CN106710356A - 一种溢油事故模拟训练的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种溢油事故模拟训练的仿真方法，具体方法包括以下步骤：1)用所述的三维建模模块构建溢油事故涉及到的应急力量和应急资源设备的仿真模型，2)用所述的港口建模模块构建溢油事故周边港口的三维场景仿真模型，3)在港口的三维场景仿真模型的海水中设置溢油事故发生点，用设定的溢油事故发生强度在所述的溢流信息模拟子模块对溢油状况进行动态模拟，所述的应急处置推演子模块根据溢油事故发生的类型、时间、地点以状态机形式对处置过程进行推演，最后将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存。本发明的仿真方法解决了常规仿真方法不能进行溢油事故模拟训练的问题，能够替代目前常规的实战演练，可低成本地来预测溢油事故应急处置方案的可行性和发现预订方案的漏洞，评估方案的风险，总结经验教训。

Description

一种溢油事故模拟训练的仿真方法

技术领域

本发明属于计算机仿真、辅助决策技术领域，特别涉及一种溢油事故模拟训练的仿真方法。

背景技术

海洋是地球上仅次于生物圈的巨大生态系统，蕴藏着各种自然资源，是人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要基地。保护海洋环境，防止海洋遭到破坏已成为全人类关注的焦点之一。我国是海洋大国，海洋环境保护得到了党和政府的高度重视；保护海洋环境，实现海洋的可持续发展，是我国的基本国策之一。

海洋为人类的发展提供了丰富的资源，它既是天然宝库，也是人类最经济的运输环境。海洋运输成本较低，运输容量大，但是船舶数量和海洋运输量的增加，以及海运货物种类的扩大，使海洋收到由船舶引起的污染也日益增加，海洋环境受到严重的威胁。随着商业船舶的不断扩大，船舶已经成为海洋的一个不可忽视的污染源，其中又以石油污染为主。随着世界经济的快速发展和对能源的消费增长，国际海上石油运输急剧增加，油船的数量和吨位也越来越大，油船进出港口的次数也导致了全球海上重大溢油事故的频频发生，对海洋环境和当地海洋生态带来了严重的污染。特别是海上石油化工的迅速发展，油船及散化船舶事故频繁发生，严重污染了海洋环境。

船舶石油污染是指由于船舶运输而使石油及其产品对海洋环境造成的污染，约占油类对海洋污染重量的47％。其主要来源是机动船舶的机舱舱底污水、油船污压载水、洗舱污水以及海难事故及装卸事故中的溢油等。据相关权威资料统计，世界范围每年因搁浅、触礁、碰撞等海损事故而溢漏入海的石油占船舶油污染总量的18％，约50000吨的是事故性溢油是突发性的、不确定性的，而给海洋带来的污染却往往是灾难性的。据统计，1973到2006年间，我国沿海共发生大小船舶溢油事故2635起，其中溢油50吨以上的重大船舶溢油事故供69起，总溢油量37077吨，平均每年发生2起，平均每起污染事故溢油量537吨。特别是2005到2009年，全国沿海和内河水域共发生船舶污染事故253起，其中溢油量50吨以上的事故达9起之多。

计算机防真技术由于可以充分模拟各种真实情况，快速准确的进行复杂状态的仿真而日益受到重视，为了防治溢油对我国海洋的污染，保护国家经济发展环境，同时也为了履行《1990年国际油污防备、反应和合作公约》的义务，采用计算机防真技术对海上溢油事故的演练可低成本地来预测应急处置方案的可行性和发现预订方案的漏洞，评估方案的风险，总结经验教训。但是，现在技术中还没有溢油事故模拟训练的仿真方法。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种溢油事故模拟训练的仿真方法，在通用的三维场景仿真方法进行二次开发，解决了常规仿真方法不能进行溢油事故模拟训练的问题，能够替代目前常规的实战演练方法，可低成本地来预测溢油事故应急处置方案的可行性和发现预订方案的漏洞，评估方案的风险，总结经验教训。

本发明的具体技术方案是

一种溢油事故模拟训练的仿真方法，其特征在于，采用以下的系统进行仿真，该系统包括仿真模型数据库、三维建模模块、港口建模模块和应急方案仿真模块，

所述的仿真模型数据库用于存储溢油事故模拟训练时使用到的应急力量和应急资源设备的通用仿真模型和自定义仿真模型、以及静态建筑物仿真模型和河流、船舶、气象环境的动态可视化仿真模型，每个仿真模型都具有多媒体资源附件字段，用于添加文字、图片、声音、三维动画等媒体资源，每个仿真模型以现有的三维建模软件的数据文件形式储存，

