本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)仿真、輔助決策技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溢油事故模擬訓(xùn)練的仿真方法。

背景技術(shù)：

海洋是地球上僅次于生物圈的巨大生態(tài)系統(tǒng)，蘊(yùn)藏著各種自然資源，是人類獲取蛋白質(zhì)、工業(yè)原料和能源的重要基地。保護(hù)海洋環(huán)境，防止海洋遭到破壞已成為全人類關(guān)注的焦點(diǎn)之一。我國是海洋大國，海洋環(huán)境保護(hù)得到了黨和政府的高度重視；保護(hù)海洋環(huán)境，實(shí)現(xiàn)海洋的可持續(xù)發(fā)展，是我國的基本國策之一。

海洋為人類的發(fā)展提供了豐富的資源，它既是天然寶庫，也是人類最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸環(huán)境。海洋運(yùn)輸成本較低，運(yùn)輸容量大，但是船舶數(shù)量和海洋運(yùn)輸量的增加，以及海運(yùn)貨物種類的擴(kuò)大，使海洋收到由船舶引起的污染也日益增加，海洋環(huán)境受到嚴(yán)重的威脅。隨著商業(yè)船舶的不斷擴(kuò)大，船舶已經(jīng)成為海洋的一個不可忽視的污染源，其中又以石油污染為主。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對能源的消費(fèi)增長，國際海上石油運(yùn)輸急劇增加，油船的數(shù)量和噸位也越來越大，油船進(jìn)出港口的次數(shù)也導(dǎo)致了全球海上重大溢油事故的頻頻發(fā)生，對海洋環(huán)境和當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)帶來了嚴(yán)重的污染。特別是海上石油化工的迅速發(fā)展，油船及散化船舶事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重污染了海洋環(huán)境。

船舶石油污染是指由于船舶運(yùn)輸而使石油及其產(chǎn)品對海洋環(huán)境造成的污染，約占油類對海洋污染重量的47％。其主要來源是機(jī)動船舶的機(jī)艙艙底污水、油船污壓載水、洗艙污水以及海難事故及裝卸事故中的溢油等。據(jù)相關(guān)權(quán)威資料統(tǒng)計(jì)，世界范圍每年因擱淺、觸礁、碰撞等海損事故而溢漏入海的石油占船舶油污染總量的18％，約50000噸的是事故性溢油是突發(fā)性的、不確定性的，而給海洋帶來的污染卻往往是災(zāi)難性的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1973到2006年間，我國沿海共發(fā)生大小船舶溢油事故2635起，其中溢油50噸以上的重大船舶溢油事故供69起，總溢油量37077噸，平均每年發(fā)生2起，平均每起污染事故溢油量537噸。特別是2005到2009年，全國沿海和內(nèi)河水域共發(fā)生船舶污染事故253起，其中溢油量50噸以上的事故達(dá)9起之多。

計(jì)算機(jī)防真技術(shù)由于可以充分模擬各種真實(shí)情況，快速準(zhǔn)確的進(jìn)行復(fù)雜狀態(tài)的仿真而日益受到重視，為了防治溢油對我國海洋的污染，保護(hù)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境，同時(shí)也為了履行《1990年國際油污防備、反應(yīng)和合作公約》的義務(wù)，采用計(jì)算機(jī)防真技術(shù)對海上溢油事故的演練可低成本地來預(yù)測應(yīng)急處置方案的可行性和發(fā)現(xiàn)預(yù)訂方案的漏洞，評估方案的風(fēng)險(xiǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。但是，現(xiàn)在技術(shù)中還沒有溢油事故模擬訓(xùn)練的仿真方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種溢油事故模擬訓(xùn)練的仿真方法，在通用的三維場景仿真方法進(jìn)行二次開發(fā)，解決了常規(guī)仿真方法不能進(jìn)行溢油事故模擬訓(xùn)練的問題，能夠替代目前常規(guī)的實(shí)戰(zhàn)演練方法，可低成本地來預(yù)測溢油事故應(yīng)急處置方案的可行性和發(fā)現(xiàn)預(yù)訂方案的漏洞，評估方案的風(fēng)險(xiǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是

一種溢油事故模擬訓(xùn)練的仿真方法，其特征在于，采用以下的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，該系統(tǒng)包括仿真模型數(shù)據(jù)庫、三維建模模塊、港口建模模塊和應(yīng)急方案仿真模塊，

