基于AE的化工廠有毒氣體擴(kuò)散應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

本 科 生 畢 業(yè) 論 文（申請學(xué)士學(xué)位）論文題目 基于ae的化工廠有毒氣體擴(kuò)散應(yīng)急系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 作者姓名 湯 小 露 所學(xué)專業(yè)名稱 地理信息科學(xué) 指導(dǎo)教師 鄧 凱 年 月 日學(xué) 生： （簽字）學(xué) 號： 論文答辯日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師： （簽字）目 錄摘要1abstract:11 引言21.1研究背景和意義21.1.1研究背景21.1.2 研究意義21.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.1有毒氣體擴(kuò)散模型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.2有毒氣體泄露事故應(yīng)急的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3 論文主要研究內(nèi)容41.4 論文技術(shù)路線41.5 論文章節(jié)安排52 相關(guān)原理及技術(shù)62.1常見毒氣擴(kuò)散模型62.2高斯煙團(tuán)模型62.3 ae組件開發(fā)技術(shù)123 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)143.1設(shè)計(jì)目標(biāo)143.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)143.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)153.4系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)164 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)184.1系統(tǒng)主界面184.2地圖操作功能184.3基本信息管理功能184.4應(yīng)急指揮功能194.4.1毒氣擴(kuò)散模擬功能194.4.2疏散路徑分析功能214.5應(yīng)急信息功能225 成果與討論23附 錄：關(guān)鍵程序代碼26滁州學(xué)院本科畢業(yè)論文1基于ae的化工廠有毒氣體擴(kuò)散應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類生活環(huán)境的周圍都分布著各種各樣的化工廠。這些化工廠要是發(fā)生有毒氣體的泄露而沒有采取有效的措施，將可能會(huì)對人員及財(cái)產(chǎn)造成極大的影響，甚至?xí)斐蓺缧缘臑?zāi)難。對氣體的泄漏能夠及時(shí)的做出判斷，在泄漏事故還沒有擴(kuò)大之前及時(shí)采取措施，可以有效的避免安全事故發(fā)生。氣體擴(kuò)散模型可以描述泄漏物體在大氣中的擴(kuò)散行為，本論文對泄漏源和氣體擴(kuò)散模型進(jìn)行了簡要介紹。論文選擇了高斯模型來對化工廠有毒氣體擴(kuò)散的模擬分析，實(shí)現(xiàn)對化工廠有毒氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)控。應(yīng)用系統(tǒng)案例分析了一定氣象條件、地理?xiàng)l件、泄露源強(qiáng)、氣體類型和泄露方式下，有毒氣體泄漏之后濃度的分布情況，一方面便于平時(shí)應(yīng)急預(yù)案制定，又可以為即時(shí)的應(yīng)急指揮給予輔助決策。關(guān)鍵詞：化工廠，有毒氣體，擴(kuò)散模型，gisdesign of chemical plant toxic gas monitoring and early warming information system based on aeabstract: with the development of community economy, there are varieties of chemical factories around the environment of human life. without any measure the poisonous gas, there will be damages, even peoples lives once the occurrence there are toxic and harmful gases in a chemical factory. if we can judge leakage of poisonous gas earlier, and take measures before accident enlarge, we can avoid misadventure.the diffusion model can be used to describe the diffusion behavior of the gas leakage in atmosphere, the theory of leakage source and gas diffusion model were briefly introduced. the paper selects gauss model to simulate