CN104331833B - 环境风险源预警方法 - Google Patents

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Abstract

一种环境风险源预警方法，包括用于存储监测数据的风险源特性阈值数据库，用于存储风险源位置信息和源强信息的风险源信息数据库，其技术要点是：1）根据公式计算风险等级，并汇总本地区风险源数据；2）根据风险源建立风险预警系统；3）设定个风险源安全阈值；4）将风险源监测数值与阈值实时对比，一旦监测数据超限，计算超限程度后向总中心和分中心发出报警。从根本上解决了系统整体性能下降、控制总中心系统负荷高、系统结构复杂等问题。

Description

环境风险源预警方法
技术领域
本发明涉及环境风险预警领域，特别是一种环境风险源预警方法。
背景技术
环境污染事件本身存在复杂性和不确定性，因而环境风险预警是一个涵盖区域广、涉及多种环境因素（水体、大气、土壤、生态系统）、理化因素多样化的复杂体系。但是，由于突发污染事件发生的时间、空间、规模、过程、自然背景、受体的不确定性，现有的风险模型尚缺乏对具体研究区域的污染物质迁移转化过程的原创研究，对模型结果验证及系统集成重视不足；同时，在风险预警模型方面，涉及生态系统风险预警的模型严重不足。在环境污染事件预警平台方面的研究和应用依然薄弱，特别是在技术和设备等硬件支撑方面尚不能适应对污染事件进行预警的实际需求，不能真正实现对污染事件的有效预警。现有的环境污染事件预警指标多为针对小范围区域风险预警的宏观性指标，现有的工作主要是在污染事件的预警指标方面提出了原则性的方案，无法满足污染事件生态和健康预警的实际需求。如何针对不同环境介质中的污染物、污染水平和生态与健康效应进行快速筛选并建立合理的预警指标体系，仍然缺乏相应的技术手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境风险源预警方法。从根本上解决了系统整体性能下降、控制总中心系统负荷高、系统结构复杂等问题。
本发明的目的是这样实现的：该环境风险源预警包括用于存储监测数据的风险源特性阈值数据库，用于存储风险源位置信息和源强信息的风险源信息数据库，其特征在于，包括以下步骤：
1) 建立用于进行事故总体调度与总体监控的总中心、设置在风险源处的分中心、用于实时监测风险源数据的探测点，总中心、分中心、探测点之间通过网络相连通；在总中心内设置总中心数据服务器，在分中心内设置分中心数据服务器及视频服务器，在探测点设置监测设备；总中心数据服务器和分中心数据服务器内均安装记录有探测点物质最高允许浓度的风险源特性阈值数据库，总中心数据服务器内还安装有用于记录各风险源基本信息的风险源信息数据库；风险源基本信息包括风险源企业名称、地理位置信息、联系方式、污染物种类；
2) 针对风险源特性阈值数据库内其中一种物质U在分中心数据服务器内建立标准曲线数据库，将探测点生产状态、装料和卸料状态、以及仓储状态的标准曲线信息录入标准曲线数据库内；分中心数据服务器实时接收并存储所有探测点传回的监测数据，监测频率为1~10次/s，描绘监测数据曲线Pi(t)，实时计算△Pi；其中，Pi为其中一个探测点ti时刻的监测数值，△Pi为Pi与Pi-1的差值；
当△Pi＞0时，则实时分析从变化起始时的数据曲线Pi(t)与标准曲线的相似程度；
当监测数据曲线与标准曲线符合相似标准时，分中心数据服务器仅存储监测数据；
当监测数据曲线与标准曲线不符合相似标准时或监测数据大于风险源特性阈值数据库的阈值时，分中心数据服务器存储监测数据，并将ti时刻起始的所有数据上传至总中心数据服务器，并向分中心和总中心分级发出报警；报警方法如下：若物质U为甲类可燃气体或剧毒类气体，均发出一级报警；若物质U为中毒气体，不论其可燃性均发出二级报警；其他情况则发出三级报警；分中心数据服务器将探测点的GIS信息发送至总中心数据服务器，总中心数据服务器接收到GIS信息后，将该GIS信息所对应的探测点基本信息反映在总中心的电子地图上。
所述监测设备包括气体探测器、温湿度变送器、风速变送器。
所述气体探测器为SEN系列智能气体探测器或者美国的Apex固定式可燃性气体探测器；温湿度变送器为JK-FT402温湿度变送器；风速变送器为法国KIMO的TY10CTV100风速变送器。