所述的仿真模型數(shù)據(jù)庫用于存儲溢油事故模擬訓(xùn)練時(shí)使用到的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的通用仿真模型和自定義仿真模型、以及靜態(tài)建筑物仿真模型和河流、船舶、氣象環(huán)境的動態(tài)可視化仿真模型，每個仿真模型都具有多媒體資源附件字段，用于添加文字、圖片、聲音、三維動畫等媒體資源，每個仿真模型以現(xiàn)有的三維建模軟件的數(shù)據(jù)文件形式儲存，

所述的三維建模模塊包括自定義仿真模型調(diào)用子模塊、仿真模型建立和編輯子模塊和粒子編輯子模塊，所述的自定義仿真模型調(diào)用子模塊用于從仿真模型數(shù)據(jù)庫讀出應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，所述的仿真模型建立和編輯子模塊具有采用基本三維模塊搭建應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型的功能，能夠?qū)救S模塊的特征尺寸進(jìn)行設(shè)置，該模塊能夠?qū)ψ远x仿真模型調(diào)用子模塊讀出的仿真模型進(jìn)行特征編輯修改并存入仿真模型數(shù)據(jù)庫，所述的粒子編輯子模塊用于模擬火焰、煙霧災(zāi)害效果并形成災(zāi)害效果數(shù)據(jù)文件存儲，

所述的港口建模模塊用于包括大規(guī)模三維場景建模子模塊、溢油事故場景編輯子模塊以及線路和視點(diǎn)編輯子模塊，大規(guī)模三維場景建模子模塊用于建立包括港口的三維場景仿真模型，并能夠讀入GIS數(shù)據(jù)直接在三維場景仿真模型上顯示，所述的溢油事故場景編輯子模塊調(diào)用仿真模型數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型以及災(zāi)害效果數(shù)據(jù)文件，并與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)一起在三維場景仿真模型中布置顯示，所述的線路和視點(diǎn)編輯子模塊用于編輯救援路線和撤離路線，能夠?qū)x擇的場所的視點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)，對對救援路線和撤離路線進(jìn)行漫游，

所述的應(yīng)急方案仿真模塊包括溢流信息模擬子模塊、溢油報(bào)警和應(yīng)急保障可視化子模塊、應(yīng)急處置推演子模塊、污染物控制清除作業(yè)可視化子模塊以及訓(xùn)練評價(jià)子模塊，所述的溢流信息模擬子模塊采用溢油狀態(tài)推演算法，對溢油狀況進(jìn)行動態(tài)模擬，并在三維場景仿真模型中對模擬結(jié)果進(jìn)行可視化，所述的溢油報(bào)警和應(yīng)急保障可視化子模塊用于在三維場景仿真模型中顯示報(bào)警點(diǎn)和與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)進(jìn)行動態(tài)可視化展示，所述的應(yīng)急處置推演子模塊以狀態(tài)機(jī)形式對處置過程進(jìn)行推演，包括應(yīng)急資源設(shè)備調(diào)配的演練、應(yīng)急力量調(diào)配的演練、港口船只調(diào)配的演練和污染物控制清除作業(yè)演練，所述的污染物控制清除作業(yè)可視化子模塊用于模擬顯示污染物圍控作業(yè)和清污作業(yè)的動態(tài)效果，所述的訓(xùn)練評價(jià)子模塊用于評價(jià)演練的訓(xùn)練效果，查看演練的結(jié)果統(tǒng)計(jì)信息，并能夠?qū)⑷S場景仿真模型、演練過程和演練的訓(xùn)練效果以文件的形式儲存，

具體方法包括以下步驟：

1)用所述的三維建模模塊構(gòu)建溢油事故涉及到的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，用所述的自定義仿真模型調(diào)用子模塊從仿真模型數(shù)據(jù)庫讀出已有的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，用仿真模型建立和編輯子模塊對讀出的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型進(jìn)行特征修改，在已有的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型不能滿足建模需求的情況下，所述的仿真模型建立和編輯子模塊采用基本三維模塊搭建所需的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，建立或編輯修改完畢后存入仿真模型數(shù)據(jù)庫，用粒子編輯子模塊編輯模擬火焰、煙霧災(zāi)害效果并存入數(shù)據(jù)文件；

