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    重庆时时彩三星分析王: 一种危险化学品运输危害的预测与控制系统.pdf

    关 键 词:
    一种 危险 化学品 运输 危害 预测 控制系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410131835.0

    申请日:

    2014.04.02

    公开号:

    CN103971168A

    公开日:

    2014.08.06

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 10/04申请日:20140402|||公开
    IPC分类号: G06Q10/04(2012.01)I; G06Q50/28(2012.01)I 主分类号: G06Q10/04
    申请人: 中国人民解放军防化学院; 北京鑫博腾飞科技有限公司
    发明人: 黄顺祥; 刘峰; 关彩虹; 杨炜迪; 李静; 李文丹; 李慧敏; 成文连; 赵男; 张爱红; 宫金萍; 桑萌; 吴庆广
    地址: 102205 北京市昌平区阳坊镇中心北街1号院
    优先权:
    专利代理机构: 北京理工大学专利中心 11120 代理人: 仇蕾安;付雷杰
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410131835.0

    授权公告号:

    103971168B||||||

    法律状态公告日:

    2017.05.24|||2014.09.03|||2014.08.06

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种危险化学品运输危害的预测与控制系统,其提出的伴随模式是基于CAMx扩散模式构建的,考虑了气象因素、地形因素的影响,与实际的扩散更切合;其将伴随模式从?;つ勘瓿龇?,只需求解一次伴随方程就可以得到风险值,求解伴随方程的时间与求解扩散方程的时间是相当的;其提供了应用数值扩散模式进行危险化学品运输临近风险预报,综合考虑了运输对象、运输时间和运输路线的实际情况,得出了实际运输时精细风险场分布,避免了应急准备的盲目性,其提供了结合实际地形、气象、环境等情况相吻合的实时实时危害评估模式,使危险化学品运输事故时危害控制更科学和有效。因此,本发明的危害预测结果更准确、危害预测效率更高效、危害控制决策更科学。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种危险化学品运输危害的预测与控制系统,其特征在于,包括:
    处理???,该处理??榘ǎ河糜谠贚inux系统下运行全球大气环流模式和区域气象场预报模式的超级计算机;用于在Linux系统下运行有毒有害物质扩散模式和在windows系统下运行基于GIS的数据转换引擎和结果二次分析计算??榈姆衿?;用于在windows系统下展示危险化学品路线优化、危险化学品运输、临近风险预报和实时危害评估结果的前端设备;
    应用???,该应用??榘ǎ浩蟪≡け?楹臀O栈吩耸渎废哂呕胛:υげ饽??;
    进一步的,气象场预报??榘ǎ喝虼笃妨髂J降ピ肭蚱蟪≡けJ降ピ?;全球大气环流模式单元,用于获得未来7天的全球环流背景场数据,驱动区域气象场预报模式单元;区域气象场预报模式单元,通过调用运输区域内精细GIS数据得出精细的三维气象场时空分布;
    危险化学品运输路线优化与危害预测??榘ǎ何O栈吩耸渎废哂呕P偷ピ?、危险化学品运输临近风险预报模式单元和危险化学品运输实时危害评估模式单元;
    其中,所述应用??榈奈O栈吩耸渎废哂呕胛:υげ饽?樾杷龇衿髟趙indows系统下运行基于GIS的数据转换引擎和结果二次分析计算??槭迪?。

    2.  如权利要求1所述的危险化学品运输危害的预测与控制系统,其特征在于,应用所述危险化学品运输路线优化模型单元进行运输路线优?。?BR>分别对每条运输路线的运输风险无量纲化值和运输成本无量纲化值进行加权求和,得到和值Jn=λRνn(R)+λTνn(T);
    从所有和值中找到最小值,该最小值对应的运输路线则为危险化学品风险最小运输路线;
    其中,λR和λT分别为运输风险和运输成本的权重,且λR+λT=1,两者的取值根据运输中的实际运输区域和路线进行确定。

