一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法

摘要

本发明涉及一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，属于化学危险源控制领域。本发明通过划定疏散范围和警戒范围、确定实施防护及其解除的时间、优化疏散路线、制定应急洗消方案、做人员伤亡预测、制定医学救治方案等步骤，提出一种针对化学风险源的危害事故的定量分析的控制方法。当事故发生时，通过本发明方法能够将事故危害限制到最低程度。

权利要求

1.一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，其特征在于：其具体操作步骤如下：步骤一、划定疏散范围和警戒范围

当指挥中心得到事故发生警报后，利用GIS地理信息系统和化工设施数据库，通过化学危害快速预测，确定未来化学危害的演化，并根据化学毒物浓度和毒性，分别用C和λ表示，划定致死区、重伤区、轻伤区和吸入反应区；具体划分标准为：a.致死区：本区内人员如无防护并未及时逃离，其中半数左右人员中毒死亡；

b.重伤区：本区内人员将蒙受重度或中度中毒，需住院治疗，个别人会中毒死亡；

c.轻伤区：本区内的大部分人员有中度、轻度中毒或吸入反应症状，门诊治疗即可康复；

d.吸入反应区：本区内一部分人员有吸入反应症状，在脱离接触后24小时内可恢复正常；

在吸入反应区边界设置警戒，禁止无关人员进入，维护交通秩序，保障警戒区内人员快速疏散和救援力量进入救治；确定致死区、重伤区、轻伤区为疏散区域；对吸入反应区人员进行防护；

步骤二、确定实施防护及其解除的时间

在步骤一划定疏散范围和警戒范围的基础上，确定实施防护及其解除的时间；

a.确定实施防护时间，用tP表示，具体步骤如下：第1步：得到理论防护时间，用tCP表示；

理论防护时间为剂量达到危害阈值所需要的时间；毒害剂量表示为：d＝f(c，DP，t)    (1)

其中，d为毒害剂量；c为浓度，单位g/m3；DP为危害阈值；t为时间；

通过公式1，可得到毒害剂量达到危害阈值所需要的时间，即理论防护时间tCP； 第2步：得到现场监测防护时间，用tDeP表示；

在现场实时测量毒害剂量，得到现场监测防护时间tDeP；

第3步：得到实施防护时间；

实施防护时间需要结合现场监测结果确定，通过公式2得到实施防护时间；

tP＝min(tCP，tDeP)    (2)b.确定实施防护解除时间，用tDP表示，具体步骤如下：第1步：得到理论防护解除时间，用tCDP表示；

解除防护时间是针对防护人员而言的，一旦某地的剂量超过毒害域值，该地在毒云消失之前均需要防护，所以解除防护时间即为毒云消失的时间；通过公式1，可得到理论防护解除时间tCDP；

第2步：得到现场监测防护解除时间，用tD2P表示；

在现场实时测量毒害剂量，得到现场监测防护解除时间tD2P；

第3步：得到实施防护解除时间；

同样，实施防护解除时间需要结合现场防护解除时间确定，通过公式3得到实施防护解除时间；

tDP＝max(tCDP，tD2P)    (3)步骤三、优化疏散路线

利用遗传算法优化步骤一中确定的需疏散人员的疏散路线；其具体操作步骤如下：第1步：将待疏散区域划分为若干个待疏散点，并对待疏散点进行顺序编号；待疏散点定义为该疏散点附近的需疏散人员在该疏散点集结，并从该疏散点按照同一路线疏散；

第2步：对所有待疏散点的全部可选疏散路线进行二进制编码；

第3步：按照待疏散点的编号顺序，依次从每一个待疏散点的可选疏散路线中选取一条疏散路线，并将选取的疏散路线按照待疏散点的编号顺序连接，称之为疏散方案编码；重复第3步操作，直到得到全部疏散方案编码为止；