and analyze the leakage of toxic and harmful gases, which makes it true to monitor the toxic timely. the system for the three-dimensional simulation and visualization of incident consequence, which could well predict the emission concentration distribution and make the coverage, extent of injury and development tendency open-and-shut, was exploited successfully. the system was applied for an example with controlled condition to analyze the concentration distribution after the incident took place. the system is not just convenient for drawing up critical situation prearranged planning, but could offer timely assistant decision for emergency command.key words: chemical plant; toxic gases; gis; diffusion model1 引言1.1研究背景和意義1.1.1研究背景有毒氣體的泄漏是生活中常有的化學(xué)品事故。近年來，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展不僅帶動(dòng)了化工業(yè)發(fā)展，危險(xiǎn)化學(xué)產(chǎn)品在我國工業(yè)之中也被普遍的應(yīng)用，同時(shí)在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)又有著大量不規(guī)范行為，不可避免的導(dǎo)致有毒氣體的泄漏事故年發(fā)生一直偏高1。泄漏的介質(zhì)進(jìn)入大氣后會(huì)伴隨著周圍的空氣運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大面積的危險(xiǎn)區(qū)域。在這樣事故處置的過程中，要是了解到泄漏介質(zhì)的影響范圍和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對警戒區(qū)的營救具有重大的意義。目前有較為完善的數(shù)學(xué)模型(例如高斯模型)可對氣云的分散情況進(jìn)行敘述，但其結(jié)果通常是以數(shù)據(jù)形式給出，可視性比較差，在救援中應(yīng)用比較困難。利用gis能夠較好解決以上問題，gis能夠通過綜合分析和管理的地理空間數(shù)據(jù)，模擬和表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界空間，以為可視化的模擬危險(xiǎn)化工品的氣體擴(kuò)散情況。1.1.2 研究意義隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，企業(yè)工廠等經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)集中地的聚集，也帶來了許多潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，時(shí)刻影響著人們的生活?；瘜W(xué)工業(yè)地發(fā)展，生產(chǎn)，貯存和者使用化學(xué)品危險(xiǎn)性種類日益增加，并轉(zhuǎn)向容量的大型化。其中氣體泄漏事故是當(dāng)中發(fā)生頻率高的突發(fā)性的污染事故。有毒氣體的擴(kuò)散不僅給大氣環(huán)境造成極大的破壞，更嚴(yán)重影響著人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全。怎樣依靠信息技術(shù)的手段，把事故監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警、應(yīng)急救援、等信息及時(shí)有效傳遞給城市各部門和公眾，以減輕毒氣擴(kuò)散的損失，將事故信息及時(shí)傳遞到可能涉及到地區(qū)，使能夠及時(shí)迅速采用規(guī)避方法將損失減到最小，關(guān)鍵是建立起一個(gè)有用的事故信息的管理平臺(tái)和系統(tǒng)并且發(fā)揮效能?；赼rcengine化工廠的有毒氣體擴(kuò)散應(yīng)急系統(tǒng)是以arcengine原理開發(fā)的。arcengine是一個(gè)分布式、動(dòng)態(tài)、交互式的地理信息系統(tǒng)，并由服務(wù)器和客戶機(jī)（應(yīng)用服務(wù)器和http服務(wù)器）相連所構(gòu)成的。該平臺(tái)系統(tǒng)具有開發(fā)效率高，運(yùn)行速度快，界面簡潔漂亮并容易部署等優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)突飛猛進(jìn)的信息化時(shí)代里，各種信息技術(shù)的產(chǎn)生以及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，使得gis（地理信息系統(tǒng)）不再是一種簡單的理解地理信息的工具，并且轉(zhuǎn)變?yōu)閭鬟f地理信息的媒介。