    3.  如权利要求1所述的危险化学品运输危害的预测与控制系统,其特征在于,应用所述危险化学品运输临近风险预报模式单元进行运输时临近风险预报:
    针对运输区域,应用全球环流背景场数据驱动气象预报模式、区域气象场预报模式得出的风场和湍流场驱动危险化学品运输危害预测模式;
    将源项、运输路线和?;つ勘晔淙胨鑫O栈吩耸淞俳缦赵けJ?,并将所述危险化学品运输临近风险预报模式的预报结果与地理信息系统进行集成,得出化学风险分布;
    根据该化学风险分布得出应急准备方案,其中源项包括时间、地点、物质名称、大小、形状、性质。

    4.  如权利要求1所述的危险化学品运输危害的预测与控制系统,其特征在于,应用危险化学品运输实时危害评估模式进行实时危害评估:
    当运输过程中发生事故时,应用全球环流背景场数据驱动气象预报模式,区域气象场预报模式得出的风场和湍流场驱动危险化学品运输实时危害评估模式;
    将源项和事故发生时间和地点输入危险化学品运输实时危害评估模式,并将所述危险化学品运输实时危害评估模式的实时危害评估结果与地理信息系统进行集成,得出化学危害结果;
    根据该化学危害结果得出化学事故应急处置方案。

    5.  如权利要求4所述的危险化学品运输危害的预测与控制系统,其特征在于,应用危险化学品运输实时危害评估模式进行实时危害评估的步骤包括:
    步骤1,根据运输路线分布特征和气象场分辨率将运输路线离散化,每个离散点作为运输路线临近风险预报扩散模拟源坐标点的位置序列;
    步骤2,根据运输时间、运输距离和行车速度计算运输过程中已离散化风险源的时间序列;
    步骤3,分析运输对象,计算运输过程中的风险源,确定风险源物质名称和大??;
    步骤4,根据风险源性质,确定事故源类型和事故时危险物质释放速率,其中事故源类型包括点源、线源、面源或体源;
    步骤5,根据运输物质的性质,确定危害指标;
    步骤6,将包括上述步骤得到的位置序列、时间序列、风险源物质名称和大小、事故源类型和事故时危险物质释放速率、危害指标的源项输入所述危险化学品运输临近风险预报模式,计算运输过程中每个离散化的风险源危害纵深;
    步骤7,根据每个离散化的风险源危害纵深,计算危险化学品运输风险场分布;
    步骤8,将危险化学品运输临近风险预报模式的预报结果,即风险场分布与地理信息系统进行集成,得出化学风险在GIS系统的具体分布;
    步骤9,应用GIS数据统计分析功能,计算风险场内?;つ勘甑氖?,确定运输过程中重点防范区域或防范目标,得出危险化学品运输应急准备方案。