第4步：从第3步中得到的疏散方案编码中随机选取数目适当的初始种群 X(0)＝(x1，x2，…xk)；k为初始种群数量；

第5步：针对第4步选取的初始种群通过公式4得到疏散方案的当量长度；

其中，L为疏散方案的当量长度；m为待疏散点的总数；n为该疏散方案中通行难易程度系数不同的路段的个数；Ki为该疏散方案中第i条路段的通行难易程度系数，由于多辆车同时行驶，道路通行难易程度系数与途经同一路段的车辆数成正比；li为该疏散方案中第i条路段的长度；λC为罚函数；

第6步：得到适应度函数Fit(xi)＝1/L的值；

第7步：应用选择算子产生中间代Xr(t)，t为迭代次数；采用轮盘赌方法，依适应度大小对个体进行随机选择，个体被选中的概率正比于其适应度函数值；

第8步：对Xr(t)应用交叉算子；将被选中的两个个体的基因链按概率pc进行交叉，生成两个新的个体，得到X(t+1)，pc是人为设定的值；交叉位置是随机的；

第9步：对X(t+1)应用变异算子；将新个体的基因链的各位按概率pm进行变异，pm是人为设定的值；

第10步：判断是否满足终止条件

设定相邻两次迭代结果的相对差值小于设定值为终止条件，其中，设定值根据具体需求人为设定的一数值；如果满足终止条件，输出结果，结束；否则，t＝t+1，返回第6步，开始下一次迭代；

步骤四、制定应急洗消方案

与步骤一同时进行，根据化学源、事故类型制定应急洗消方案；

由于化学泄漏事故源多表现为气体或挥发性液体，因此首先防止有毒气体或挥发性液体向外扩散；然后确定洗消方式，对化学泄漏物进行消毒；

步骤五、做人员伤亡预测、制定医学救治方案

与步骤一同时进行，用有毒化学品的毒害效果度量方法预测伤亡情况，作为医疗救援力量调度的依据；并根据化学毒物种类确定救治方案；

经过上述步骤，即可实现针对化学风险源的危害事故的优化控制。

2.如权利要求1所述的一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，其特征在于：步骤三第4步随机选取初始种群的数目在50～100之间。 

3.如权利要求1所述的一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，其特征在于：步骤三第8步概率pc的取值范围是0.4～0.99。

4.如权利要求1所述的一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，其特征在于：步骤三第9步概率pm取值范围是0.0001～0.1。

5.如权利要求1所述的一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，其特征在于：步骤三第10步设定相邻两次迭代结果的相对差值小于设定值为终止条件，该设定值设置在0.001～0.05之间。 

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对化学风险源的危害事故优化控制方法，属于化学危险源控制领域。 