在化工廠有毒氣體擴(kuò)散系統(tǒng)應(yīng)用中，gis扮演者舉足輕重的作用，使得各個(gè)部門可以得到及時(shí)有效的信息。即使各個(gè)部門用戶群體和工作職責(zé)各不相同，他們都可以利用獲取的事故信息以及自己的理解來輔助本部門機(jī)構(gòu)采取決策，做出實(shí)際行動(dòng)來參與事故救援中。gis另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是集成各種不同數(shù)據(jù)源的有效信息，將這些信息進(jìn)行可視化顯示從而來提高系統(tǒng)的實(shí)用性。將這些信息按照gis數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行相應(yīng)分析，得到毒氣擴(kuò)散可能影響范圍以及造成的危害評估，從而進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防處理如人員和財(cái)產(chǎn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，救災(zāi)資源的調(diào)配。通過參考城市交通建設(shè)以及醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)點(diǎn)確定最佳救援路線和接待點(diǎn)是人員救治中的重要任務(wù)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1有毒氣體擴(kuò)散模型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀氣體擴(kuò)散研究方法包括試風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法，模型法和驗(yàn)法。歐美各國對氣體擴(kuò)散試驗(yàn)（如desert tortorise試驗(yàn)、maplin試驗(yàn)）的研究是從上世紀(jì)七十年代開始的，許多經(jīng)典的擴(kuò)散模型就是從這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)而來的其中得到廣泛應(yīng)用的就是高斯擴(kuò)散模型。隨著現(xiàn)場泄露擴(kuò)散試驗(yàn)研究的展開，氣體擴(kuò)散模型的相關(guān)研究也相繼展開。80年代通過大型的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)而總結(jié)出一些擴(kuò)散規(guī)律，但擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)場地的要求較高,同時(shí)也需要耗費(fèi)大量的財(cái)力物力，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也存在一定的誤差。近些年來，計(jì)算機(jī)快速發(fā)展以及數(shù)值計(jì)算方法促進(jìn)了研究工作，新的技術(shù)和手段被應(yīng)用于研究工作中。曹春艷2認(rèn)為國外的氣體擴(kuò)散模型可分為三代：第1代氣體擴(kuò)散模型是以美國的高斯擴(kuò)散模型為代表；第2代氣體的擴(kuò)散模型包含美國aermod(air dispersion modeling)；第3代氣體擴(kuò)散模型中以英國氣象局surre大學(xué)和英國劍橋環(huán)境研究公司等機(jī)構(gòu)合作研究的adms(atmospheric dispersion management system)模型為代表。任建國等3覺得高斯煙團(tuán)模型，高斯煙羽模型，sutton模型，bm(britter and mcquaid)模型，及fem3 模型(3-d finite element model，三維有限元計(jì)算模型)等，丁信偉等4在綜述危險(xiǎn)性氣體擴(kuò)散模型時(shí)也將這幾種模型作為重點(diǎn)進(jìn)行了介紹。近來氣體擴(kuò)散模型的研究一般分為兩種：一是根據(jù)擴(kuò)散方程和邊界條件建立新的模型；二是對現(xiàn)有的模型進(jìn)行改進(jìn)。吳笑等5為了解決現(xiàn)有模型在動(dòng)態(tài)擴(kuò)散過程中的不適用性問題，往往停留在理論層面，在實(shí)際情況中的應(yīng)用較少。得到較多應(yīng)用的氣體擴(kuò)散模型一般具有自身的局限性，成立條件過于理想化，與實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境不符，為提高模擬精度，拓寬應(yīng)用范圍，需對氣體擴(kuò)散模型進(jìn)行改進(jìn)。在常用的氣體擴(kuò)散模型中，除高斯擴(kuò)散模型具有計(jì)算簡單、物理意義明顯的特點(diǎn)外，其它模型在實(shí)際應(yīng)用過程中都涉及到大量的數(shù)據(jù)分析和處理，不借助計(jì)算機(jī)程序難以完成6。regis briant等7對高斯煙羽模型進(jìn)行了修正并將其應(yīng)用于道路交通排放氣體污染物的濃度監(jiān)測中,降低了模型在風(fēng)速與路面不垂直的情況下的計(jì)算誤差。