    说明书

    说明书一种危险化学品运输危害的预测与控制系统
    技术领域
    本发明属于化学安全领域,涉及一种危险化学品运输危害预测与控制系统。
    背景技术
    统计表明大量危险品事故是在运输过程中发生的,化学危险品运输危害预测与防控是重大技术难题。1926-1997年欧洲发生的3222起涉及化学危险品的事故中,41%在运输过程中发生的;我国2002-2004年间主要城市危险品事故中运输事故比率达32%。
    化学危险品运输作为移动风险源,给运输沿线的人口、环境和经济带来了巨大威胁。一旦发生运输事故,交通事故本身造成的人员伤亡和财产损失并不是最主要后果,事故后接连发生的爆炸、泄漏等二次伤害事故往往带来更加严重的灾难。如2004年8月19日在杭甬高速上载有20吨液化石油气的槽车发生事故,导致槽罐顶部减压阀破裂处液化气泄漏,使得周围300米范围内液化气浓度达到50%,紧急疏散群众6000余人。2005年3月29日京沪高速公路淮安段因交通事故引发车上罐装的液氯大量泄漏,造成29人死亡,456人重伤,10500多名村民被迫疏散转移,造成直接经济损失1700余万元。2007年1月30日,装载有硫酸二甲酯的运输车行驶至湖北孝感时发生泄漏事故,造成1人死亡,上百人中毒。2011年4月26日,浙江丽水松阳县一辆载有15吨液氮的槽罐车因事故发生泄漏,导致面积达3000多平米的农田里到处弥漫1米多高的白色浓雾,造成4人死亡,迫使附近村庄200多人疏散。2013年11月22日,青岛石油爆炸事故,造成62人死亡、136人受伤,直接经济损失75172万元。这些重大、特大事故受到了社会广泛关注,使人们逐渐意识到危险品运输不仅仅是简单的物流问题,而是重要的社会公共安全问题。
    另外,日本遗弃在华化学武器已经进入销毁阶段,大量的日遗化武需要长距离大范围运输,其运输风险受到国内外广发关注。防化危险品作为特殊的危险品,以剧毒化学品为主,其物理化学性质复杂,不同弹体特性迥异,运输过程中发生爆炸、泄漏可能性大,而且内装毒剂毒害性强,危险性高,其运输发 生事故可能性更高,事故造成的破坏程度更重,一旦发生事故,将造成重大人员伤亡和财产损。
    化学危险品运输风险评价、运输路线优化、风险预报和实时危害评估是化学危险品运输风险防控工作的核心内容?;O掌吩耸浞缦找蜃佣?、多种风险相互作用、风险难以定量。运输道路的选择与优化跟气象、地形、下垫面性质、人口和重要目标分布等自然和人文环境直接相关,而气象条件又随时空变化,由于化学危险品运输中危险源也随时空移动,运输道路的优化属于反问题,其模型建立和求解均非常复杂。对于整个运输过程的风险预报因危险源在时间和空间上的变化,其风险预报难度要远远大于固定危险源风险预报。在运输过程中,一旦发生事故,要有效进行应急处置,必须要进行实时风险评估,在短时间内得出实际危害范围、危害等级和危害时间。
    因此,化学危险品运输风险预报与控制涉及物理、化学、气象、控制、计算机、应用数学等多个学科领域,是一个复杂的技术问题。
    发明内容
    为解决上述技术问题,本发明提供一种危险化学品运输危害预测与控制系统,本发明的危害预测结果更准确、危害预测效率更高效、危害控制决策更科学。
    本发明的危险化学品运输危害的预测与控制系统,其包括:
    处理???,该处理??榘ǎ河糜谠贚inux系统下运行全球大气环流模式和区域气象场预报模式的超级计算机;用于在Linux系统下运行有毒有害物质扩散模式和在windows系统下运行基于GIS的数据转换引擎和结果二次分析计算??榈姆衿?;用于在windows系统下展示危险化学品运输路线优化、危险化学品运输临近风险预报和实时危害评估结果的前端设备;
    应用???,该应用??榘ǎ浩蟪≡け?楹臀O栈吩耸渎废哂呕胛:υげ饽??;
    进一步,气象场预报??榘ǎ喝虼笃妨髂J降ピ肭蚱蟪≡けJ降ピ?;全球大气环流模式单元,用于获得未来7天的全球环流背景场数据,驱动区域气象场预报模式单元;区域气象场预报模式单元,通过调用运输区域 内精细GIS数据得出精细的三维气象场时空分布;
    危险化学品运输路线优化与危害预测??榘ǎ何O栈吩耸渎废哂呕P偷ピ?、危险化学品运输临近风险预报模式单元和危险化学品运输实时危害评估模式单元;