本发明具有的优点及积极的技术效果是：本发明基于互联网运行，并将主要预警数据的处理设置在分中心，总中心数据服务器无需接收与存储来自于多个分中心同一时段上传的海量数据，避免了由于总中心端口带宽过窄导致系统整体性能下降，极大减轻了总中心的负荷。数据传输过程中所占用带宽极低，仅需2M的带宽即可完全满足数据传输的需要。无险情发生时，总中心无需介入，因此不涉及任何数据传输，不但节省了带宽与存储空间，而且提高了系统整体的处理速度，分中心此时作为数据处理及监测端，监控并记录探测点的日常数值及影像数据，供总中心随时调取查看。在分中心数据服务器内安装比对程序，通过将此时段的数据与历史相应时段（例如与同一生产周期中的相应时段对比）的数据进行对比，并结合高频率的数据采集，若曲线近似度≥90%，则判定为日常生产曲线，报警程序不启动，从而避免了因生产、运输等情况导致某一区域检测物浓度偏高导致勿报警的情况。一旦探测点出现泄露险情（曲线近似度＜90%)，分中心将险情发生起始时段至当前时段的数据传输至总中心，根据探测点的物质类别进行分级报警，将探测点的地理信息数据、探测点危险品信息、分中心基本信息等数据发送至总中心，在总中心显示器的电子地图上自动弹出报警数据和图像。如果有多点报警情况，则交替弹出报警画面。可在系统中集成多种监测设备，以适用于多种风险物质的监控。
综上所述，本发明充分考虑了现场环境的恶劣性和不可测性，在功能和性能上提供了足够的冗余空间，采用了一种反应迅速、架设难度低、资源利用率高、信息可靠的风险源预警监测方法，有效及时地采取应对措施，将风险事故造成的损失将至最低。因此可适应宽泛的地理、气象、供电、线路设施等条件。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明预警系统的树状结构示意图；
图2是本发明预警方法的预警流程示意图；
图3是本发明预警系统的工作原理示意图。
具体实施方式
根据图1~3对本发明的内容进行详细阐述。以某硫化异丁烯生产企业为例，其中主要涉及二氧化硫、硫化氢、氯化氢、氯气等主要危险气体的监控，上述气体所涉及的理化情况如下表所示。该环境风险源预警方法包括以下步骤：
1) 建立用于进行事故总体调度与总体监控的总中心、设置在风险源处的分中心、用于实时监测风险源数据的探测点，总中心、分中心、探测点之间借助互联网及后台网络数据库，共同构成整个环境风险源预警系统。在总中心机房安装总中心数据服务器，在分中心机房安装分中心数据服务器及视频服务器，采用树状结构，总中心进行总体控管，下辖多个分中心（每个风险源单位可以基于要监管的位置设置一个或多个分中心），每个分中心根据厂区实际情况下设一个或多个探测点，探测点上设置探测设备，探测设备主要包括气体探测器（如SEN系列智能气体探测器或者美国的Apex固定式可燃性气体探测器）、温湿度变送器（如JK-FT402温湿度变送器）、风速变送器（如法国KIMO的TY10CTV100风速变送器）等。其中，可燃气体变送器可监测多种气体，如氨气、砷化三氢、氯气、二氧化硫及硫化氢等。（例如：当监测某硫化异丁烯生产企业时，采用服务器式分中心，实际应用到的监测设备主要包括温湿度变送器、气体探测器等。）总中心数据服务器和分中心数据服务器内均安装记录有探测点物质最高允许浓度的风险源特性阈值数据库，该风险源特性阈值数据库可存放上万条危险品的阈值特性信息。总中心数据服务器内还安装有用于记录各风险源基本信息的风险源信息数据库，风险源基本信息包括风险源企业名称、地理位置信息、联系方式、污染物种类等。
总中心数据服务器内的风险源监控预警决策程序以及分中心数据服务器内的环境风险源预警平台应用系统均基于.NET 2.0框架模块化设计，采用C#开发。系统各部分均可独立使用、根据权限决定是否可用、基于实际应用情况选择启用/停用。.NET框架提供大量成熟的控件和组件，同时支持Web应用系统、Windows桌面程序、手持移动应用程序、嵌入式设备的开发，充分满足了风险源管理平台软件多种形式应用构成的需要。总中心数据服务器与分中心数据服务器概况如下表所示。
表1 总中心数据服务器与分中心数据服务器概况
风险源监控预警决策程序主要包括风险源实时信息监测模块、历史数据分析模块、系统管理模块、报警管理模块、GIS模块等。风险源实时信息监测模块主要用于实时监控所有现场数据和状况分析，当点击某一风险源时，能够弹出该风险源的实时监控数据；历史数据分析模块主要用于历史记录查询和历史曲线回放；系统管理模块主要用于向分中心发送参数预置指令，分中心数据服务器按照接收的命令完成相应的探测点的参数设置；GIS模块主要用于在地理信息系统上随时添加风险源点，日常情况下监测点都可实现实时交通流量观察、地貌信息及风险源单位信息等监测数据的滚动显示。