arystanbekova nk8用笛卡爾坐標(biāo)系代替單個(gè)直角坐標(biāo)系，將高斯煙羽模型應(yīng)用于復(fù)合點(diǎn)源的濃度計(jì)算中，同時(shí)修正了煙云的有效高度。孫東亮等9對液氨儲(chǔ)罐孔洞的泄露實(shí)際工況，考慮泄露和因?yàn)樾孤秾?dǎo)致的液氨閃蒸產(chǎn)生壓力變化和儲(chǔ)罐許壓力，修改了高斯煙團(tuán)模型。何寧10從事故救援的角度，提出了這種基于高斯模型的有毒氣體泄露擴(kuò)散方法。張斌才等11通過坐標(biāo)變換方法達(dá)到了基于高斯煙羽模型的多元釋放模型。蔣軍成等12覺得高斯模型穩(wěn)定條件是假設(shè)在正式場景下的難以成立，對地形因素的思考也很簡化，針對上述堅(jiān)信開發(fā)出了變氣象條件下的改進(jìn)高斯煙團(tuán)疊加模型。張夢瑤等13提出基于高斯擴(kuò)散模型的但用于風(fēng)向改變毒氣擴(kuò)散模型。1.2.2有毒氣體泄露事故應(yīng)急的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在工業(yè)革命早期，工業(yè)發(fā)達(dá)的國家就開始看重應(yīng)急指揮的問題。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，應(yīng)急工作已成為國家危機(jī)應(yīng)對重構(gòu)組成部分。特別是進(jìn)入90 年代以后，很多工業(yè)國家把應(yīng)急工作作為維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增展，維護(hù)人民的生活水平重要工作內(nèi)容14。應(yīng)急指揮已成為國家管理能夠運(yùn)行重要的支撐體系之一，都建立運(yùn)行較好應(yīng)急體制，包含應(yīng)急的指揮法規(guī)，指揮系統(tǒng)，應(yīng)急隊(duì)伍，公民知情權(quán)，管理機(jī)構(gòu)等方面，較完善應(yīng)急體系，成為社會(huì)工作中的重要政策支柱15。1.3 論文主要研究內(nèi)容本化工廠有毒氣體監(jiān)視和預(yù)警信息系統(tǒng)基于vs2008+arcengine10.0開發(fā)，采用高斯煙團(tuán)擴(kuò)散模型。本系統(tǒng)以滁州市為例，將滁州市的信息分為幾個(gè)數(shù)據(jù)集，例如：交通、化工廠、醫(yī)院等等。在地圖上先找出相應(yīng)的化工廠，并通過arcgis在滁州市的底圖圖上標(biāo)志出來，作為本系統(tǒng)所要研究的基本信息點(diǎn)。借助高斯煙團(tuán)擴(kuò)散模型對具體氣象條件下與空間現(xiàn)象的點(diǎn)源毒氣擴(kuò)散過程有了直觀，形象的模擬，體現(xiàn)出毒氣擴(kuò)散空間性，可以給應(yīng)急救援工作提供直觀，科學(xué)，有效的數(shù)據(jù)，為應(yīng)急救援工作提供支持，從而減少因有毒氣體擴(kuò)散造成的經(jīng)濟(jì)損失。1.4 論文技術(shù)路線論文技術(shù)路線如圖1-1所示：圖1-1 系統(tǒng)技術(shù)圖1.5 論文章節(jié)安排本文共有五個(gè)章節(jié)，各章的內(nèi)容和組織如下第一章是引言，主要論述論文的選題背景、選題依據(jù)、研究內(nèi)容和大致的技術(shù)流程。第二章是對系統(tǒng)開發(fā)原理及關(guān)鍵技術(shù)闡述，詳細(xì)介紹了高斯煙團(tuán)模型、arcengine及數(shù)據(jù)庫技術(shù)。第三章是對系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，首先要進(jìn)行需求分析，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)展現(xiàn)出來以及對系統(tǒng)進(jìn)行總體的結(jié)構(gòu)體系和詳細(xì)的能模塊的設(shè)計(jì)。第四章是系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，主要對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行操作展示，并貼出系統(tǒng)的各個(gè)功能演示圖。第五章是系統(tǒng)研究成果和討論，對論文研究成果來進(jìn)行總結(jié)，提出系統(tǒng)研究過程中存在的不足，并且對系統(tǒng)下一步繼續(xù)研究工作有展望。2 相關(guān)原理及技術(shù)2.1常見毒氣擴(kuò)散模型（1）sutton 模型該模型應(yīng)用在物質(zhì)湍流擴(kuò)散的問題上，依據(jù)是憑借湍流擴(kuò)散來統(tǒng)計(jì)理論，sutton模型在環(huán)保領(lǐng)域中有了了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：該模型不適合應(yīng)用在可燃?xì)怏w泄漏擴(kuò)散，要不然會(huì)產(chǎn)生較大誤差。（2）isest3模型isest3是美國eap開發(fā)的針對工業(yè)污染物擴(kuò)散模式，已經(jīng)成為大多數(shù)的國家局空氣評析的推薦模型，該模型在在國內(nèi)的使用從上世紀(jì)末開始，主要應(yīng)用研究方向包括：電廠脫硫后對大氣環(huán)境的影響，北京機(jī)動(dòng)車污染物的排放和分擔(dān)率模擬，北京市宣城區(qū)的大氣tsp濃度的模擬，北京市城區(qū)大氣污染源的暴露效率的模擬。