    其中,所述应用??榈奈O栈吩耸渎废哂呕胛:υげ饽?樾杷龇衿髟趙indows系统下运行基于GIS的数据转换引擎和结果二次分析计算??槭迪?。
    进一步,应用所述危险化学品运输路线优化模型单元进行运输路线优?。耙恢治O栈吩耸湮:υげ夥椒ā?,申请号:201310301604.5):
    分别对每条运输路线的运输风险无量纲化值和运输成本无量纲化值进行加权求和,得到和值Jn=λRνn(R)+λTνn(T);
    从所有和值中找到最小值,该最小值对应的运输路线则为危险化学品风险最小运输路线;
    其中,λR和λT分别为运输风险和运输成本的权重,且λR+λT=1,两者的取值根据运输中的实际运输区域和路线进行确定。
    进一步,应用所述危险化学品运输临近风险预报模式单元进行运输时临近风险预报:
    针对运输区域,应用全球环流背景场数据驱动气象预报模式、区域气象场预报模式得出的风场和湍流场驱动危险化学品运输危害预测模式;
    将源项、运输路线和?;つ勘晔淙胨鑫O栈吩耸淞俳缦赵けJ?,并将所述危险化学品运输临近风险预报模式的预报结果与地理信息系统进行集成,得出化学风险分布;
    根据该化学风险分布得出应急准备方案。
    进一步,应用危险化学品运输实时危害评估模式进行实时危害评估:
    当运输过程中发生事故时,应用全球环流背景场数据驱动气象预报模式,区域气象场预报模式得出的风场和湍流场驱动危险化学品运输实时危害评估模式;
    将源项和事故发生时间和地点输入危险化学品运输实时危害评估模式,并将所述危险化学品运输实时危害评估模式的实时危害评估结果与地理信息系统进行集成,得出化学危害结果;
    根据该化学危害结果得出化学事故应急处置方案。
    进一步,应用危险化学品运输临近风险预报模式进行临近风险预报的步骤包括:
    步骤1,根据运输路线分布特征和气象场分辨率将运输路线离散化,每个离散点作为运输路线临近风险预报扩散模拟源坐标点的位置序列;
    步骤2,根据运输时间、运输距离和行车速度计算运输过程中已离散化风险源的时间序列;
    步骤3,分析运输对象,计算运输过程中的风险源,确定风险源物质名称和大??;
    步骤4,根据风险源性质,确定事故源类型和事故时危险物质释放速率,其中事故源类型包括点源、线源、面源或体源;
    步骤5,根据运输物质的性质,确定危害指标;
    步骤6,将包括上述步骤得到的位置序列、时间序列、风险源物质名称和大小、事故源类型和事故时危险物质释放速率、危害指标的源项输入所述危险化学品运输临近风险预报模式,计算运输过程中每个离散化的风险源危害纵深;
    步骤7,根据每个离散化的风险源危害纵深,计算危险化学品运输风险场分布;
    步骤8,将危险化学品运输临近风险预报模式的预报结果,即风险场分布与地理信息系统进行集成,得出化学风险在GIS系统的具体分布;
    步骤9,应用GIS数据统计分析功能,计算风险场内?;つ勘甑氖?,确定运输过程中重点防范区域或防范目标,得出危险化学品运输应急准备方案。本发明的有益效果在于:
    1.本发明在路线选择中的危害预测结果更准确。传统评价方法为简化计算量,大都直接使用统计事故率,而本专利综合考虑了危险品事故易发性、运输季节、运输时间和道路固有特征等因素;将事故后果区域假定为矩形、圆形的方法,但都不同程度地过高地评估了事故影响范围。并且矩形、圆形的影响区域也不符合危险品的扩散轨迹,显然存在着误差。而伴随模式是基于扩散模式(CAMx)构建的,在模式中考虑了复杂的气象因素、地形因素的影响,与实际的扩散更切合。
    2.本发明在运输路线选择中的危害预测效率更高效。若传统评价方法采用逐次求解扩散方程的方法,也能得出比较准确的预测结果,但事故点的位置选择有很多个,因为通常道路长度比较大,逐个求解势必会需要很长的时间。伴随模式从?;つ勘瓿龇?,只需求解一次伴随方程就可以得到风险值(关于伴随模 式求解方法见文献:刘峰,黄顺祥.大气环境风险控制的优化理论与应用,气象出版社,2011.06),求解伴随方程的时间与求解扩散方程的时间是相当的。
    3、本发明的临近风险预报更精细。传统危险化学品运输风险区域分布属于定性或半定量,该方法采用了数值扩散模式,综合考虑了运输对象、运输时间和运输路线的实际情况,得出了实际运输时精细风险场分布,避免了应急准备的盲目性。