GIS模块与电子地图结合，电子地图可为总中心提供更直观的危险源、危险区域的实时监测信息，为环境风险源管理科学化提供信息支持，提高了应对突发事件的预防能力和时效性。对重大危险源分级别采用不同的颜色在电子地图上展示，点击能够查看该危险源的实时监控情况。电子地图系统可编辑，导航性好，标准开放，支持在线网络地图技术，具有良好的可集成性。当监测点发生报警或故障时，电子地图配合系统声音进行报警提示，以颜色和报警紧急程度来区分报警或故障等级。
本发明的环境风险源预警应用系统主要具有以下功能：在主界面可查看系统所连接设备的图形数据结果及设备连接拓扑关系图；管理分中心与本地数据库、分中心与远程总中心数据库的连接；手动实时刷新和上报一次数据；管理当前风险源单位的各项信息并同步到总中心；每个监测点可创建多组监测设备，并分别维护其名称、监测对象、量程、告警界限值、硬件设备连接参数等信息；实时监测，在发生告警或事故时可根据情况选择停止监控，以观察监测点的数据情况；在发生告警或事故时可根据情况选择停止告警，以防止系统持续产生声光告警干扰现场工作；可查看包括单位名称、风险源位置、告警设备名称和超限信息等详细信息，值班人员在确认读取了告警信息之后记录确认时间和确认的用户名称；可建立系统用户同时提供用户登录功能，以方便值班人员换班值守；可对数据库执行快速完整备份；可对系统程序执行快速完整备份；提供与温度、湿度、危险气体检测等监控设备的连接功能和测试功能。
为保证实时图像监控，还可在分中心设置视频设备，其主要包括安装在探测点的云台摄像头以及安装在机房内的视频服务器。云台摄像头将视频数据储存在视频服务器上。一旦有险情发生，总中心可通过互联网在线直观的观察现场状况，决策是否需要人为介入或远程指挥。分中心可通过局域网直接查看现场状况，确定自行解决或上报险情状态。险情处置妥当后，还可通过回放视频数据库中的历史影像数据，总结经验、寻求最佳的预防及应对措施。
为提高监测效果，节省设备成本，对于距离较近的同一风险源单位下辖的部分分中心还可采用无人值守式，即省略部分分中心数据服务器，而仅在探测点设置探测设备和/或视频设备，并将数据传输端直连互联网，实现相邻分中心数据服务器的通讯，避免占用总中心带宽，造成网络拥堵。
2) 针对风险源特性阈值数据库内其中标的物质（物质U）在分中心数据服务器内建立标准曲线数据库，将探测点生产状态、装料和卸料状态、以及仓储状态的标准曲线信息录入标准曲线数据库内。
标准曲线主要涉及生产过程以及仓储时标的物质的探测，例如：对于厂区内封闭环境或开放环境下标的物质（以气体为例）的探测，在其他条件不变的情况下，区别仅在于标的物质的扩散速度不同。例如，某气体在由车间罐体向运输车罐体转运过程中，可能由于密封及其他原因致使气体产生少部分泄露，从而被探测点的探测器检测到。在扩散速度一定的情况下，转运过程中，探测器检测到的气体浓度是逐渐上升的，当转运完成时，各罐体再次封闭，而扩散速度不变，此时探测器检测到的气体浓度是逐渐下降的。因此，气体浓度关于时间的曲线近似于一条开口向下的抛物线，即可近似看作，气体浓度变化率，其中a、b、c为常数。常数a由单位时间内泄露量与扩散量的差值决定，常数b、c由由单位时间内泄露量与扩散量的差值、气体泄露时间决定。而非标准曲线，即发生险情时的曲线，仅为的左半部（通常转运过程的时间范围较为固定），因此容易判定此时的安全状态。
生产过程中的标的物质探测，若某反应产生标的气体，则对于该类车间必然要求通风性良好，从而保证生产区内的标的气体浓度处于最高允许浓度下，即标的气体在正常生产时浓度在一定区域内小范围波动，气体浓度关于时间的曲线近似于线性，变化率。扩散量一定，一旦发生泄漏，必然导致c值呈线性上升，因此容易被探测器所检测到。
上述常数a、b、c均为根据风险源自身因素，如生产规模、仓储量、扩散速度等确定的。当然，也可根据风险源实际情况丰富标准曲线数据库，进一步提高判定的准确度。
分中心数据服务器实时接收并存储所有探测点传回的监测数据，监测频率为1~10次/s，描绘监测数据曲线Pi(t)，实时计算△Pi；其中，Pi为其中一个探测点ti时刻的监测数值，△Pi为Pi与Pi-1的差值；