缺點(diǎn)：缺少考慮煙羽的特性即隨著污染物排放特性以及氣象條件時(shí)刻發(fā)生著變化，可使用范圍小。（3）calpuff模型calpuff模型是擴(kuò)散模型的一種，可以模擬隨時(shí)間變化污染物的清除過程出以及三維流場隨空間和輸送轉(zhuǎn)化這個(gè)區(qū)域的污染物的擴(kuò)散模式分成calmet calpuff calpost，三部分calmet輸入高空植被數(shù)據(jù)，以及氣象和地形數(shù)據(jù)，并可以計(jì)算出calpuff需要的水平垂直風(fēng)場和地面參數(shù)calpuff模式利用空氣的污染物的排放量數(shù)據(jù)以及風(fēng)場數(shù)據(jù)，計(jì)算空氣污染物擴(kuò)散情況calpost部分將calpuff計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行可視化處理。缺點(diǎn)：缺乏對毒氣源相關(guān)參數(shù)的考慮。2.2高斯煙團(tuán)模型（1）模型簡介高斯煙團(tuán)模型是高斯擴(kuò)散模型中的一種。高斯煙團(tuán)擴(kuò)散模型在50年代被廣泛的用來研究物質(zhì)擴(kuò)散濃度分布。在平原地區(qū)，大氣環(huán)境的氣流，風(fēng)速是趨于穩(wěn)定的，三維空間中除了地表之外可以看做無邊界的大容器，在這樣的大氣條件下進(jìn)行擴(kuò)散首先是沿著盛行風(fēng)向來做運(yùn)動(dòng)，然后再向每個(gè)方向做擴(kuò)散，擴(kuò)散出來的粒子位移的概率是正態(tài)分布的高斯分布，這些就是高斯模型的理論基礎(chǔ)。由于該模型利用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行核算，適用點(diǎn)源擴(kuò)散的物質(zhì)泄漏模式。高斯模型適用于和空氣密度相近的氣體種類又或者在短時(shí)間內(nèi)和空氣混合后和空氣的密度相近的氣體16，在實(shí)際情況中，泄露發(fā)生后氣體的擴(kuò)散過程比較復(fù)雜，被污染區(qū)域在地理?xiàng)l件、大氣環(huán)境、泄露強(qiáng)度、氣體自身理化性質(zhì)等眾多因素的影響下，將高斯模型應(yīng)用于某些重氣(如氯氣、液化石油氣)擴(kuò)散過程在理論上也是可行的。（2）高斯煙團(tuán)模型公式 （2-1）其中：c任意點(diǎn)污染物濃度() q源強(qiáng)(單位時(shí)間污染物的排放量，) u平均風(fēng)速() t時(shí)間（s） 、x，y，z方向的擴(kuò)散參數(shù) 、煙團(tuán)中心坐標(biāo)（3）高斯煙團(tuán)模型影響因子：圖2-1 高斯煙團(tuán)模型影響因子l 毒氣源參數(shù)：圖2-2 毒氣源參數(shù) 毒氣源參數(shù)的設(shè)置： 此參數(shù)的設(shè)置包括工廠信息與毒氣源信息： .事故點(diǎn)信息：事故點(diǎn)坐標(biāo)獲取、毒氣泄漏口內(nèi)徑、泄漏口風(fēng)速及泄漏出口濃速。 .毒氣源信息：毒氣名稱、釋放速率、排放溫度及排放時(shí)間。 通過上述參數(shù)的設(shè)定及相應(yīng)環(huán)境大氣溫度、大氣壓力來求出毒氣排放的幾何高度， 為求有效排放高度提供基礎(chǔ)。主要公式：實(shí)際排煙率： （2-2） 煙氣釋放熱率： （2-3）霍蘭德公式： （2-4）幾何高度公式： （2-5）其中：毒氣出口流速()； d泄漏口內(nèi)徑(m)； ，泄漏口處的泄漏溫度,環(huán)境溫度(c)； q毒氣釋放速率()； 大氣壓強(qiáng)(k)； 大氣擴(kuò)散參數(shù)，這里取1； x米處的毒氣含量；l 環(huán)境參數(shù)：圖2-3 環(huán)境參數(shù)圖 環(huán)境參數(shù)的設(shè)置：此參數(shù)主要包括：實(shí)測風(fēng)速，實(shí)測風(fēng)速高度，環(huán)境溫度，大氣壓強(qiáng)，大氣穩(wěn)定度，風(fēng)向，安全濃度，事發(fā)地點(diǎn)。通過上述及此些參數(shù)的設(shè)置，我們可求出相應(yīng)的平均風(fēng)速、有效源高、大氣穩(wěn)定度的設(shè)置及擴(kuò)散參數(shù)的選取。 .平均風(fēng)速的廓線模式大氣擴(kuò)散的主要原因是風(fēng)的作用。風(fēng)速的廓線是隨高度而變化的。風(fēng)速數(shù)學(xué)表達(dá)式被稱做風(fēng)速的廓線模式。在大氣的擴(kuò)散中，要掌握煙囪出口處和煙囪的有效高度處的平均風(fēng)速。風(fēng)速的廓線模式是由地面的風(fēng)速計(jì)算算，從而采用的是，冪函數(shù)的風(fēng)速的廓線模式。冪函數(shù)的風(fēng)速線模式是基于在中性層，近地層，平坦的下墊面條件下推算出來的。這種模式的應(yīng)用范圍較廣，可以達(dá)到300米高度甚至更高，且伴隨著高度的增加而精度下降。我國規(guī)定的制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則和方法提供的相應(yīng)計(jì)算公式如下：a：當(dāng) （2-6） b：當(dāng) （2-7）其中： u煙囪出口處的環(huán)境平均風(fēng)速，； 煙囪出口處的風(fēng)速，； 鄰近氣象站的側(cè)風(fēng)儀所在的高度（），常為10m； 煙囪出口處的高度（m）； m見下表2-1;表2-1 不同區(qū)域穩(wěn)定類型劃分標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)(gb/t1301-91)區(qū)域穩(wěn)定類型abcdef城市00.250.300.30鄉(xiāng)間0.070.050.25.