国家核应急平台总体框架及关键技术研究

袁 锋，申利峰，李旭东，朱光莹，宋亚峰，曾锁田

（1.核工业计算机应用研究所，北京 100048；2.核工业标准化研究所，北京100091）

核应急工作是核能事业可持续发展的重要保障，是我国公共危机管理的重要组成部分，同时也是相关国际公约的要求［1］。当前，众多复杂因素交织，给我国核应急工作提出了许多新的课题，如何借助现代科技手段，降低核事故发生，提高核事故应急处置效率，控制核事故带来的影响，最大限度地减少核事故带来的损失，是摆在我们面前的紧迫课题。

文献［2］以国家核应急业务需求为基础，对业务体系及内容进行了总结，并从信息集成角度提出了应用体系框架，文献［3］提出了我国核应急管理信息系统的概念设计方案，阐述了系统应具有的主要功能和特点，文献［4］认为核应急管理信息系统是由一个操作子系统、若干个功能子系统和系统数据库组成的管理信息系统，此外，文献［5］介绍了掌上电脑的现场核应急信息系统的开发应用，文献［6］介绍了田湾核电站应急决策支持系统应用软件。上述工作从不同角度对核应急信息系统业务、功能及特点进行了研究，但未涉及核应急平台的定义，国家核应急总体框架及综合应用系统，及相关的关键技术。

本文首次明确给出了核应急平台的定义，提出了国家核应急平台总体框架及三级体系结构，按核应急流程视角给出了平台应具有的功能，并对核应急平台所需的关键技术进行了研究。

1 核应急平台的概念

核应急平台是以国际原子能机构和我国主管部门发布的规范、规程为依据，以核应急预案为中心，以先进的信息与通信技术为支撑，以核应急业务流程为主线，基于信息系统（GIS地理信息系统、GPS全球定位系统、RS遥感遥测系统、视频会议、应急广播等）和核应急信息资源的多网整合，软硬件结合的工具和技术保障系统。它提供信息汇聚、预测预警、模拟演练、指挥调度、辅助决策、后果评价与总结评估等功能，可为核应急管理、指挥提供全面的信息支持和可视化实战指南。

2 国家核应急平台框架与功能

2.1 三级体系结构

目前我国核应急实行三级应急组织体系，即国家核应急组织、核设施所在省（自治区、直辖市）（以下简称省）核应急组织、核设施营运单位应急组织。为适应三级管理体制要求，构建以核应急总平台为中心的横向互联，纵向贯通的国家核应急技术体系，并按照国家级、省级、核设施单位三级结构进行部署，国家核应急平台结构如图1所示。

国家核应急总平台部署在国防科工局，负责所有核设施核应急的信息汇聚、指挥调度、应急决策及综合评估，并指导省级核应急处置工作；省级核应急平台部署在省核应急指挥中心，负责处置该省范围内的核应急事件，将相关事件信息上报到科工局，并能够对核设施单位应急处置进行指导；核设施单位应急平台可部署在核设施营运单位的应急指挥中心，负责本单位的核应急事务管理工作。

国家核应急平台与国家、地方政府、核设施单位的应急平台及其他信息系统互联互通，实现信息共享，当发生核事件或突发公共事件时，平台间可以及时获取相关信息，并充分利用各种社会力量，进行应急处置和救援。

2.2 国家核应急平台总体框架

国家核应急平台应遵循“一案三制”（预案、机制、体制、法制）应急业务体系，主要任务是通过对信息资源的采集、汇聚、分析处理，实现对核事件的应急预警、应急响应、应急处置及推演评估等。国家核应急平台总体框架如图2所示，可概括为“1682”，“1”即一个一体化平台，“6”即六个层次，“8”即八大应用，“2”即两套体系。

图1 国家核应急平台体系结构Fig.1 Structure of NNEMS

图2 国家核应急平台总体框架Fig.2 General framework of NNEMS

“1”：一体化平台

一体化平台包括统一用户平台、统一门户平台、应用集成平台、流程集成平台、数据交换平台，将为国家核应急平台提供统一的资源共享与协同的基础环境。

“6”：六个层次

应急指挥场所：为应急平台提供办公和指挥场所。主要包括应急指挥大厅、会商室、值班室、设备间、应急办公区以及应急指挥场所内显示系统、数字会议系统、综合布线系统、综合保障系统建设等。并提供移动指挥平台（大型、中型、便携式、单兵），用于移动信息采集、通信和指挥调度。

