基于ArcGis的核事故应急响应与决策支持系统的设计与实现

摘要：为了在发生核事故时，及时做出应急评价和应急决策来响应事故的发生。需要有一个集原项数据录入、模式计算、应急评价、决策生成、结果展示于一身的综合性应急决策支持系统。该系统的研制正是基于arcgis电子地图可视化技术实现的把核事故应急响应与评价的各个环节有机的整合起来的综合评价系统。从而提供更加准确和快速的应急响应和决策支持服务。该系统的数据存储采用ESRI公司的ArcSDE实现了地理空间数据库（Geodatabase）和关系型数据库的联合存储方式。在计算结果展示方面采用了基于Arc Engine 9.3类库自主开发的二维和三维展示组件，实现二维和三维的动态展示。使得软件系统操作界面更加友好。

关键词：Arc Engine；Arc SDE；核应急；评价；三维展示

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)31-7706-03

Nuclear Accident Emergency Response and Decision Support System Development

ZHANG Sheng-tao1,2, ZUO Gui-qi2

(1. China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China; 2. University of South China, Hengyang 421001, China)

Abstract: In the event of a nuclear accident, can effectively protect the public, protect the environment, minimize losses, we must make a timely assessment of radiation and emergency response decision-making in response to the accident. The development of this system is the nuclear accident emergency response and evaluation of all aspects including: the source term data entry, model calculations, emergency evaluation, decision-making generation, the results demonstrate the integration of organic and other sectors together. To provide more accurate and rapid emergency response and decision support services. The data storage system using ESRI's ArcSDE spatial database to achieve a geographical (Geodatabase) and co-relational database storage, data access interface to a uniform consistency. In the results display area using Arc Engine 9.3-based library developed 2D and 3D display components, to achieve two-dimensional and three-dimensional dynamic display. Makes the software more user-friendly interface, more convenient and clear display.

Key words: Arc Engine; Arc SDE; nuclear emergency; evaluation; three dimensional dispaly

随着核设施的不断增多围绕着设施周边的应急服务系统还尚不完善。因此建立一个适合我国国情的并且能够快速、准确的做出应急响应和决策支持的系统迫在眉睫。

国内这方面的系统，主要在于实时监测而计算和展示则要借助与其他软件。如我国引进欧共体的RODOSR 3.0系统[5]（虽然RODOS已有更新版本但引进困难），RODOS系统结构复杂，数据接口众多且不够统一，运行环境单一使用难度较大，界面不够友好[1]，且没有三维展示。如需展示还要调用其他画图软件来做，使用极不方便。

因此本文主要描述该系统的数据接口和计算结果输出、展示方面。

1 项目背景

核事故应急响应与决策支持系统是计划研发中的用于军队核与辐射应急评价与决策的综合应急系统，该系统包含三个软件（三个系统分别是某核事故研究地理信息软件、某核事故仿真计算研究软件、某核事故对策优化评估研究软件），某核事故研究地理信息软件基于自主开发的地理信息系统平台，对用户关注的重要核设施以及区域进行基础信息管理，为“某核事故仿真计算研究软件”以及“某核事故对策优化评估研究软件”提供基础数据支持。

2 开发环境

本系统的技术选型采用.NET Framework 3.5、SqlServer2008关系数据库系统、ArcGis Engine（二次开发类库）、ArcSDE（空间数据存储在关系数据库中的Gis通道）。本系统整体上采用软件工程分层的思想，进行系统框架的实现。主要分为实体层（Entity Layer）服务层（Services Layer）展示层（UI）。

1) Sqlserver2008该数据库功能强大，是数据库的主流平台，可以解决图形空间数据的存储处理难题，并且具有海量数据处理能力。

2) ArcGis Engine提供了可供二次开发的Arc Object组件对象，功能强大、方便定制自己的Gis功能。绘图功能强大，出图方便特别是在专题图方面表现突出。

3) ArcSDE是ArcGis通过关系数据库来管理空间数据的唯一通道，它通过在关系数据库和应用程序之间添加必要的中间件层来屏蔽实际存储上的差异，它支持SQLserver、oracle、DB2等多种主流数据库管理系统。它管理的数据主要是Geodatabase数据，包括矢量数据，栅格数据以及三维数据主要是地形，粗糙度数据。

在三个系统之间的数据传输采用了，基于HTTP协议和SOAP协议的Webservices技术实现[4]，使得数据交换更加标准化。为程序的扩展和进一步完善开发提供良好的数据接口。

3 系统设计

该应急决策系统包括三个软件分别是：核事故研究地理信息软件、核事故仿真计算研究软件、核事故对策优化评估研究软件。

核事故研究地理信息系统是为了建立一个能够为应急响应提供基于地理信息系统的数据管理平台，一方面可以相对独立的管理、更新和查询数据，一方面可以定制应急所需的数据服务，同时能够为现有应急评价与决策系统提供数据服务。该系统包括：系统管理模块、地理空间数据管理模块、通用数据管理模块、数据服务模块以及电子地图等功能模块。

核事故后果仿真计算软件主要用于建立一个能够适用于模拟特殊辐射事故情景（发生化爆、核材料泄露、发射自毁、火灾等）以及一般性核设施事故情景下放射性物质在大气中迁移扩散的过程，预测各种浓度分布，评价对公众的剂量影响的软件研究平台。