泄漏源的有效高度（煙云抬升高度）泄漏源的有效高度是泄漏氣體氣云基本上形成水平狀氣云中心的時(shí)候離地的高度。事實(shí)上，泄漏源的有效高度是等于泄漏煙云抬升的高度加上泄漏源的幾何高度。 影響煙云的抬升高度因素有許多，包括：泄漏氣體初始速度和方向，泄露直徑，大氣壓強(qiáng)及環(huán)境，初始溫度，環(huán)境溫度及大氣穩(wěn)定度。有效源高： 泄漏源幾何架高；其中，煙云抬升高度。實(shí)驗(yàn)表明，泄漏源抬升高度可以借助以下公式進(jìn)行近似計(jì)算：式中：氣云釋放速度（）；泄漏出口直徑（m）；v環(huán)境風(fēng)速（）；.大氣穩(wěn)定度劃分根據(jù)云況，云量，太陽輻射狀況和地面風(fēng)速等常規(guī)氣象資料，可以將大氣劃分為a、b、c、d、e、f六個(gè)等級。其中a極不穩(wěn)定，b不穩(wěn)定，c微不穩(wěn)定，d中性，e微穩(wěn)定，f穩(wěn)定。表2-2大氣穩(wěn)定度分類高度10m風(fēng)速v/（）白天（太陽輻射）夜晚（云景）強(qiáng)中弱多云無云6ddddd我國修訂了國家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t 13201-91)，規(guī)定了相應(yīng)的技術(shù)相應(yīng)路線為：根據(jù)位置，時(shí)間確定，日傾角，太陽高度角，利用天氣條件等來劃分輻射的等級，然后借助風(fēng)速以及輻射等級來確定大氣的穩(wěn)定度。如下圖： 太陽高度角 （地理緯度，傾角） 輻射等級 穩(wěn)定度 （加地面風(fēng)） 云量圖2-4大氣穩(wěn)定度的推導(dǎo)表2-3為大氣穩(wěn)定度的等級總云量/低云量夜間太陽高度角153535654/4-2-1+1+2+357/4-10+1+2+38/4-100+1+17/570000+18/800000表2-4太陽輻射登記劃分地面風(fēng)速/太陽輻射等級+3+2+10-1-21.9aabbdef22.9abbcdef34.9bbccdee55.9ccddddd6cddddd .擴(kuò)散系數(shù)的選取與排放高度有關(guān)的擴(kuò)散參數(shù)（；）國際原子能機(jī)構(gòu)（iaea）根據(jù)原聯(lián)邦德國于利希核中心和卡爾斯魯厄核中心在氣象鐵塔上驚醒的高架放示蹤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推薦一個(gè)適用于大粗糙度和高架源（1m）的彌散系數(shù)公式（如下表），借助此來計(jì)算出得到相應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)。由下表可知，當(dāng)知道污染煙氣排放的有效高度和排放時(shí)的大氣穩(wěn)定度時(shí)，可查出回歸系數(shù)、用于計(jì)算相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)、； 表2-5 不同距離的擴(kuò)散范圍釋放高度回歸系數(shù)擴(kuò)散范圍abcdef50m1.5030.8760.6590.6400.8011.2940.8330.8230.8070.7840.7540.7180.1510.1270.1650.2150.2640.2411.2191.1080.9960.8850.7740.662100m0.1700.3240.4660.5040.4110.2531.2961.0250.8660.8180.8821.0570.0510.0700.1370.2650.4870.7171.3171.1510.9850.8180.6520.486180m0.6710.4150.2320.2080.3450.6710.9030.9030.9030.9030.9030.9030.02450.03300.1040.3070.5460.4840.5001.3200.9970.7340.5570.500（4）核心算法步驟圖2-5模型核心算法流程高斯模型不能夠全面反映有毒氣體擴(kuò)散特征。對于此本模擬在借助高斯煙團(tuán)模型的基礎(chǔ)上，也充分的考慮了毒氣演變的空間性以及時(shí)序性，提出了算法：通常情況下，在氣體泄漏事件的搶救過程中，人們更關(guān)注地面危險(xiǎn)氣體最大濃度。假設(shè)c(x，y，0)表示在下風(fēng)向地面坐標(biāo)為(x，y)處的危險(xiǎn)毒氣濃度。t為時(shí)間因子，x為風(fēng)向距離，假設(shè)泄漏點(diǎn)在地面附近，則z=0得到公式9： （2-8）據(jù)資料表明，毒氣一旦擴(kuò)散甚至在幾千米內(nèi)都會(huì)導(dǎo)致致命傷害。為此計(jì)算事故后，伴隨著時(shí)間的變化x方向的最大濃度值，x的初值為1，這表示事故點(diǎn)的發(fā)生地，x方向上的每間隔1 m，通過循環(huán)判斷出語句計(jì)算出污染的最大濃度值。 第一步是計(jì)算出各個(gè)等濃度曲線代表濃度值，公式如下： =安全濃度+ (最大濃度-安全濃度) （2-9） 其中，i = 0 to n等級劃值，n為等級值； 第二步計(jì)算濃度等值點(diǎn)。將公式2進(jìn)行逆算，同時(shí)在x方向下，按一定的步長變化建立x與時(shí)間t的關(guān)系，獲得x，y坐標(biāo)值，由此獲得等濃度點(diǎn)集。