基础支撑层：集成了应急通信系统、计算机网络系统、视频会议系统、图像接入系统等多种硬件系统，为核应急平台提供硬件支持，为领导提供方便快捷的综合指挥调度手段。

数据层：为核应急平台提供数据支持，本层提供海量信息存储和管理，提供多种接口与其他平台对接，整合外部数据以及自身相关的专业数据。包括基础信息库、空间数据、核应急预案、模型库、案例库、知识库、事件库、文档库等。

服务层：为应用层提供服务支持，包括目录服务、流程服务、数据获取服务、共享交换服务、空间地理GIS服务、元数据服务等。

应用层：提供以核应急管理与指挥为主体的应用系统。

信息接报与发布层：应用多种信息接报手段，为核应急平台提供立体、多元化的信息收集和发布途径。

“8”：八大应用

国家核应急平台包括八大应用系统：综合业务系统、预测预警系统、监测防控系统、指挥调度系统、应急保障系统、辅助决策系统、模拟演练系统以及后果评价系统。

“2”：两套体系

安全保障体系为核应急平台的运行提供安全方面的支撑。包括物理场所安全保障、容灾备份、信息安全、网络安全保障和应用层安全保障系统等。

标准规范体系包括法律法规、标准规范和技术要求等，是核应急平台运行的机制保障，平台涉及系统非常多，同时需要进行大量的信息资源整合，达到多部门信息共享和联动，必须制定并遵循各种标准规范。

2.3 国家核应急平台功能

国家核应急平台功能按状态可分为常态和非常态，按流程可分为应急准备（常态）、应急响应、应急处置、应急终止和恢复正常秩序四阶段，如图3所示。

图3 国家核应急平台功能Fig.3 Functions of NNEMS

3 关键技术研究

3.1 资源整合利用技术

国家核应急平台体系是一个跨领域、跨部门、跨学科的复杂技术支撑系统，它要求以国家核应急总平台为中心，以核设施所在省、核设施单位为联动节点，上下贯通、左右衔接、互联互通、信息共享、互有侧重、相互支撑；要求通过各种标准协议和接口实现与有线通讯、无线通讯、无线集群、公用通信网、卫星、微波通信等应急通信系统有机衔接，确保应急指挥处置工作通信畅通；要求与包括地理信息平台、数据交换平台、知识管理平台、内容管理平台、工作流管理平台、后果评价软件、通讯集成平台等进行有机集成；要求与监测监控数据库、自然环境地理数据库、社会经济数据库、案例库、预案库、事件库、模型库、资源库、其他专业数据库等在内的数据源进行互操作。因此，如何有效整合利用各级政府、各部门、各行业的应急资源，是核应急平台建设面临的关键技术之一，基于企业服务总线ESB的体系结构是解决信息资源整合的有效方法（见图4）。

图4 核应急信息共享平台Fig.4 Information Share Platform of NNEMS

国家核应急平台与各专业信息系统、各异构数据源应实现共享，通过构建以ESB为基础设施的核应急信息共享平台，可以很好地解决异构应用和数据间的集成问题。

3.2 WebGIS技术

核应急管理、指挥涉及监控监测地点、工况、社会经济单位、危险源、重点区域、应急资源、救援队伍、疏散路线等多方面信息，这些信息具有很强的空间属性，利用地理信息系统技术构建核应急平台是行之有效的手段。WebGIS技术将在核应急信息展现、综合查询、空间分析、决策标绘等方面发挥重要作用。

（1）信息展现，能够展示各类专题数据，包括应急资源分布图、工况数据、危险源、重要单位、社会经济单元以及事件信息、处置信息、预测预警信息等。信息展现可以将各种信息以更为灵活、直观、可视化的方式展现。

（2）综合查询，通过关联，能够提供基于地图的对预案、案例以及处置流程的查询，同时与突发事件信息集成后，实现相关数据的过滤，提供最有效的查询结果。

（3）空间分析，通过不同图层叠加显示，以核应急突发事件GIS位置或标注点为中心，能够进行指定半径的周边分析，风险源分析，衍生灾害分析等。

（4）决策标绘，建立基于GIS平台的数字化图形标绘，可以准确快速地制作行动方案，进行动态推演等功能。通过全局行动过程的动态模拟，协助分析态势发展过程中的行动冲突及态势发展结果等，能更有效地提供辅助决策支持。