    4.本发明的危害控制决策更科学。传统危害控制基本上根据相关法规,危害控制决策属于定性或半定量。该方法通过实时危害评估系统,提供了事故时结合实际地形、气象、环境等情况的实时的危害范围、危害等级、危害时间和伤亡概率等科学决策依据,使危险化学品运输危害控制更科学和有效。
    附图说明
    图1为本发明的危险化学品运输危害预测与控制系统结构示意图;
    图2为本发明的临近化学风险预报示意图;
    图3为本发明的实时化学危害评估示意图;
    图4为本发明的日遗化武运输风险预报示意图;
    图5为本发明的实时危害评估中剂量分布示意图;
    图6为本发明的实时危害评估中致死概率分布示意图;
    图7为本发明的实时危害评估中重度伤害概率分布示意图;
    图8为本发明的实时危害评估中中度伤害概率分布示意图;
    图9为本发明的实时危害评估中轻度伤害概率分布示意图;
    图10为本发明的实时危害评估中危害开始时间分布示意图;
    图11为本发明的实时危害评估中危害持续时间分布示意图;
    图12为本发明的实时危害评估中危害纵深示意图;
    图13为本发明的实时危害评估中危害面积示意图。
    具体实施方式
    本发明涉及到已有技术:
    NCEP资料:由美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的全球气象再分析资料和预报资料,采用了当今最先进的全 球资料同化系统和完善的数据库,对各种来源(地面、船舶、无线电探空、测风气球、飞机、卫星等)的观测资料进行质量控制和同化处理。
    WRF(Weather Research Forecast):由美国环境预测中心(NCEP)、美国国家大气研究中心(NCAR)等美国的科研机构为中心开发的一种中尺度气象预报模式,可预报未来3~7天精细三维气象场。
    CDM(Concentration and Dose Model or the toxic Clouds Diffusion Model overcomplex terrain):中国人民解放军防化学院黄顺祥建立的基于Monte Carlo原理的复杂地形上三维大气扩散模式。该扩散模式在气象预报模式和源强模式的支持下,进行扩散模拟,得出浓度和剂量的时空分布。
    图4为本发明的危险化学品运输危害预测与控制系统结构示意图;如图1所示,该系统分为三大部分:
    第一部分:处理???,分为超级计算机、服务器和前端设备三级。超级计算机用于在Linux系统下运行全球大气环流模式(应用NCEP资料)和区域气象场预报模式(WRF);服务器用于在Linux下运行有毒有害物质扩散模拟的CDM模式和在windows系统下运行基于GIS技术的其他计算???;前段设备用于在Windows系统下展示危险化学品运输路线优化、危险化学品运输临近风险预报和实时危害评估结果,可以是PC机、笔记本电脑、平板电脑和手机等。
    第二部分:操作???,包括Linux系统和Windows系统。Linux系统主要用于运行NCEP、WRF和CDM等数值模式,Windows主要用于运行应用软件与GIS系统中的数据二次分析与展示程序。
    第三部分:应用???,分为气象场预报??楹臀O栈吩耸渎废哂呕胛:υげ饽?榱讲糠?。
    1、气象场预报??榘ㄈ虼笃妨髂J剑∟CEP)单元与区域气象场预报模式(WRF)单元。全球大气环流模式得出未来7天的全球环流背景场数据,驱动区域气象场预报模式(WRF),WRF调用运输区域内精细GIS数据(高进度地形和下垫面数据),得出精细的三维气象场时空分布。
    2、危险化学品运输路线优化与危害预测??榉治O栈吩耸渎废哂呕P偷ピ–hemical Hazardous Materials Optimal Transportation Route Model,CHORM)、危险化学品运输风险预报模式单元(Risk Prediction Based on CDM,RP-CDM)和危险化学品运输实时危害评估模式单元(Real Time Hazard Assessment Based on CDM,RT-CDM)。