第三步將獲取的點(diǎn)集進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。第四步將點(diǎn)集轉(zhuǎn)換成面，然后獲取等濃度邊界值，最后按濃度繪制圖形并在地圖上顯示。2.3 ae組件開發(fā)技術(shù)ae是一個(gè)面向開發(fā)者的二次開發(fā)功能組件包，所以被定位為一套嵌入式的gis產(chǎn)品。ae是由兩個(gè)產(chǎn)品構(gòu)成：使應(yīng)用程序可以通過運(yùn)行的可以再發(fā)布的程序運(yùn)行的環(huán)境與構(gòu)建軟件所用的開發(fā)工具包。ae可以為用戶提供基礎(chǔ)制圖以及綜合動(dòng)態(tài)gis應(yīng)用的軟件。通過開發(fā)包以及運(yùn)行時(shí)工具可以構(gòu)建二次開發(fā)系統(tǒng)。arcgis engine由5個(gè)功能層次組成：(1) 基本服務(wù)：是由arcobjects構(gòu)成。(2) 數(shù)據(jù)存?。簩τ诤芏嗍噶亢蜄鸥窀袷降臄?shù)據(jù)arcgis engine都能對其存取以及包括地理數(shù)據(jù)庫。(3) 地圖表達(dá)：不論是創(chuàng)建以及顯示帶有符號體系和標(biāo)注功能的地圖的arcobjects，還是構(gòu)建具有專題圖功能的自定義程序它都能夠?qū)崿F(xiàn)。(4) 開發(fā)組件：可應(yīng)用于快速應(yīng)用程序的開發(fā)的高級用戶接口控件以及高效開發(fā)的綜合幫助系統(tǒng)。(5) 運(yùn)行時(shí)選項(xiàng)：運(yùn)行過程中能夠同標(biāo)準(zhǔn)功能以及其他高級功能同時(shí)部署。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)目標(biāo)為了提高對化工廠有毒氣體泄露的模擬分析以及應(yīng)急處置能力，本文針對滁州一些化工廠有毒氣體的擴(kuò)散問題，以高斯煙團(tuán)模型為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用vs2008為開發(fā)環(huán)境進(jìn)行氣體擴(kuò)散模擬分析。針對于發(fā)生毒氣泄漏的事故，系統(tǒng)可以提供基于gis的模擬分析，將事故或許影響的范圍在地圖上直觀的，實(shí)時(shí)的顯示出來，為企業(yè)相關(guān)管理部門形象，直觀的提供有關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的模擬分析功能便于領(lǐng)導(dǎo)做出一個(gè)科學(xué)的決策。3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所謂數(shù)據(jù)庫其實(shí)就是一種包含了數(shù)據(jù)之間關(guān)系和運(yùn)算的集合題，其中還包含了它們之間的關(guān)系。一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，不僅包括了許多記錄(record)，每條記錄都是由很多個(gè)字段(field)組成的，不同字段有著不同數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用的是表結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組織形式，數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容是待模擬的化工廠的以及消防隊(duì)的相應(yīng)信息，系統(tǒng)可對化工廠、消防隊(duì)的相關(guān)信息進(jìn)行查詢，以便更好的了解使用本系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)表：表3-1 化工廠信息表序號英文名中文名類型長度允許為空主鍵1name名稱varchar10否是2address地址varchar50否3xlkj泄漏口徑float否4chemical毒氣源varchar10否5linkman聯(lián)系人varchar10否6telnumber聯(lián)系號碼string否7hospital醫(yī)院varchar10否8fire消防隊(duì)varchar10否表3-2 消防隊(duì)信息表序號英文名中文名類型長度允許為空主鍵1name名稱varchar20否是2address地址varchar20否3linkman聯(lián)系人varchar20否4telnumber聯(lián)系號碼string20否表3-3 事故信息表序號英文名中文名類型長度允許為空主鍵1name名稱varchar20否是2address地址varchar20否3chemical毒氣源varchar10否4hospital醫(yī)院varchar10否5fire消防隊(duì)varchar10否3.3系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本化工廠有毒氣體監(jiān)視和預(yù)警信息系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用三層體系結(jié)構(gòu)，c/s模式，主要包括表示層、組件層和數(shù)據(jù)訪問層，表示層包括地圖基本操作、基礎(chǔ)設(shè)施管理、和系統(tǒng)菜單導(dǎo)航界面等；應(yīng)用層主要包括毒氣泄漏信息基礎(chǔ)平臺(tái)和毒氣泄漏應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)；組件層主要包括microsoft