2017年10月17日 星期二
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守护城市安全

——青海省地矿测绘院开展城市安全风险防范与控制技术研究纪实

2017-7-13 17:31:48 来源:中国矿业报 本报记者:王琼杰 罗生福

利用大数据、云服务,扎紧城市安全篱笆,实现城市生产安全监管由事后的事故管理性向事前的风险管理型的升级转化。

没有想到,这项由科技部批准立项的国家科技支撑计划、事关城市安危的前瞻性示范项目——《城市生产安全风险防范与控制关键技术研究与示范》竟然落到了西部的地勘单位青海省地勘局测绘院头上。

“该项目是测绘地理信息技术与城市安全生产紧密结合的有益尝试,既能充分发挥我们测绘院的地理信息技术优势,拓宽了地勘单位的服务领域,又能守护城市安全,为区域经济安全发展起到积极作用。”青海省地矿测绘院副院长、青海省高原测绘地理信息新技术重点实验室副主任郑永虎表示。

“金牌”项目落青海

由国家科技部批准立项的项目,含金量十分高,示范作用和战略意义也很强,也正缘于此,大多集中在了经济基础好、区位优势强的中东部地区,而《城市生产安全风险防范与控制关键技术研究与示范》这个项目能“花落”青海这个西部偏远省份,并由青海省地矿测绘院作为项目牵头单位来组织实施,足以证明了该院的实力。

开展航空摄影测量的无人机

事实上,早在2013年,该院就确立了“发挥测绘地理信息技术优势,为城市地质、数字城市和智慧城市建设服务”的工作方向,围绕科技部、国土资源部的重大科技战略部署,联合有关高等院校,有针对性地筛选申报了一些事关城市生产安全的科技项目。

功夫不负有心人。2015年,该院申报的《城市生产安全风险防范与控制关键技术研究与示范》获批立项,被科技部列为国家科技支撑计划项目。据了解,该项目总经费1146万元,依托柴达木循环经济试验区德令哈工业园区进行研究和示范。由该院作为项目牵头单位,联合国内多家高校和科研院所共同实施。

“在海西州开展此项目的研究与示范,具有极为重大的意义。”郑永虎介绍,青海省作为长江、黄河、澜沧江的发源地,是我国最重要、影响范围最大的生态区域。海西州是青海省经济社会发展最具有活力的地区,承担着支撑青海省经济社会发展、保护三江源、支援西藏建设的重任。但该地区生态系统脆弱,生态环境的敏感性和不稳定性突出,环境保护的任务十分艰巨。在这里开展此项目,必将极大地支持保护“三江源”生态环境,维护国家生态屏障安全。

在青海的海西开展此项目研究,也是实现区域经济社会可持续发展的迫切需要,可为其他一些经济发达、工业园比较集中的地区提供示范。

“海西实验区是青海省主要的经济发展区,也是我国西部重要的资源开发区,拥有丰富的自然资源,但地处青藏高原,生态环境比较脆弱,城市生产安全事故时有发生,自然灾害多发且易于引致次生和衍生灾害。”该项目负责人、青海省测绘院海西分院主任何旭东解释说,开展本项目的工程示范,将极大地增强海西州防御各类生产事故和自然灾害的能力,推进海西州循环经济发展,有利于优化资源配置,促进资源的高效利用、循环利用,最大限度地减少和降低因矿产资源开发造成的环境污染、生态破坏,实现区域经济健康、可持续发展。

其实,科技部之所以将该项目选择在青海省的海西,还有着更高的战略考虑,那就是维护民族地区安全稳定。据了解,海西实验区地处青、甘、新、藏四省区交汇的中心地带,是维疆援藏战略要地和重要门户。同时,海西试验区与省内及周边少数民族地区在历史、文化、经济、社会等方面有许多相似之处,共同的地域、共同的民族和共同的宗教信仰,特别是青海省内宗教文化活动的特殊地位,对周边地区的宗教文化活动具有深远而特殊的影响,使其形成一个密不可分的特殊经济文化圈。

