息系统和国家海洋局突发事件应急业务系统对接，满足海上突发事件应急处置与海上搜救的信息化、规范化、智能化需求。
项目集成立体实时海洋监测 / 观测资料和预报数据、各部门应急处置资源，建立混合云存储架构下大数据平台，并集成各类溢油、危化品、放射性物质漂移扩散模型和搜救模型，以突发事件应急处置和海上搜救应急处置流程为技术链条；提出“风险源识别‐数据集成‐态势分析‐方案智能生成‐任务分发”的海上突发事件应急处置与搜救决策支持系统研制思路，系统功能设计面向决策者和决策过程，覆盖应急处置全流程。
1 进展与创新成果
1.1 海上突发事故风险源分析与应急处置决策知识库构建
通过海上突发事故风险源分析，建立基于多源实时信息和应急预案的海上突发事件应急处置决策态势推演技术，初步完成应急处置决策知识库。项目团队收集整理了示范区溢油、危化品、放射性和海上搜救事故、风险源和敏感区信息，基于层次分析的逐级模糊综合评估方法，建立了海上突发事件风险等级评估模型。基本实现了海上溢油、危化品、放射性物质泄漏与海上搜救等多种漂移预测模型的优化集成，建立了示范区精细化海洋气象动力环境系统，实现各类污染物的漂移扩散范围、浓度分布和污染物归宿，以及海上失事目标的漂移方向、速度和最优搜寻区域的准确快速预测。收集整理了国家、部门、企业等相关应急预案50余份，结合典型历史案例处置经验，梳理出我国海上突发事件的应急流程。分析研究了包括海上应急响应流程、泄漏污染物理化特性、应急处置技术手段、应急处置规范和历史事故案例及搜寻方式等，以及相应的应急技术、应急资源和约束条件的快速比配技术，研制了海洋突发事件应急处置和海上搜救的“知识库”。成果可为我国未来海上突发事件处置的决策，提供科学、完善、丰富的基础支持。
1.2 应急处置决策场景分析方法和处置资源方案设计与评估
提出基于元模型的海上突发事故应急处置决策场景的多视图分析方法，研发基于多目标优化的海上突发事故应急处置资源方案设计和评估方法。项目提出利用多视图思想从整体的角度对海上突发事故应急处置决策场景的相关要素进行描述建模，从不同的维度对场景信息进行描述，并通过视图产品模型到问题模型的转化，最终实现决策场景的“一张图”生成。在此基础上，项目利用规则匹配方法建立相关资源集合，构建了突发事故处置流程的多目标数学模型，设计了不同海况下资源性能的不确定性约束条件，求解生成定量化的最优处置方案。提出海上突发事件应急处置方案多准则评估方法，构建了以方案鲁棒性、方案适应性、方案柔性、方案成本以及方案时间为评价维度的海上突发事件应急处置方案评价指标体系，采用基于理想解的决策方法对备选方案进行多准则排序和决策。研究成果实现了海上突发事件应急处置从传统人工态势研判向智能态势推演的转变。
1.3 数据平台建设与系统开发
完成分布式“大数据平台”建设和“决策支持系统”框架搭建及部分功能开发，见图1。其中，搜救决策服务已投入业务化运行。项目制定规范化体系，从存储格式、空间参考、组织结构等方面对数据进行标准化和归一化处理，完成建设以事态数据集、环境数据集、资源数据集、经验知识数据集为核心的分布式突发事件应急处置大数据平台，解决了突发事件应急处置数据存放离散、格式混乱等问题。采用HBase分布式数据库技术和混合云存储架构下大数据优化布局和动态迁移策略，搭建了大规模结构化云存储集群，实现异构环境中海洋时空大数据的分布式存储与集中“透明”调度管理。项目团队搭建了SOA（面向服务架构）与REST（表述性状态传递）混合架构的“决策支持系统”框架，实现了桌面客户端、网页客户端和手机客户端三种形式的用户接入。研发了数据协同模块，通过建立标准Web Service和REST接口，进行数据与功能服务的发布，实现“决策支持系统”各模块之间，以及与外部系统的对接。利用BPM（业务流程管理）技术对突发事件复杂处置流程进行分解，实现从接警到任务分发的全业务流程模块化。目前，项目已基本完成搜救决策功能的研发，并投入业务化运行。
2 示范应用
“决策支持系统”的海上搜救决策服务功能已实现业务化运行，提供桌面版、网页版和移动版平台的用户登陆，为普通用户提供更方便、更灵活的服务方式。该平台有用户50余个，截至2019年5月，服务海上搜救案例400余次，并在“桑吉油轮事故”处置中得到应用，在“桑吉油轮事故”应急过程中，“搜救平台”发挥了重要的作用，不仅提供了精确的人员搜救、油轮漂移预测、溢油漂移预测等预测结果和环境保障服务。平台服务搜救案例见图3，基于平台制作了系列应急简报（图2）。同时，平台也为多单位的协同会商提供了统一的基础支撑，保障了会商的质量，提高了会商的效率，规范了海洋局在突发事件应急中的业务流程。
3 经济社会效益
海上突发事件应急处置与海上搜救综合决策支持系统可实现海上突发事件应急处置和海上搜救备选方案智能生成与辅助决策分析，以及多协作主体的任务分发功能，并实现与国家海上搜救信息系统和国家海洋环境安全保障平台的对接。应急监测/观测数据集成有利于整合、规范现有数据体系，决策支持方法研究有利于建立科学合理的应急预案体系，决策支持系统有利于提升决策效率，提高应急能力。系统的研制将促进智能决策支持在海洋环境安全保障领域的业务应用，提升我国应对海上突发事件的能力，为保障我国海洋资源与环境可持续利用，促进海洋经济协调、可持续发展发挥积极作用。