visual studio2008 c#和arcgis engine組件；數(shù)據(jù)訪問層主要包括矢量數(shù)據(jù)、化工廠信息數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急信息數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)基于ae的化工廠有毒氣體監(jiān)視和預(yù)警信息系統(tǒng)是為化工廠毒氣泄漏事故提供應(yīng)急救援輔助決策的系統(tǒng)，其主要的功能分為五個(gè)方面：基本地圖操作、地圖管理、基本信息管理、應(yīng)急指揮和應(yīng)急信息。本系統(tǒng)的主要功能模塊如圖3-2所示：圖3-2 系統(tǒng)功能模塊圖4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)主界面系統(tǒng)的主界面主要由文件、毒氣擴(kuò)散分析、救援分析、人員撤離，信息查詢等功能組成，系統(tǒng)主界面清晰明了，易于掌握。所有的功能都能夠在主界面上進(jìn)行演示。圖4-1 系統(tǒng)主界面4.2地圖操作功能鑒于本系統(tǒng)目的是用于化工廠有毒氣體擴(kuò)散預(yù)測監(jiān)視和應(yīng)急，從而為提高系統(tǒng)的預(yù)測監(jiān)視和應(yīng)急功能的效率，所以首先系統(tǒng)必須擁有g(shù)is一般的功能，也是一個(gè)軟件所需要的基本功能，如圖所示，本系統(tǒng)基本功能包括放大、縮小、漫游、要素屬性、地圖注記、打開文件，保存文件等一些基本功能。圖4-2 系統(tǒng)基本功能4.3基本信息管理功能 本系統(tǒng)的主要目的是針對化工廠的毒氣擴(kuò)散做監(jiān)視和預(yù)警的作用，通過這個(gè)系統(tǒng)我們能夠?qū)崿F(xiàn)在整個(gè)毒氣擴(kuò)散以及應(yīng)急處理中所需要的兩項(xiàng)重要信息，也就是化工廠毒氣源以及相應(yīng)的政府部門也就是消防隊(duì)的信息，通過對這兩項(xiàng)信息的掌握，我們能過很好的預(yù)測以及應(yīng)對化工廠的毒氣擴(kuò)散，其信息查詢效果如下圖所示： 圖4-3政府部門信息查詢 圖4-4 化工廠信息查詢4.4應(yīng)急指揮功能4.4.1毒氣擴(kuò)散模擬功能化工廠毒氣擴(kuò)散是造成城市空氣環(huán)境破壞的重要原因，其擴(kuò)散范圍影響區(qū)域主要是由毒氣源參數(shù)和環(huán)境參數(shù)這兩方面原因決定的，考慮到這點(diǎn)，本系統(tǒng)將采取高斯煙團(tuán)模型。分析并掌握化工廠有毒氣體擴(kuò)散，對于城市環(huán)境衛(wèi)生問題有著重要的意義。其主要影響因子以及影響結(jié)果如下圖所示：圖4-3 毒氣源參數(shù)圖4-4 環(huán)境參數(shù)輸入相應(yīng)的毒氣源和環(huán)境參數(shù)，點(diǎn)擊開始模擬，就能得到這個(gè)化學(xué)毒氣工廠的毒氣擴(kuò)散顯示圖，擴(kuò)散結(jié)果呈扇形向外擴(kuò)散，濃度由內(nèi)向外越來越小，模擬擴(kuò)散結(jié)果如下圖所示：圖4-5 毒氣擴(kuò)散結(jié)果圖4.4.2救援路徑分析功能毒氣擴(kuò)散應(yīng)急救援路線的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)在毒氣擴(kuò)散救援時(shí)提供輔助決策功能，使得消防，救援力量的合理調(diào)度，為及時(shí)消滅毒氣源爭取時(shí)間，減少了因?yàn)閭鹘y(tǒng)毒氣擴(kuò)散救援弊端帶來的損失，在應(yīng)急救援路線優(yōu)化功能模塊輸入火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)和消防救援點(diǎn)，點(diǎn)擊最短路徑即可得到最優(yōu)救援路線。應(yīng)急救援優(yōu)化路徑如圖所示：圖4-6 救援路徑分析4.5應(yīng)急信息功能在這個(gè)功能模塊里面主要包括應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)信息和應(yīng)急物資，當(dāng)某一處化工廠發(fā)生有毒氣體泄漏擴(kuò)散時(shí)，相應(yīng)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)、政府部門會(huì)做出相應(yīng)的應(yīng)對措施，我們可事先對這個(gè)每個(gè)醫(yī)院，消防隊(duì)的服務(wù)范圍做出相應(yīng)的分析、判斷，做出預(yù)警信息的作用，這樣，在化工廠有毒氣體擴(kuò)散時(shí)可以及時(shí)的做出相應(yīng)的應(yīng)對措施，其效果圖如下所示：圖4-7 應(yīng)急組織服務(wù)范圍圖4-8 醫(yī)院信息查詢5 成果與討論伴隨著gis技術(shù)的高速發(fā)展，gis技術(shù)在消防應(yīng)急系統(tǒng)的應(yīng)用所占的比重也會(huì)越來越大。本論文的化工廠有毒氣體監(jiān)視和預(yù)警信息系統(tǒng)利用了gis的空間和屬性數(shù)據(jù)的綜