所述的三维建模模块包括自定义仿真模型调用子模块、仿真模型建立和编辑子模块和粒子编辑子模块，所述的自定义仿真模型调用子模块用于从仿真模型数据库读出应急力量和应急资源设备的仿真模型，所述的仿真模型建立和编辑子模块具有采用基本三维模块搭建应急力量和应急资源设备的仿真模型的功能，能够对基本三维模块的特征尺寸进行设置，该模块能够对自定义仿真模型调用子模块读出的仿真模型进行特征编辑修改并存入仿真模型数据库，所述的粒子编辑子模块用于模拟火焰、烟雾灾害效果并形成灾害效果数据文件存储，

所述的港口建模模块用于包括大规模三维场景建模子模块、溢油事故场景编辑子模块以及线路和视点编辑子模块，大规模三维场景建模子模块用于建立包括港口的三维场景仿真模型，并能够读入GIS数据直接在三维场景仿真模型上显示，所述的溢油事故场景编辑子模块调用仿真模型数据库中的应急力量和应急资源设备的仿真模型以及灾害效果数据文件，并与应急力量仿真模型对应的应急人员图标一起在三维场景仿真模型中布置显示，所述的线路和视点编辑子模块用于编辑救援路线和撤离路线，能够对选择的场所的视点进行预设，对对救援路线和撤离路线进行漫游，

所述的应急方案仿真模块包括溢流信息模拟子模块、溢油报警和应急保障可视化子模块、应急处置推演子模块、污染物控制清除作业可视化子模块以及训练评价子模块，所述的溢流信息模拟子模块采用溢油状态推演算法，对溢油状况进行动态模拟，并在三维场景仿真模型中对模拟结果进行可视化，所述的溢油报警和应急保障可视化子模块用于在三维场景仿真模型中显示报警点和与应急力量仿真模型对应的应急人员图标进行动态可视化展示，所述的应急处置推演子模块以状态机形式对处置过程进行推演，包括应急资源设备调配的演练、应急力量调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练，所述的污染物控制清除作业可视化子模块用于模拟显示污染物围控作业和清污作业的动态效果，所述的训练评价子模块用于评价演练的训练效果，查看演练的结果统计信息，并能够将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存，

具体方法包括以下步骤：

1)用所述的三维建模模块构建溢油事故涉及到的应急力量和应急资源设备的仿真模型，用所述的自定义仿真模型调用子模块从仿真模型数据库读出已有的应急力量和应急资源设备的仿真模型，用仿真模型建立和编辑子模块对读出的应急力量和应急资源设备的仿真模型进行特征修改，在已有的应急力量和应急资源设备的仿真模型不能满足建模需求的情况下，所述的仿真模型建立和编辑子模块采用基本三维模块搭建所需的应急力量和应急资源设备的仿真模型，建立或编辑修改完毕后存入仿真模型数据库，用粒子编辑子模块编辑模拟火焰、烟雾灾害效果并存入数据文件；

2)用所述的港口建模模块构建溢油事故周边港口的三维场景仿真模型，港口的三维场景仿真模型包括所述的溢油事故场景编辑子模块调用仿真模型数据库中的应急力量和应急资源设备的仿真模型以及读取的灾害效果数据文件并显示，还包括与应急力量仿真模型对应的应急人员图标的添加显示，应急力量和应急资源设备的仿真模型以及应急人员图标的原始GIS数据也以数据文件的形式储存，

3)在港口的三维场景仿真模型的海水中设置溢油事故发生点，用设定的溢油事故发生强度在所述的溢流信息模拟子模块对溢油状况进行动态模拟，所述的应急处置推演子模块根据溢油事故发生的类型、时间、地点以状态机形式对处置过程进行推演，包括应急物资设备调配的演练、应急力量调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练，在演练过程中，所述的溢油报警和应急保障可视化子模块动态显示与应急力量仿真模型对应的应急人员图标在三维场景仿真模型中的运动情况和线路，在演练完成后用所述的训练评价子模块对演练的训练效果进行评价，最后将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存。

更进一步地，所述的应急资源设备包括应急卸载和残油转移设备、溢油围控设备、溢油机械回收设备、溢油吸附回收材料、溢油分散剂及分散设备和溢油储存及转移运设备。

更进一步地，所述的基本三维模块包括立方体、长方体、圆柱、圆锥等基本三维立体模型。

本发明的有益效果是：

1)本发明的方法用计算机仿真代替目前通常采用的实战演练方法，使得在低投入成本的前提下就能进行应对溢油事故的各种应急决策演练，并能实现实战演练难以进行的各种情景演习，具有很好的演练效果；