核事故对策优化评估系统的核心任务与实现目标是，能够为应急响应及决策支持提供帮助的评估系统，本系统可以根据核事故地理信息管理系统和核事故后果仿真计算系统提供的数据进行对策分析和决策优化，为应急决策提供支持。该系统的主要功能模块划分为：优化评估方法管理、对策优化及代价分析、计算结果展示、报告报表的生成。

该系统的整体框架关系图如图1所示。

3.1 程序功能模块设计

系统功能模块划分按照功能可分为：系统管理、接口管理、数据管理、电子地图功能。

1) 系统管理：采用比较严格的安全管理措施，以保证系统的安全性和保密性。用户操作系统中每项功能必须有相应的权限才可。权限表采用静态表方式管理，用户授权通过角色的方式完成，这样就使系统的权限分配具有了极大的灵活性。

2) 接口管理：利用数据接口并通过API的方式实现本系统与其它系统之间的数据传递。本接口主要解决大量数据的快速检索与跨应用传输问题，并定义各应用之间的数据交换规范和接收格式。数据检索采用快速查找算法，和信息检索的空间向量模型，实现快速准确返回数据。

3) 数据管理：主要是针对居民点数据、应急数据、敏感单位数据和通用数据的增加、编辑、删除、分析以及报表的生成等功能。

4) 电子地图：该功能的实现采用自主开发的技术路线，系统实现独立运行，不依赖第三方软件程序[7]。搭建起来的电子地图功能可以实现对空间相关数据（如环境基础数据）的表现。能够通过电子地图功能实现对视图的控制与对数据的管理。

系统的功能框图如图2所示。

3.2 Gis模块设计

Gis模块设计包括电子地图功能的实现、维数据渲染的实现，三维拉格朗日粒子随机游走模型的实现。其中电子地图功能包括：地图放大、地图缩小、全图显示、地图平移、前一视图、后一视图等功能。通过这些功能来控制地图的显示区域。

3.2.1 常用功能设计

距离测量：利用地图测量工具测量地图上任意两点间距离，在指挥救援过程中为领导提供决策依据。其中实现的类图如所示：

选择查询：选择查询是通过鼠标在电子地图上进行选择，系统根据用户选择的范围进行查询。查询内容包括用户在应急救援过程中比较关心的应急资源信息、目标区域信息等。其中实现的类图如所示：

模糊查询：在事故处置过程中为了能够快速对获取相关信息，电子地图系统提供模糊查询功能，用户在查询窗口输入关键词，系统根据关键词进行模糊查询，查询内容包括用户在应急救援过程中比较关心的应急资源信息、目标区域信息等。

3.2.2 二维及三维功能设计

1) 二维数据展示采用基于ArcGis Object实现的二维渲染组件实现，其中数据输出接口采用的是计算模式的具体方法实现，二维渲染组件以网格的形式对计算结果进行渲染[6]。渲染效果图如图3所示。

2) 三维组件采用ArcGis的ArcGlobe控件二次开发而成。该组件的功能也十分强大。可以实现动态展示三维粒子随机游走模型，使得结果展示更加清晰直观而且操作方便。以下为三维例子仿真图如图4所示。

3.3 数据库设计

数据看设计包括两部分，空间数据库部分和非空间数据库部分[3]。数据库采用Sqlserver20008实现，设计工具为powerdesinger 15.1。数据库设计框图如图5所示。

1) 空间数据库部分采用ArcSDE进行空间数据与关系数据的转换从而实现数据的统一管理。ArcSDE是数据库系统中管理地理数据库的接口，通过该接口可以往关系数据库中加入空间数据（二维和三维）。提供地理要素的空间位置及形状等信息，是ArcGis与关系数据库的Gis通道。这种数据存放方式采用的是目前国际上最新的集成型空间数据库技术，他将面向对象模型思想与关系模型数据库技术相结合，其本质是在关系数据库和最终用户之间增加中间件，通过中间件层实现从空间对象模型到关系数据库存储的映射，从而避免了对DBMS内核的直接修改。这中模式符合软件设计的“高内聚，低耦合”思想。ArcSDE提供给用户的是一个一致且稳定的数据库接口，他分为三个层次即：用户层、中间件层、数据存储层。

2) 非空间数据部分数据包括，源项数据、通用数据、地形数据、气象数据、计算参数数据等，其中部分数据字典如图6所示。

图5 数据库设计框图

4 结束语

核事故应急响应与决策支持系统的研发极大的提升了我国军队核与辐射应急服务行动水平，也为我国的核事故应急响应水平进一步发展做出应有的贡献。军队中核与辐射应急相关的管理部门以及技术支持部门，将继续支持该系统的进一步研发。

参考文献：

[1] 曲静原,赵春华.我国核应急决策支持系统的研究与开发[J].核动力工程,1999,20(3):160-263.

[2] 孙亚华,秦柽.秦山第三核电厂核应急电子清点系统[J].辐射防护通讯,2009,29(6):30-34.

[3] 刘占阳,李攀.研究堆应急数据库系统的分析与研究[J].电脑知识与技术,2011(7).

[4] 夏阳,张强.基于Web Service的分布式电子商务系统设计与实现[J].微电子与计算机,2006,23(10):100-103.

[5] 王醒宇.我国核应急决策支持系统研究现状及其与RODOS的比较[J].核科学与工程,2003,23(2).

[6] 肖奇伟,周石琳,李勇,等.一种基于GIS组件的矢量符号设计和标绘的通用方法[J].计算机工程与科学,2005,27(11):74-77.

[7] 李志强,胡晓峰,曾庆华,等.基于Mapx复杂符号标绘的一种新方法[J].微计算机应用,2006,27(2):248-250.