“在海西州开展示范工程建设,提升实验区的发展水平,对促进青海民族地区的经济发展,巩固维疆援藏战略地位,确保各族人民安居乐业、和谐共处、共同进步,维护西部少数民族地区的民族团结和社会稳定,具有重要的经济和政治意义。”青海省地矿测绘院党委书记李兆钧对项目的深远意义分析得更为透彻。

集成创新树示范

“本项目将以城市生产安全事故风险防控为目标,综合利用卫星、无人机、激光雷达网络等多种监测手段,构建立体、多层次的监测系统,实时收集实验区城市生产安全大数据。在此基础上突破城市生产安全大数据实时快速处理技术,从海量、多源、异构的数据中快速而有效地提取有用的信息,为城市生产安全监管由事故管理性向风险管理型的升级转化,从应急转向预防,从被动转向主动监管的转变,提供基础保障,提高城市生产安全风险防控水平。”何旭东谈到该项目的重要意义。

德令哈工业园区腐蚀埋片试验现场

然而,作为专业性强、业务领域相对较窄的地勘单位,现在一下子要转型到城市安全管理这一科技含量很高的综合性项目,困难可想而知。

“利用好自身的技术优势,联合高等院所和相关部门,以创新为突破口,激发科研人员的创造力,把测绘地理信息技术与城市安全生产深度融合,创出一条为城市生产安全服务的地勘单位发展新路子。”该院领导班子在深入调研、多方论证、集思广益的基础上,最后集中拍板。

“该项目探索性很强,不创新将是死路一条。”何旭东介绍,在该项目的实施中,项目组加强科研攻关,涌现了多项创新。一是项目总结出了城市脆弱性随着时间、空间、技术转移、产业升级等因素的变化规律,提炼出了生态环境敏感性、不稳定性及脆弱性分析方法,构建起了“地理-历史-技术”等维度的风险性和脆弱性。二是加强集成创新,研发出了城市生命线管网交直流干扰监测设备与风险防控技术。三是创新运用多种科技手段和设备,将卫星遥感、无人机航测遥感、倾斜摄影测量、即时定位与地图构建(SLAM)等测绘地理信息新技术综合应用于项目研究。

据了解,该项目启动以来各课题进展顺利。该院克服项目区内试点单位的选定、高海拔特殊的地理气候环境对无人机飞行的影响、倾斜摄影测量技术首次在高海拔地区的应用等诸多难题,确保了承担的项目课题一“城市生产环境脆弱性遥感地理信息技术研究”进展顺利,成果颇丰。

“我们开展了无人机遥感监测技术研究,已完成德令哈工业园区无人机航空摄影测量,获取研究区数字正射影像(DOM)、数字高程模型(DEM);进行工业园区脆弱性分析研究,构建了社会脆弱性评估指标体系和物理脆弱性评估方法,对园区企业基本信息、应急预案完善程度、企业危险源基本情况等进行了入企调查;开展园区地下管线调查,获取园区主要区域地下管线数据成果;开展城市生命线管网风险防范与控制技术研究,对园区内的腐蚀环境进行了调查,测试了青藏铁路、高压输电塔架周边的杂散电流干扰情况,并进行了埋片实验;开展了城市生产安全突发情况环境监测与环境污染探测技术研究,对大气探测激光雷达遥感偏振测量通道进行校准实验;对青海西部镁业有限公司、青海中航资源有限公司采用倾斜摄影测量方法进行厂区三维模型建立,并利用SLAM技术对两家单位部分建筑进行了室内扫描并建立三维模型。”何旭东如数家珍地说。

成果应用前景广

“我们院取得的阶段性成果,为其它两个课题的顺利开展提供了基础数据,为全国城市生产安全风险防范提供了经验。”郑永虎表示。

对该项目成果的应用前景,郑永虎也是信心满满:“复杂场景下事故物质的遥测是事故处置环节中的一大重点和难点。由于事故场景的复杂性,我们拟采用红外光谱、太赫兹遥测和激光雷达探测技术相结合,从点遥测、线遥测和面遥测三个方面对事故场景和事故物质进行信息感知,建立起复杂事故场景下的遥测方法与技术。”