2)用所述的港口建模模塊構(gòu)建溢油事故周邊港口的三維場景仿真模型，港口的三維場景仿真模型包括所述的溢油事故場景編輯子模塊調(diào)用仿真模型數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型以及讀取的災(zāi)害效果數(shù)據(jù)文件并顯示，還包括與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)的添加顯示，應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型以及應(yīng)急人員圖標(biāo)的原始GIS數(shù)據(jù)也以數(shù)據(jù)文件的形式儲存，

3)在港口的三維場景仿真模型的海水中設(shè)置溢油事故發(fā)生點(diǎn)，用設(shè)定的溢油事故發(fā)生強(qiáng)度在所述的溢流信息模擬子模塊對溢油狀況進(jìn)行動態(tài)模擬，所述的應(yīng)急處置推演子模塊根據(jù)溢油事故發(fā)生的類型、時(shí)間、地點(diǎn)以狀態(tài)機(jī)形式對處置過程進(jìn)行推演，包括應(yīng)急物資設(shè)備調(diào)配的演練、應(yīng)急力量調(diào)配的演練、港口船只調(diào)配的演練和污染物控制清除作業(yè)演練，在演練過程中，所述的溢油報(bào)警和應(yīng)急保障可視化子模塊動態(tài)顯示與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)在三維場景仿真模型中的運(yùn)動情況和線路，在演練完成后用所述的訓(xùn)練評價(jià)子模塊對演練的訓(xùn)練效果進(jìn)行評價(jià)，最后將三維場景仿真模型、演練過程和演練的訓(xùn)練效果以文件的形式儲存。

更進(jìn)一步地，所述的應(yīng)急資源設(shè)備包括應(yīng)急卸載和殘油轉(zhuǎn)移設(shè)備、溢油圍控設(shè)備、溢油機(jī)械回收設(shè)備、溢油吸附回收材料、溢油分散劑及分散設(shè)備和溢油儲存及轉(zhuǎn)移運(yùn)設(shè)備。

更進(jìn)一步地，所述的基本三維模塊包括立方體、長方體、圓柱、圓錐等基本三維立體模型。

本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明的方法用計(jì)算機(jī)仿真代替目前通常采用的實(shí)戰(zhàn)演練方法，使得在低投入成本的前提下就能進(jìn)行應(yīng)對溢油事故的各種應(yīng)急決策演練，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)演練難以進(jìn)行的各種情景演習(xí)，具有很好的演練效果；

2)本發(fā)明的方法能夠溢油狀況進(jìn)行動態(tài)模擬，進(jìn)行應(yīng)急物資調(diào)配的演練、應(yīng)急處置隊(duì)伍調(diào)配的演練、港口船只調(diào)配的演練和污染物控制清除作業(yè)演練，能夠讓指揮者實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)演練方案和查看演練場景；

3)本發(fā)明的方法能夠在演練完成后對演練的訓(xùn)練效果進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)行重復(fù)展示，幫助指揮者查找漏洞，改進(jìn)決策。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的溢油事故模擬訓(xùn)練的仿真方法的流程圖；

圖中：1－三維建模模塊，2－港口建模模塊，3－應(yīng)急方案仿真模塊，4－仿真模型數(shù)據(jù)庫。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體技術(shù)方案作進(jìn)一步地說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種溢油事故模擬訓(xùn)練的仿真方法，具體方法包括以下步驟：

1)用三維建模模塊構(gòu)建溢油事故涉及到的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，用自定義仿真模型調(diào)用子模塊從仿真模型數(shù)據(jù)庫讀出已有的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，用仿真模型建立和編輯子模塊對讀出的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型進(jìn)行特征修改，在已有的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型不能滿足建模需求的情況下，所述的仿真模型建立和編輯子模塊采用基本三維模塊搭建所需的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，建立或編輯修改完畢后存入仿真模型數(shù)據(jù)庫，用粒子編輯子模塊編輯模擬火焰、煙霧災(zāi)害效果并存入數(shù)據(jù)文件；

2)用港口建模模塊構(gòu)建溢油事故周邊港口的三維場景仿真模型，港口的三維場景仿真模型包括所述的溢油事故場景編輯子模塊調(diào)用仿真模型數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型以及讀取的災(zāi)害效果數(shù)據(jù)文件并顯示，還包括與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)的添加顯示，應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型以及應(yīng)急人員圖標(biāo)的原始GIS數(shù)據(jù)也以數(shù)據(jù)文件的形式儲存；