当△Pi＞0时，则实时分析从变化起始时的数据曲线Pi(t)与标准曲线的相似程度。
监测数据曲线与标准曲线的近似程度判断的方法很多，仅处只进行简单举例。例如可采用曲率对比法，如曲线上的某点的曲率定义为，在等比例缩放下，曲线的曲率会发生变化，即类曲率。曲率与类曲率的分子相同，分母的指数由3/2变为1。与传统曲率相比，类曲率的曲线进行等比例缩放的情况下也可以保持不变，这个特点使得类曲率可以检测经过等比例缩放变换的曲线之间的相似度。需要说明的是，曲率对比法属于现有技术范畴，为节省篇幅同时保证公开充分，此处仅作简要说明。
对信息进行分析、推断与转化：当监测数据曲线与标准曲线符合相似标准时，分中心数据服务器仅存储监测数据，因此可节省空闲时的带宽，使网络资源得到最有效的利用。当监测数据曲线与标准曲线不符合相似标准时，分中心数据服务器存储监测数据，并将ti时刻起始的所有数据上传至总中心数据服务器，并向分中心和总中心分级发出报警。分级报警方法如下：根据探测点所监测的物质情况，确定阈值（即表2中的最高允许浓度），分中心系统根据物质的毒性及可燃性进行报警等级判定，判定方法如下表3。分中心数据服务器将探测点的GIS信息发送至总中心数据服务器，总中心数据服务器接收到GIS信息后，将该GIS信息所对应的探测点基本信息反映在总中心的电子地图上。
根据工业TJ36-79《工业企业设计卫生标准》以及《GB50493—2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中车间空气含有有害气体的最高允许浓度作为基础划分，将最高允许浓度≤5mg/ m3的气体列为剧毒，将最高允许浓度＞5mg/ m3，且≤30mg/ m3的气体列为中毒，将最高允许浓度＞30mg/ m3的气体列为低毒。将爆炸下限<10%的气体列为甲类，将爆炸下限≥10%的气体列为乙类。
表2 TJ36-79《工业企业设计卫生标准》中部分气体的规定
表3 报警等级判定

Claims (1)

1.一种环境风险源预警方法，包括用于存储监测数据的风险源特性阈值数据库，用于存储风险源位置信息和源强信息的风险源信息数据库，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立用于进行事故总体调度与总体监控的总中心、设置在风险源处的分中心、用于实时监测风险源数据的探测点，总中心、分中心、探测点之间通过网络相连通；在总中心内设置总中心数据服务器，在分中心内设置分中心数据服务器及视频服务器，在探测点设置监测设备；总中心数据服务器和分中心数据服务器内均安装记录有探测点物质最高允许浓度的风险源特性阈值数据库，总中心数据服务器内还安装有用于记录各风险源基本信息的风险源信息数据库；风险源基本信息包括风险源企业名称、地理位置信息、联系方式、污染物种类；
2)针对风险源特性阀值数据库内其中一种物质U在分中心数据服务器内建立标准曲线数据库，将探测点生产状态、装料和卸料状态、以及仓储状态的标准曲线信息录入标准曲线数据库内；分中心数据服务器实时接收并存储所有探测点传回的监测数据，监测频率为1~10次/s，描绘监测数据曲线Pi(t)，实时计算△Pi；其中，Pi为其中一个探测点ti时刻的监测数值，△Pi为Pi与Pi-1的差值；
当△Pi>0时，则实时分析从变化起始时的数据曲线Pi(t)与标准曲线的相似程度；
当监测数据曲线与标准曲线符合相似标准时，分中心数据服务器仅存储监测数据；
当监测数据曲线与标准曲线不符合相似标准时或监测数据大于风险源特性阀值数据库的阈值时，分中心数据服务器存储监测数据，并将ti时刻起始的所有数据上传至总中心数据服务器，并向分中心和总中心分级发出报警；报警方法如下：若物质U为甲类可燃气体或剧毒类气体，均发出一级报警；若物质U为中毒气体，不论其可燃性均发出二级报警；
其他情况则发出三级报警；分中心数据服务器将探测点的GIS信息发送至总中心数据服务器，总中心数据服务器接收到GIS信息后，将该GIS信息所对应的探测点基本信息反映在总中心的电子地图上；
监测设备包括气体探测器、温湿度变送器、风速变送器；
气体探测器为SEN系列智能气体探测器或者美国的Apex固定式可燃性气体探测器；温湿度变送器为JK-FT402温湿度变送器；风速变送器为法国KIMO的TY10CTV100风速变送器。
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