“点、线遥测是为了确保信息感知的准确性,而面遥测则是为了确保信息感知的全面性。对于红外光谱和太赫兹应用于城市生产安全事故复杂场景下的信息感知,关键是提高其抗干扰能力、增大有效遥测距离和提高遥测的准确性。”郑永虎进一步解释说。

无人机航空摄影测量的德令哈工业园区正射影像图(局部)

该项目成果的应用,还能有效解决日益突出的“城市病”难题。据了解,随着城市化程度日益提高、城市工业园区分布越来越密集,工业园区的地上地下管网分布更加密集,不同管网之间的距离越来越近,油气管道之间的相互影响越来越大,随着新兴城镇的发展,其建设或多或少会经过地下管网穿行地带,地下油气管网与市政管网相互交错,为城镇埋下了隐患。

“城镇的管网使用、维护、更换难免对油气管网造成影响,加之近年来的地震、水库泄漏、大风等自然事故对地下管网和工业园区对应的化学品储存生产设备造成的伤害,都导致了城镇发展所面临的脆弱性加大。而依据本项目成果,加强城镇脆弱性与风险性分析,构建城市生产安全风险防范与控制系统平台,为城市生产安全风险防范与控制提供基础与保障。”何旭东说。

“事故源的确定是事故得到有效处理的前提,也是本项目的中心。现有的事故源确定方法并不十分完善,而近年来智能算法的快速发展,为事故源精确确定带来了契机。”何旭东介绍,事故源的快速确定可以最大程度降低城市生产安全品事故带来的灾害和人员伤亡,乃至社会恐慌。由于城市生产安全事故往往伴随着火灾、爆炸等极端的化学过程,再加上事故现场的复杂性,事故源的快速确定成为一个难点。在事故源的快速确定中,不仅要考虑事故物质的迁移扩散,还要考虑其化学转化,以及事故现场的建筑、植被等。因此,要探索建立事故源快速确定的反算方法和理论,更加精确、迅速地确定事故源位置,从根本上解决城市生产安全事故复杂场景下事故源难确定问题。

而随着城市轨道交通、市政输电网络的飞速发展和城市地下空间的扩展,作为城市生命线的水、气、暖等城市生产管网体系面临巨大的安全隐患,注重事前的有效监控、提升城市生产安全成为重中之重,也是本项目的一大技术难点。

“为实现在城市燃气管网等生命线的安全风险防范和控制,需要针对城市轨道交通和市政高压输电线路对城市管网的杂散电流干扰,开发和推广交直流电干扰监测与消减技术;针对城市建设过程中由于地基沉降引起的管道大应变位移,开发和推广基于光纤传感的监测和预警技术;开发和应用安全保障数据有效监测、识别,及生产安全状态下的动态评估诊断和风险防范系统。”郑永虎介绍。

众所周知,多年来,由于城市生产安全事故具有多维特征,导致城市生产安全事故的数据具有多维、多源、异构、海量的特点,给城市生产安全数据的组织管理与分析带来了巨大困难,所以如何实现多源、异构、多维数据的标准化处理与高效组织管理自然成为本课题研究的重点。另外,大数据具有价值密度低的特征,如何在海量数据中快速、准确的识别有价值信息,及时为城市生产安全应急决策提供支持,也是该课题的主要研究目标之一。

“我们还要通过项目的实施及研究,对来自不同系统的多维风险影响因素,如危险源实时状态、安全生产执法检查数据、事故数据等,建立综合风险动态评估方法,构建城市生产安全动态监管平台。”郑永虎最后表示,“这个平台与各企业相连,既可以对各企业进行动态监控、实时监管,及时发现存在的生产安全风险,又可以在发生事故后对事故场景进行追溯,查处事故的真正原因,以从中更好的吸取教训。”□

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