3)在港口的三維場景仿真模型的海水中設(shè)置溢油事故發(fā)生點(diǎn)，用設(shè)定的溢油事故發(fā)生強(qiáng)度在所述的溢流信息模擬子模塊對溢油狀況進(jìn)行動態(tài)模擬，所述的應(yīng)急處置推演子模塊根據(jù)溢油事故發(fā)生的類型、時(shí)間、地點(diǎn)以狀態(tài)機(jī)形式對處置過程進(jìn)行推演，包括應(yīng)急物資設(shè)備調(diào)配的演練、應(yīng)急力量調(diào)配的演練、港口船只調(diào)配的演練和污染物控制清除作業(yè)演練，在演練過程中，所述的溢油報(bào)警和應(yīng)急保障可視化子模塊動態(tài)顯示與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)在三維場景仿真模型中的運(yùn)動情況和線路，在演練完成后用所述的訓(xùn)練評價(jià)子模塊對演練的訓(xùn)練效果進(jìn)行評價(jià)，最后將三維場景仿真模型、演練過程和演練的訓(xùn)練效果以文件的形式儲存。

本方法所用到的系統(tǒng)包括仿真模型數(shù)據(jù)庫、三維建模模塊、港口建模模塊和應(yīng)急方案仿真模塊。本系統(tǒng)是在Unity3D平臺上進(jìn)行的二次開臺。

所述的仿真模型數(shù)據(jù)庫用于存儲溢油事故模擬訓(xùn)練時(shí)使用到的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的通用仿真模型和自定義仿真模型、以及靜態(tài)建筑物仿真模型和河流、船舶、氣象環(huán)境的動態(tài)可視化仿真模型，每個仿真模型都具有多媒體資源附件字段，用于添加文字、圖片、聲音、三維動畫等媒體資源，儲存文件可采用XML文件。每個仿真模型以現(xiàn)有的三維建模軟件的數(shù)據(jù)文件形式儲存。所述的應(yīng)急資源設(shè)備包括應(yīng)急卸載和殘油轉(zhuǎn)移設(shè)備、溢油圍控設(shè)備、溢油機(jī)械回收設(shè)備、溢油吸附回收材料、溢油分散劑及分散設(shè)備和溢油儲存及轉(zhuǎn)移運(yùn)設(shè)備。

所述的三維建模模塊包括自定義仿真模型調(diào)用子模塊、仿真模型建立和編輯子模塊和粒子編輯子模塊，所述的自定義仿真模型調(diào)用子模塊用于從仿真模型數(shù)據(jù)庫讀出應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型，所述的仿真模型建立和編輯子模塊具有采用基本三維模塊搭建應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型的功能，能夠?qū)救S模塊的特征尺寸進(jìn)行設(shè)置，該模塊能夠?qū)ψ远x仿真模型調(diào)用子模塊讀出的仿真模型進(jìn)行特征編輯修改并存入仿真模型數(shù)據(jù)庫，所述的粒子編輯子模塊用于模擬火焰、煙霧災(zāi)害效果并形成災(zāi)害效果數(shù)據(jù)文件存儲。所述的應(yīng)急資源設(shè)備包括應(yīng)急卸載和殘油轉(zhuǎn)移設(shè)備、溢油圍控設(shè)備、溢油機(jī)械回收設(shè)備、溢油吸附回收材料、溢油分散劑及分散設(shè)備和溢油儲存及轉(zhuǎn)移運(yùn)設(shè)備。應(yīng)急力量包括各種人員配備。

所述的港口建模模塊用于包括大規(guī)模三維場景建模子模塊、溢油事故場景編輯子模塊以及線路和視點(diǎn)編輯子模塊，大規(guī)模三維場景建模子模塊用于建立包括港口的三維場景仿真模型，并能夠讀入GIS數(shù)據(jù)直接在三維場景仿真模型上顯示，所述的溢油事故場景編輯子模塊調(diào)用仿真模型數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)急力量和應(yīng)急資源設(shè)備的仿真模型以及災(zāi)害效果數(shù)據(jù)文件，并與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)一起在三維場景仿真模型中布置顯示，所述的線路和視點(diǎn)編輯子模塊用于編輯救援路線和撤離路線，能夠?qū)x擇的場所的視點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)，對對救援路線和撤離路線進(jìn)行漫游。