背景技术

现代科学技术和工业生产的迅猛发展，在丰富了人类的物质生活的同时，也带来了众多的潜在危险。1976年意大利塞维索工厂环己烷泄漏事故，造成30人伤亡，迫使22万人紧急疏散；1984年墨西哥城液化石油气爆炸事故，使650人丧生、数千人受伤；1984年印度博帕尔市郊农药厂发生甲基异氰酸盐泄漏的恶性中毒事故，有2500多人中毒死亡，20余万人中毒受伤且其中大多数人双目失明，67万人受到残留毒气的影响。这些涉及风险源的事故，尽管其起因和影响不尽相同，但它们都有一些共同特征：都是失控的偶然事件，会造成风险源附近大批人员伤亡，或是造成大量的财产损失或环境损害，或是两者兼而有之。 
20世纪70年代以来，对风险源控制已成为各国社会、经济和技术发展的重点研究对象之一，引起国际社会的广泛重视，并在对风险源进行辨识、评价，提出相应的事故预防方面取得了很大的进展。但是，对风险源进行控制，不仅是要预防事故发生，而且要做到一旦发生事故，能将事故危害限制到最低程度。目前，对风险源的危害事故控制方面取得了一些成果，主要是基于经验的定性规定和措施，基于定量分析的控制方法方面的研究尚未见到。 
本发明涉及到的一项重要已有技术是遗传算法。遗传算法是近年来发展迅速的一种最优化算法。自上世纪70年代美国Michigan大学的John Holland教授提出遗传算法(genetic algorithms，GA)的概念体系以来，遗传算法在许多领域得到了高度关注和广泛应用。遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的高度并行、随机、自适应搜索算法。它借用了生物遗传学的观点，通过自然选择、遗传、变异等作用机制，实现各个个体的适应性的提高，体现了自然界中“物竞天择、适者生存”的进化过程。天然并行性和对全局信息的有效利用能力是遗传算法的两大显著特点。遗传算法不需要梯度信息，对目标函数性质没有过多要求，它可以收敛到全局最优解而不是局部解，这些特点使 得遗传算法在许多用传统优化方法难以处理的问题中大显身手。采用遗传算法来求解最优行驶路径问题，是充分发挥该算法并行高效搜索的优点，它能够同时对解空间的多个区域进行搜索，因而可以有效地克服穷举法所遇到的“维数灾难”现象。 
一个串行运算的遗传算法描述如下： 
(1)对待解决问题进行编码； 
(2)随机初始化种群X(0)＝(x1，x2，…xk)；k为初始种群数量； 
(3)对当前群体X(t)(t为迭代次数)中的每个个体xi，计算其适应度Fit(xi)的值，适应度表示了该个体的性能好坏； 
(4)应用选择算子产生中间代Xr(t)； 
(5)对Xr(t)应用其它的算子，产生新一代群体X(t+1)，这些算子的目的在于扩展有限个体的覆盖面，体现全局搜索的思想； 
(6)判断是否满足终止条件，如果满足，输出结果，结束；否则，t＝t+1；返回(3)。 
遗传算法中最常用的算子有如下几种： 
(1)选择算子(selection/reproduction)：选择算子从群体中按某一概率成对选择个体，某个体xi被选择的概率与其适应度值成正比。最通常的实现方法是轮盘赌(roulette wheel)模型。 
(2)交叉算子(Crossover)：交叉算子将被选中的两个个体的基因链按概率pc进行交叉，生成两个新的个体，交叉位置是随机的。其中pc是一个系统参数。 
(3)变异算子(Mutation)：变异算子将新个体的基因链的各位按概率pm进行变异。 
本发明涉及到的另外一项重要已有技术是黄顺祥等人在专利《有毒化学品的毒害效果度量方法》中介绍的有毒化学品的毒害效果度量方法。该方法可量化预测化学危害事故发生以后，影响范围内的人员伤亡情况。 