    (1)应用CHORM单元进行运输路线优选。分别对每条运输路线的运输风险无量纲化值和运输成本无量纲化值进行加权求和,得到和值Jn=λRνn(R)+λTνn(T),从所有和值中找到最小值,该最小和值对应的运输路线则为危险化学品风险最小运输路线:
    其中,λR和λT分别为运输风险和运输成本的权重,且λR+λT=1,两者的取值根据运输中的实际运输区域和路线进行确定。
    (2)应用RP-CDM单元进行运输时临近风险预报。如图2所示,针对运输区域,应用全球环流背景场数据驱动气象预报模式(WRF),WRF得出的风场和湍流场驱动危险化学品运输风险预报模式(RP-CDM),同时将源项(运输对象性质、数量)、运输路线(离散化经纬度)和?;つ勘辏ㄎ恢煤褪浚┦淙隦P-CDM,RP-CDM的预测结果与地理信息系统(GIS)进行集成,得出化学风险分布(风险等级和风险区域)。根据风险分布,得出应急准备方案(应急分队、应急装备和应急物资等预备种类和数量)。
    具体包括以下步骤:
    (1)根据运输路线分布特征(运输道路形状和运输道路与气象场网格之间的位置关系)和气象场分辨率,将运输路线离散化(取若干个数据节点n),每个离散点作为运输路线临近风险预报扩散模拟源坐标点的位置序列s(n),在同一网格内的道路最少取1个节点,在同一网格内道路的弯曲度c≥c0(c0通常取0.1,可根据运输对象危险等级进行调整)时,该网格内道路弯曲度最大的地方必须取1个节点;(2)然后根据运输时间、运输距离和行车速度,计算运输过程中已离散化风险源的时间序列(3)根据运输对象的拟化性质计算风险源大??;(4)根据风险源性质,确定事故源类型(点源、线源、面源或体源)和事故时危险物质释放速率(关于事故源类型和事故时危险源物质释放速率计算方法见文献:黄顺祥等,化学风险评估,气象出版社,2010.12);(5)根据运输物质的毒害性,确定危害指标;(6)将源项(位置序列、时间序列、运 输物质名称和大小、类型、释放速率、危害指标等)输入所述危险化学品运输临近风险预报模式,计算运输过程中每个离散化的风险源危害纵深;(7)根据每个离散化的风险源危害纵深和危害范围在GIS系统上的具体分布,计算危险化学品运输风险场分布;(8)将危险化学品运输临近风险预报模式的预报结果(风险场分布)与地理信息系统进行集成,通过数值模式标量数据和GIS系统矢量数据的数据转换引擎,得出化学风险在GIS系统的具体分布;(9)应用GIS数据统计分析功能,计算风险场内?;つ勘甑氖?,确定运输过程中重点防范区域或防范目标,得出危险化学品运输应急准备方案。
    (2)应用RT-CDM单元进行实时危害评估。如图3所示,当运输过程中发生事故时,应用全球环流背景场数据(NCEP)驱动气象预报模式(WRF),WRF得出的风场和湍流场驱动危险化学品运输实时危害评估模式(RT-CDM),同时将源项(危险物种类、性质、大?。┖褪鹿史⑸奔浜偷氐悖ň扯龋┦淙隦T-CDM,RT-CDM的实时危害评估结果与地理信息系统(GIS)进行集成,得出化学危害结果(危害区域、纵深、时间、伤亡概率等)。根据危害评估结果,得出化学事故应急处置(警戒、疏散、防护、洗消等)方案。
    实施例
    ①临近气象场预报
    在运输前一天,对未来3~7两天的气象场,为临近风险预报和实时危害评估提供三维气象场时空分布。
    ②临近风险预报
    在运输前一天进行临近风险预报,得出实际运输时风险区内?;つ勘攴植甲纯?,为场外应急力量部署提供依据,应用示范如图4所示。
    ③实时危害评估
    根据气象场预报、实时气象观测、事故源项,在发生事故时进行实时危害评估,快速得出危害范围、危害等级、危害纵深、危害面积、危害时间、伤亡概率分布等要素,应用示范如图5~13所示,为警戒、疏散、监测、防护、洗消等应急处置提供决策依据。
    ④预报未来天气变化
    对运输路线所在区域未来天气变化做出预报,尤其是预报是否有特殊天气现象(恶劣天气)出现,结合气象场预报结果,对第二天的危险化学品运输提出建议。
    当然,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的?;し段?。

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