2)本发明的方法能够溢油状况进行动态模拟，进行应急物资调配的演练、应急处置队伍调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练，能够让指挥者实时调节演练方案和查看演练场景；

3)本发明的方法能够在演练完成后对演练的训练效果进行评价，进行重复展示，帮助指挥者查找漏洞，改进决策。

附图说明

图1为本发明的溢油事故模拟训练的仿真方法的流程图；

图中：1－三维建模模块，2－港口建模模块，3－应急方案仿真模块，4－仿真模型数据库。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体技术方案作进一步地说明。

如图1所示，本发明的一种溢油事故模拟训练的仿真方法，具体方法包括以下步骤：

1)用三维建模模块构建溢油事故涉及到的应急力量和应急资源设备的仿真模型，用自定义仿真模型调用子模块从仿真模型数据库读出已有的应急力量和应急资源设备的仿真模型，用仿真模型建立和编辑子模块对读出的应急力量和应急资源设备的仿真模型进行特征修改，在已有的应急力量和应急资源设备的仿真模型不能满足建模需求的情况下，所述的仿真模型建立和编辑子模块采用基本三维模块搭建所需的应急力量和应急资源设备的仿真模型，建立或编辑修改完毕后存入仿真模型数据库，用粒子编辑子模块编辑模拟火焰、烟雾灾害效果并存入数据文件；

2)用港口建模模块构建溢油事故周边港口的三维场景仿真模型，港口的三维场景仿真模型包括所述的溢油事故场景编辑子模块调用仿真模型数据库中的应急力量和应急资源设备的仿真模型以及读取的灾害效果数据文件并显示，还包括与应急力量仿真模型对应的应急人员图标的添加显示，应急力量和应急资源设备的仿真模型以及应急人员图标的原始GIS数据也以数据文件的形式储存；

3)在港口的三维场景仿真模型的海水中设置溢油事故发生点，用设定的溢油事故发生强度在所述的溢流信息模拟子模块对溢油状况进行动态模拟，所述的应急处置推演子模块根据溢油事故发生的类型、时间、地点以状态机形式对处置过程进行推演，包括应急物资设备调配的演练、应急力量调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练，在演练过程中，所述的溢油报警和应急保障可视化子模块动态显示与应急力量仿真模型对应的应急人员图标在三维场景仿真模型中的运动情况和线路，在演练完成后用所述的训练评价子模块对演练的训练效果进行评价，最后将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存。

本方法所用到的系统包括仿真模型数据库、三维建模模块、港口建模模块和应急方案仿真模块。本系统是在Unity3D平台上进行的二次开台。

所述的仿真模型数据库用于存储溢油事故模拟训练时使用到的应急力量和应急资源设备的通用仿真模型和自定义仿真模型、以及静态建筑物仿真模型和河流、船舶、气象环境的动态可视化仿真模型，每个仿真模型都具有多媒体资源附件字段，用于添加文字、图片、声音、三维动画等媒体资源，储存文件可采用XML文件。每个仿真模型以现有的三维建模软件的数据文件形式储存。所述的应急资源设备包括应急卸载和残油转移设备、溢油围控设备、溢油机械回收设备、溢油吸附回收材料、溢油分散剂及分散设备和溢油储存及转移运设备。

所述的三维建模模块包括自定义仿真模型调用子模块、仿真模型建立和编辑子模块和粒子编辑子模块，所述的自定义仿真模型调用子模块用于从仿真模型数据库读出应急力量和应急资源设备的仿真模型，所述的仿真模型建立和编辑子模块具有采用基本三维模块搭建应急力量和应急资源设备的仿真模型的功能，能够对基本三维模块的特征尺寸进行设置，该模块能够对自定义仿真模型调用子模块读出的仿真模型进行特征编辑修改并存入仿真模型数据库，所述的粒子编辑子模块用于模拟火焰、烟雾灾害效果并形成灾害效果数据文件存储。所述的应急资源设备包括应急卸载和残油转移设备、溢油围控设备、溢油机械回收设备、溢油吸附回收材料、溢油分散剂及分散设备和溢油储存及转移运设备。应急力量包括各种人员配备。