所述的應(yīng)急方案仿真模塊包括溢流信息模擬子模塊、溢油報(bào)警和應(yīng)急保障可視化子模塊、應(yīng)急處置推演子模塊、污染物控制清除作業(yè)可視化子模塊以及訓(xùn)練評價(jià)子模塊，所述的溢流信息模擬子模塊采用溢油狀態(tài)推演算法，對溢油狀況進(jìn)行動態(tài)模擬，所述的溢流信息模擬子模塊采用溢油狀態(tài)推演算法采用美國ASA公司的Oilmap溢油預(yù)測模型。并在三維場景仿真模型中對模擬結(jié)果進(jìn)行可視化，所述的溢油報(bào)警和應(yīng)急保障可視化子模塊用于在三維場景仿真模型中顯示報(bào)警點(diǎn)和與應(yīng)急力量仿真模型對應(yīng)的應(yīng)急人員圖標(biāo)進(jìn)行動態(tài)可視化展示，所述的應(yīng)急處置推演子模塊以狀態(tài)機(jī)形式對處置過程進(jìn)行推演，包括應(yīng)急資源設(shè)備調(diào)配的演練、應(yīng)急力量調(diào)配的演練、港口船只調(diào)配的演練和污染物控制清除作業(yè)演練。

其中，狀態(tài)機(jī)中溢油應(yīng)急處置轉(zhuǎn)換函數(shù)的處置規(guī)則如下：

1)對于汽油、輕質(zhì)柴油、航空煤油這樣的非持久性油類，一般不采取回收方式，讓其揮發(fā)，

當(dāng)非持久性油類向附近敏感區(qū)域擴(kuò)大時(shí)，使用圍油欄攔截和導(dǎo)向，

在觸發(fā)引起火災(zāi)的條件，使用化學(xué)消油劑，使其乳化分散，

敏感區(qū)域包括生態(tài)自然保護(hù)區(qū)、生活用水取水口、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)、工業(yè)用水取水口、風(fēng)景旅游區(qū)、岸線；

2)對柴油、船舶燃料油這樣的持久性油類，采取浮油回收船、收油機(jī)、撇油器、油拖把、油拖網(wǎng)、吸油材料以及人工撈取等方式，盡量進(jìn)行回收；

3)如溢出量較少，岸線或資源不受威脅情況下可暫不采取清除行動。

其中，所述的應(yīng)急資源設(shè)備調(diào)配的演練中包括溢油分散劑需求量的預(yù)測方法、溢油圍控設(shè)備中的圍油欄的需求預(yù)測方法、溢油吸附回收材料中的吸油材料的需求預(yù)測和溢油機(jī)械回收設(shè)備的需求預(yù)測方法，具體如下：

1)溢油分散劑需求量的計(jì)算公式見下式I：

G＝T×a×b (I)

式中：

G——分散劑需要量，單位：噸；

T——總溢油量，單位：噸；

a——溢油分散劑處理溢油的數(shù)量占總溢油量的比率，取20％；

b——溢油分散劑與溢油的比率，取1/20；

2)圍油欄的需求量的計(jì)算公式見下式II：

L——圍油欄長度，單位：米；

S——溢油面積，單位：平方米；

3)吸油材料的需求量的計(jì)算公式見下式III：

式中：

I——吸油氈?jǐn)?shù)量，單位：噸；

T——總溢油量，單位：噸；

P——吸附回收量占總溢油量的比例；

J——實(shí)際吸附倍數(shù)，取10；

K——持油性保持率，取80％；

P₁——實(shí)際吸附比例，80％；

4)回收設(shè)備的需求量的計(jì)算公式按下式IV：

式中：

E——收油機(jī)回收能力，單位：立方米/小時(shí)；

T——總溢油量，單位：噸；

D——機(jī)械回收占溢油的比例；

α——收油機(jī)回收效率，取10％；

d——收油作業(yè)天數(shù)，取3天；

h——每天收油作業(yè)時(shí)間，取6小時(shí)；

η——富裕量，取20％。

所述的污染物控制清除作業(yè)可視化子模塊用于模擬顯示污染物圍控作業(yè)和清污作業(yè)的動態(tài)效果，所述的訓(xùn)練評價(jià)子模塊用于評價(jià)演練的訓(xùn)練效果，查看演練的結(jié)果統(tǒng)計(jì)信息，并能夠?qū)⑷S場景仿真模型、演練過程和演練的訓(xùn)練效果以文件的形式儲存。