发明内容

本发明的目的是提出一种针对化学风险源的危害事故控制方法，当事故发生时，通过本发明的定量分析的控制方法将事故危害限制到最低程度。 
本发明的一种针对化学风险源的危害事故控制方法，具体操作步骤如下： 
步骤一、划定疏散范围和警戒范围 
当指挥中心得到事故发生警报后，利用GIS地理信息系统和化工设施数据库，通过化学危害快速预测，确定未来化学危害的演化，并根据化学毒物浓度(用C表示)和毒性(用λ表示)，划定致死区、重伤区、轻伤区和吸入反应区。 
具体划分标准为： 
a.致死区：本区内人员如无防护并未及时逃离，其中半数左右人员中毒死亡。 
b.重伤区：本区内人员将蒙受重度或中度中毒，需住院治疗，个别人会中毒死亡。 
c.轻伤区：本区内的大部分人员有中度、轻度中毒或吸入反应症状，门诊治疗即可康复。 
d.吸入反应区：本区内一部分人员有吸入反应症状，可在脱离接触后24小时内恢复正常。 
在吸入反应区边界设置警戒，禁止无关人员进入，维护交通秩序，保障警戒区内人员快速疏散和救援力量进入救治；确定致死区、重伤区、轻伤区为疏散区域；对吸入反应区人员进行防护。 
步骤二、确定实施防护及其解除的时间 
在步骤一划定疏散范围和警戒范围的基础上，确定实施防护及其解除的时间。 
a.确定实施防护时间(用tP表示)，具体步骤如下： 
第1步：得到理论防护时间(用tCP表示) 
毒云团到达某地之前，该地人员需防护完毕。毒云到达开始一段时间对人员不会造成危害，当剂量达到某一阈值时，才会对人员造成伤害，因此，理论防护时间为剂量达到危害阈值所需要的时间。毒害剂量表示为： 
d＝f(c，DP，t)       (1) 
其中，d为毒害剂量；c为浓度；DP为危害阈值；t为时间。 
通过公式1，可得到毒害剂量达到危害阈值所需要的时间，即理论防护时间tCP。 
第2步：得到现场监测防护时间(用tDeP表示) 
在现场实时测量毒害剂量，得到现场监测防护时间tDeP。 
第3步：得到实施防护时间 
理论计算出来的防护时间可以作为应急处置的参考值，由于影响防护时间的因素很多，理论计算出来的防护时间存在误差，因此实施防护时间还需要结合现场监测结果确定，通过公式2得到实施防护时间。 
tP＝min(tCP，tDeP)         (2) 
b.确定实施防护解除时间(用tDP表示)，具体步骤如下： 
第1步：得到理论防护解除时间(用tCDP表示) 
解除防护时间是针对防护人员而言的，一旦某地的剂量超过毒害域值，该地在毒云消失之前均需要防护，所以解除防护时间即为毒云消失的时间。通过公式1，可得到理论防护解除时间tCDP。 
第2步：得到现场监测防护解除时间(用tD2P表示) 
在现场实时测量毒害剂量，得到现场监测防护解除时间tD2P。 
第3步：得到实施防护解除时间 
同样，实施防护解除时间需要结合现场防护解除时间确定，通过公式3得到实施防护时间。 
tDP＝max(tCDP，tD2P)      (3) 
步骤三、优化疏散路线 
利用遗传算法优化步骤一中确定的需疏散人员的的疏散路线。其具体操作步骤如下： 
第1步：将待疏散区域划分为若干个待疏散点，并对待疏散点进行顺序编号；待疏散点定义为该疏散点附近的需疏散人员在该疏散点集结，并从该疏散点按照同一路线疏散。 
第2步：对所有待疏散点的全部可选疏散路线进行二进制编码。 