所述的港口建模模块用于包括大规模三维场景建模子模块、溢油事故场景编辑子模块以及线路和视点编辑子模块，大规模三维场景建模子模块用于建立包括港口的三维场景仿真模型，并能够读入GIS数据直接在三维场景仿真模型上显示，所述的溢油事故场景编辑子模块调用仿真模型数据库中的应急力量和应急资源设备的仿真模型以及灾害效果数据文件，并与应急力量仿真模型对应的应急人员图标一起在三维场景仿真模型中布置显示，所述的线路和视点编辑子模块用于编辑救援路线和撤离路线，能够对选择的场所的视点进行预设，对对救援路线和撤离路线进行漫游。

所述的应急方案仿真模块包括溢流信息模拟子模块、溢油报警和应急保障可视化子模块、应急处置推演子模块、污染物控制清除作业可视化子模块以及训练评价子模块，所述的溢流信息模拟子模块采用溢油状态推演算法，对溢油状况进行动态模拟，所述的溢流信息模拟子模块采用溢油状态推演算法采用美国ASA公司的Oilmap溢油预测模型。并在三维场景仿真模型中对模拟结果进行可视化，所述的溢油报警和应急保障可视化子模块用于在三维场景仿真模型中显示报警点和与应急力量仿真模型对应的应急人员图标进行动态可视化展示，所述的应急处置推演子模块以状态机形式对处置过程进行推演，包括应急资源设备调配的演练、应急力量调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练。

其中，状态机中溢油应急处置转换函数的处置规则如下：

1)对于汽油、轻质柴油、航空煤油这样的非持久性油类，一般不采取回收方式，让其挥发，

当非持久性油类向附近敏感区域扩大时，使用围油栏拦截和导向，

在触发引起火灾的条件，使用化学消油剂，使其乳化分散，

敏感区域包括生态自然保护区、生活用水取水口、水产养殖区、工业用水取水口、风景旅游区、岸线；

2)对柴油、船舶燃料油这样的持久性油类，采取浮油回收船、收油机、撇油器、油拖把、油拖网、吸油材料以及人工捞取等方式，尽量进行回收；

3)如溢出量较少，岸线或资源不受威胁情况下可暂不采取清除行动。

其中，所述的应急资源设备调配的演练中包括溢油分散剂需求量的预测方法、溢油围控设备中的围油栏的需求预测方法、溢油吸附回收材料中的吸油材料的需求预测和溢油机械回收设备的需求预测方法，具体如下：

1)溢油分散剂需求量的计算公式见下式I：

G＝T×a×b (I)

式中：

G——分散剂需要量，单位：吨；

T——总溢油量，单位：吨；

a——溢油分散剂处理溢油的数量占总溢油量的比率，取20％；

b——溢油分散剂与溢油的比率，取1/20；

2)围油栏的需求量的计算公式见下式II：

L——围油栏长度，单位：米；

S——溢油面积，单位：平方米；

3)吸油材料的需求量的计算公式见下式III：

式中：

I——吸油毡数量，单位：吨；

T——总溢油量，单位：吨；

P——吸附回收量占总溢油量的比例；

J——实际吸附倍数，取10；

K——持油性保持率，取80％；

P₁——实际吸附比例，80％；

4)回收设备的需求量的计算公式按下式IV：

式中：

E——收油机回收能力，单位：立方米/小时；

T——总溢油量，单位：吨；

D——机械回收占溢油的比例；

α——收油机回收效率，取10％；

d——收油作业天数，取3天；

h——每天收油作业时间，取6小时；

η——富裕量，取20％。

所述的污染物控制清除作业可视化子模块用于模拟显示污染物围控作业和清污作业的动态效果，所述的训练评价子模块用于评价演练的训练效果，查看演练的结果统计信息，并能够将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存。

Claims (3)

1.一种溢油事故模拟训练的仿真方法，其特征在于，采用以下的系统进行仿真，该系统包括仿真模型数据库、三维建模模块、港口建模模块和应急方案仿真模块，

所述的仿真模型数据库用于存储溢油事故模拟训练时使用到的应急力量和应急资源设备的通用仿真模型和自定义仿真模型、以及静态建筑物仿真模型和河流、船舶、气象环境的动态可视化仿真模型，每个仿真模型都具有多媒体资源附件字段，用于添加文字、图片、声音、三维动画等媒体资源，每个仿真模型以现有的三维建模软件的数据文件形式储存，