3.3 数字化预案技术

预案在整个核应急系统的平时演练、战时指挥及后期归档分析中占有十分重要的地位。核应急的核心是事件处置，而事件处置一般依托预案进行。核应急预案目前是书面的，或只是存入电子文档或数据库（按某些查询要素来存储），供相关人员阅读，或软件开发人员将预案的某些要素编码到核应急平台中，而没有将预案从应急程序中独立出来进行数字化描述。

数字化后的核应急预案模型首先应具有完整性，能表示文本预案的所有内容；其次应具有严密性，保证推理机制能得出确定的结果，为智能辅助决策提供基础；最后，模型尽可能简化，从而方便计算机实现。按照本体论的形式化方法，核应急预案内容可表示为六元组：NPlan＿Onto：＝＜Nplan＿Element，NPlan＿Scope，Nplan＿Org，Nplan＿Mechanism，Nplan＿Resource，Nplan＿Team＞。其中，Nplan＿Element表示预案要素，包括主体集、客体集、任务集、方案集、关系集；Nplan＿Scope表示预案的适用范围，包括事件分级、事件分类、适用时间、适用空间、工作原则等；Nplan＿Org是预案的组织体系，包括决策组织、指挥组织、执行组织等；Nplan＿Mechanism是应急机制，如预警发布机制，应急响应机制，后期处理机制等，每个机制都对应相应的业务流程；Nplan＿Resource表示应急资源，分为卫生资源、交通资源、消防资源、应急设备、生活物资等；Nplan＿Team表示应急队伍，分为专业应急队伍（应急辐射监测分队、核应急航空辐射监测分队、医疗应急分队、洗消去污救援分队等）、专家队伍、志愿者队伍等。

3.4 核应急辅助决策技术

核应急事件处置中，科学性和时效性要求非常高，目前应急处置方案制定基本都是人工进行的，自动化程度不高，只有借助预先制定的业务规则以及建模的各种领域知识如业务流程、处置措施和各种约束等，在平时或战时情形下，决策指挥人员才有可能利用通信技术和计算机技术对突发事件进行快速、科学、智能处置，将事件带来的灾害和损失降至最低。

核应急预案可以描述为一组对象以及对象之间的约束集，而核应急决策过程就是在对象域范围内找出满足所有约束的对象组合，赋值后的对象满足预先定义的对象间的所有规则，从而形成应对不同突发事件的核应急处置方案，该过程本质就是基于约束满足的求解问题［7］。

图5 核应急决策过程示意图Fig.5 Decision－making for nuclear emergency

如图5所示为核应急预案到核应急方案生成过程，可以将方案生成问题映射到CSP框架中，将核应急预案中的可赋值对象和值域映射为CSP中的变量和值域，将核应急预案中的规则集合映射为CSP中的约束集合。这样，方案生成问题就可以表示为一个约束满足问题CSP，核应急方案的生成就转换为对等的约束满足问题CSP的求解。核应急方案生成问题和约束满足问题CSP之间的映射关系说明了应用CSP的求解适合于核应急决策过程，得到的解为核应急处置方案。

4 小结

核应急工作是核事业可持续发展的生命线，当前众多复杂因素交织，给我国核应急工作提出了很多新的课题，如何借助现代科技手段，降低核事故发生，提高核事故应急处置效率，是摆在我们面前的紧迫课题。本文首次对核应急平台进行了明确定义，指出了我国核应急平台需要按照“国家级、省市、核设施单位”三级体系结构进行规划部署，提出了国家核应急平台总体框架，提出了应急平台应具有的功能，并对应急平台所需的关键技术进行了研究。

［1］ 王毅韧 .我国核应急工作的形势和任务［J］.国防科技工业 .2006，（6）.

［2］ 钱兵，姜晓强，何穗锦 .国家核应急响应系统软件平台应用体系框架探讨，第四次全国核应急工作研讨会论文汇编，2006：467－473.

［3］ 王醒宇，施仲齐 .国家核应急管理信息系统概念设计，核动力工程［J］，2003，24（4）：387－390.

［4］ 凌永生，王醒宇，施仲齐 .广东省核应急管理信息系统的研究，第四次全国核应急工作研讨会论文汇编.2006：457－465.

［5］ 阎亮，王醒宇，李颖杰 .基于掌上电脑的核事故后果评价软件设计与实现，第四次全国核应急工作研讨会论文汇编 .2006：502－507.

［6］ 张鹏飞，苟全录，仲崇军 .田湾核电站核应急决策支持系统应用软件功能介绍，第四次全国核应急工作研讨会论文汇编 .2006：488－495.

［7］ 袁锋 .基于本体的应急智能方案生成［D］，天津大学硕士学位论文 .2009：24－27.