第3步：按照待疏散点的编号顺序，依次从每一个待疏散点的可选疏散路线中选取一条疏散路线，并将选取的疏散路线按照待疏散点的编号顺序连接，称之为疏散方案编码。重复第3步操作，直到得到全部疏散方案编码为止。 
第4步：从第3步中得到的疏散方案编码中随机选取数目适当的初始种群 X(0)＝(x1，x2，…xk)；k为初始种群数量。 
第5步：针对第4步选取的初始种群通过公式4得到疏散方案的当量长度。 
$L=\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{K}_i{l}_i(1+\mathrm{\lambda C})---\left(4\right)$
其中，L为疏散方案的当量长度，m为待疏散点的总数，n为该疏散方案中通行难易程度系数不同的路段的个数；Ki为该疏散方案中第i条路段的通行难易程度系数，由于多辆车同时行驶，道路通行难易程度系数与途经同一路段的车辆数成正比；li为该疏散方案中第i条路段的长度；λC为罚函数。 
第6步：得到适应度函数Fit(xi)＝1/L的值。适应度函数Fit(xi)代表疏散方案的优劣程度，是对疏散方案进行优化取舍的基础。 
第7步：应用选择算子产生中间代Xr(t)(t为迭代次数)。采用轮盘赌方法，依适应度大小对个体进行随机选择，个体被选中的概率正比于其适应度函数值。 
第8步：对Xr(t)应用交叉算子。将被选中的两个个体的基因链按概率pc(pc是人为设定的值)进行交叉，生成两个新的个体，得到X(t+1)。交叉位置是随机的。 
第9步：对X(t+1)应用变异算子。将新个体的基因链的各位按概率pm(pm是人为设定的值)进行变异。 
第10步：判断是否满足终止条件 
设定相邻两次迭代结果的相对差值小于设定值(设定值根据具体需求人为设定的一数值)为终止条件。如果满足终止条件，输出结果，结束；否则，t＝t+1，返回第6步，开始下一次迭代。 
步骤四、制定应急洗消方案 
与步骤一同时进行，根据化学源、事故类型制定应急洗消方案。 
由于化学泄漏事故源多表现为气体或挥发性液体，因此首先防止有毒气体或挥发性液体向外扩散。主要措施有： 
(1)对泄漏孔进行快速堵漏； 
(2)对泄漏出来形成的液池进行围堵和覆盖，利用转输泵进行抽吸回收，防止扩散； 
(3)对泄漏出来的气体或毒烟进行水幕阻隔，防止扩散。 
然后确定洗消方式，对化学泄漏物进行消毒。 
洗消方式可分为固定洗消和移动洗消。 
固定洗消是指开设固定洗消站，使污染对象前来实施消毒的消毒方式。适宜于消毒对象数量大，消毒任务繁重时使用。移动洗消是指利用移动洗消设备对染毒对象实施洗涤、消毒的方法。一般对化学事故现场周围的染毒地面、染毒道路、染毒水源、染毒建筑物、染毒空气等都采用移动洗消。 
选择洗消剂的原则是： 
(1)洗消速度快。 
(2)洗消效果彻底。 
(3)洗消剂用量少，价格便宜。 
(4)洗消剂本身不会对人员、设备起腐蚀伤害作用。 
步骤五、做人员伤亡预测、制定医学救治方案 
与步骤一同时进行，用有毒化学品的毒害效果度量方法预测伤亡情况，作为医疗救援力量调度的依据；并根据化学毒物种类确定救治方案。 
经过上述步骤，即可实现针对化学风险源的危害事故的优化控制。 
有益效果 
本发明首次提出基于定量预测的化学风险源危害事故优化控制方法。 