所述的三维建模模块包括自定义仿真模型调用子模块、仿真模型建立和编辑子模块和粒子编辑子模块，所述的自定义仿真模型调用子模块用于从仿真模型数据库读出应急力量和应急资源设备的仿真模型，所述的仿真模型建立和编辑子模块具有采用基本三维模块搭建应急力量和应急资源设备的仿真模型的功能，能够对基本三维模块的特征尺寸进行设置，该模块能够对自定义仿真模型调用子模块读出的仿真模型进行特征编辑修改并存入仿真模型数据库，所述的粒子编辑子模块用于模拟火焰、烟雾灾害效果并形成灾害效果数据文件存储，

所述的港口建模模块用于包括大规模三维场景建模子模块、溢油事故场景编辑子模块以及线路和视点编辑子模块，大规模三维场景建模子模块用于建立包括港口的三维场景仿真模型，并能够读入GIS数据直接在三维场景仿真模型上显示，所述的溢油事故场景编辑子模块调用仿真模型数据库中的应急力量和应急资源设备的仿真模型以及灾害效果数据文件，并与应急力量仿真模型对应的应急人员图标一起在三维场景仿真模型中布置显示，所述的线路和视点编辑子模块用于编辑救援路线和撤离路线，能够对选择的场所的视点进行预设，对对救援路线和撤离路线进行漫游，

所述的应急方案仿真模块包括溢流信息模拟子模块、溢油报警和应急保障可视化子模块、应急处置推演子模块、污染物控制清除作业可视化子模块以及训练评价子模块，所述的溢流信息模拟子模块采用溢油状态推演算法，对溢油状况进行动态模拟，并在三维场景仿真模型中对模拟结果进行可视化，所述的溢油报警和应急保障可视化子模块用于在三维场景仿真模型中显示报警点和与应急力量仿真模型对应的应急人员图标进行动态可视化展示，所述的应急处置推演子模块以状态机形式对处置过程进行推演，包括应急资源设备调配的演练、应急力量调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练，所述的污染物控制清除作业可视化子模块用于模拟显示污染物围控作业和清污作业的动态效果，所述的训练评价子模块用于评价演练的训练效果，查看演练的结果统计信息，并能够将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存，

具体方法包括以下步骤：

1)用所述的三维建模模块构建溢油事故涉及到的应急力量和应急资源设备的仿真模型，用所述的自定义仿真模型调用子模块从仿真模型数据库读出已有的应急力量和应急资源设备的仿真模型，用仿真模型建立和编辑子模块对读出的应急力量和应急资源设备的仿真模型进行特征修改，在已有的应急力量和应急资源设备的仿真模型不能满足建模需求的情况下，所述的仿真模型建立和编辑子模块采用基本三维模块搭建所需的应急力量和应急资源设备的仿真模型，建立或编辑修改完毕后存入仿真模型数据库，用粒子编辑子模块编辑模拟火焰、烟雾灾害效果并存入数据文件；

2)用所述的港口建模模块构建溢油事故周边港口的三维场景仿真模型，港口的三维场景仿真模型包括所述的溢油事故场景编辑子模块调用仿真模型数据库中的应急力量和应急资源设备的仿真模型以及读取的灾害效果数据文件并显示，还包括与应急力量仿真模型对应的应急人员图标的添加显示，应急力量和应急资源设备的仿真模型以及应急人员图标的原始GIS数据也以数据文件的形式储存，

3)在港口的三维场景仿真模型的海水中设置溢油事故发生点，用设定的溢油事故发生强度在所述的溢流信息模拟子模块对溢油状况进行动态模拟，所述的应急处置推演子模块根据溢油事故发生的类型、时间、地点以状态机形式对处置过程进行推演，包括应急物资设备调配的演练、应急力量调配的演练、港口船只调配的演练和污染物控制清除作业演练，在演练过程中，所述的溢油报警和应急保障可视化子模块动态显示与应急力量仿真模型对应的应急人员图标在三维场景仿真模型中的运动情况和线路，在演练完成后用所述的训练评价子模块对演练的训练效果进行评价，最后将三维场景仿真模型、演练过程和演练的训练效果以文件的形式储存。

2.如权利要求1所述的一种溢油事故模拟训练的仿真方法，其特征在于，所述的应急资源设备包括应急卸载和残油转移设备、溢油围控设备、溢油机械回收设备、溢油吸附回收材料、溢油分散剂及分散设备和溢油储存及转移运设备。

3.如权利要求1所述的一种溢油事故模拟训练的仿真方法，其特征在于，所述的基本三维模块包括立方体、长方体、圆柱、圆锥等基本三维立体模型。