具体实施方式

根据上述技术方案，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。 
当危害事故发生时，使用本发明的一种针对化学风险源的危害事故控制方法进行控制，具体操作步骤如下： 
步骤一、划定疏散范围和警戒范围 
当指挥中心得到事故发生警报后，利用GIS地理信息系统和化工设施数据库，通过化学危害快速预测，确定未来化学危害的演化，并根据化学毒物浓度(用C表示)和毒性(用λ表示)，划定致死区、重伤区、轻伤区和吸入反应区。 
具体划分标准为： 
a.致死区：本区内人员如无防护并未及时逃离，其中半数左右人员中毒死亡。 
b.重伤区：本区内人员将蒙受重度或中度中毒，需住院治疗，个别人会中 毒死亡。 
c.轻伤区：本区内的大部分人员有中度、轻度中毒或吸入反应症状，门诊治疗即可康复。 
d.吸入反应区：本区内一部分人员有吸入反应症状，一般在脱离接触后24小时内恢复正常。 
在吸入反应区边界设置警戒，禁止无关人员进入，维护交通秩序，保障警戒区内人员快速疏散和救援力量进入救治；确定致死区、重伤区、轻伤区为疏散区域；对吸入反应区人员进行防护。 
步骤二、确定实施防护及其解除的时间 
在步骤一划定疏散范围和警戒范围的基础上，确定实施防护及其解除的时间。 
a.确定实施防护时间(用tP表示)，具体步骤如下： 
第1步：得到理论防护时间(用tCP表示) 
通过公式1，得到毒害剂量达到危害阈值所需要的时间，即理论防护时间tCP。 
第2步：得到现场监测防护时间(用tDeP表示) 
在现场实时测量毒害剂量，得到现场监测防护时间tDeP。 
第3步：得到实施防护时间 
理论计算出来的防护时间可以作为应急处置的参考值，由于影响防护时间的因素很多，理论计算出来的防护时间存在误差，因此实际防护时间还需要结合现场监测结果(用tDeP表示)确定，通过公式2得到实施防护时间。 
b.确定实施防护解除时间(用tDP表示)，具体步骤如下： 
第1步：得到理论防护解除时间(用tCDP表示) 
解除防护时间是针对防护人员而言的，一旦某地的剂量超过毒害域值，该地在毒云消失之前均需要防护，所以解除防护时间即为毒云消失的时间。通过公式1，可得到理论防护解除时间tCDP。 
第2步：得到现场监测防护解除时间(用tD2P表示) 
在现场实时测量毒害剂量，得到现场监测防护解除时间tD2P。 
第3步：得到实施防护解除时间 
同样，实施防护解除时间需要结合现场防护解除时间确定，通过公式3得到实施防护时间。
步骤三、优化疏散路线 
利用遗传算法优化步骤一中确定的需疏散人员的的疏散路线。其具体操作步骤如下： 
第1步：将待疏散区域划分为若干个待疏散点，并对待疏散点进行顺序编号；待疏散点定义为该疏散点附近的需疏散人员在该疏散点集结，并从该疏散点按照同一路线疏散； 
第2步：对所有待疏散点的全部可选疏散路线进行二进制编码； 
第3步：按照待疏散点的编号顺序，依次从每一个待疏散点的可选疏散路线中选取一条疏散路线，并将选取的疏散路线按照待疏散点的编号顺序连接，称之为疏散方案编码。重复第3步操作，直到得到全部疏散方案编码为止。 
第4步：从第3步中得到的疏散方案编码中随机选取数目适当的初始种群X(0)＝(x1，x2，…xk)；k为初始种群数量；较优的，数目取50～100。 
第5步：针对第4步选取的初始种群通过公式4得到疏散方案的当量长度。 
第6步：得到适应度函数Fit(xi)＝1/L的值。 
第7步：应用选择算子产生中间代Xr(t)(t为迭代次数)。采用轮盘赌方法，依适应度大小对个体进行随机选择，个体被选中的概率正比于其适应度函数值。 
第8步：对Xr(t)应用交叉算子。较优的，pc取值范围是0.4～0.99。将被选中的两个个体的基因链按概率pc＝0.7进行交叉，生成两个新的个体，得到X(t+1)，交叉位置是随机的。 
第9步：对X(t+1)应用变异算子。较优的，pm取值范围是0.0001～0.1。将新个体的基因链的各位按概率pm＝0.002进行变异。 
第10步：判断是否满足终止条件 
设定相邻两次迭代结果的相对差值小于设定值0.002为终止条件。如果满足终止条件，输出结果，结束；否则，t＝t+1，返回第6步，开始下一次迭代。较优的，设定值设置在0.001～0.05之间。 
步骤四、制定应急洗消方案 
与步骤一同时进行，根据化学源、事故类型制定应急洗消方案。 
由于化学泄漏事故源多表现为气体或挥发性液体，因此首先防止有毒气体或挥发性液体向外扩散。主要措施有： 
(1)对泄漏孔进行快速堵漏； 
(2)对泄漏出来形成的液池进行围堵和覆盖，利用转输泵进行抽吸回收，防止扩散； 
(3)对泄漏出来的气体或毒烟进行水幕阻隔，防止扩散。 
然后确定洗消方式，对化学泄漏物进行消毒。 
洗消方式可分为固定洗消和移动洗消。 
固定洗消是指开设固定洗消站，使污染对象前来实施消毒的消毒方式。适宜于消毒对象数量大，消毒任务繁重时使用。移动洗消是指利用移动洗消设备对染毒对象实施洗涤、消毒的方法。一般对化学事故现场周围的染毒地面、染毒道路、染毒水源、染毒建筑物、染毒空气等都采用移动洗消。 
选择洗消剂的原则是： 
(1)洗消速度快。 
(2)洗消效果彻底。 
(3)洗消剂用量少，价格便宜。 
(4)洗消剂本身不会对人员、设备起腐蚀伤害作用。 
步骤五、做人员伤亡预测、制定医学救治方案 
与步骤一同时进行，用有毒化学品的毒害效果度量方法预测伤亡情况，作为医疗救援力量调度的依据；并根据化学毒物种类确定救治方案。