突发事件警报通知系统关键要素规划技术研究*

李 竞，冀 铮

(中国安全生产科学研究院，北京100012)

0 引言

随着我国经济的快速发展，城市化进程不断推进，面对各类突发事件风险，社会的脆弱性问题不容忽视。监测和预警是我国突发事件应对体系的重要环节，各级政府部门和企业在预警通知方面的责任，在我国《突发事件应对法》等法律中有明确的要求，但是在具体实践环节中，尚存在权责不清晰、标准不明确、能力不充分的问题[1]。

水坝、尾矿库垮坝，泥石流等地质灾害，以及毒气泄漏事故等突发事件的特点包括：事件发生和蔓延的速度快、影响范围大；可用的警报通知和响应时间短；涉及的企业人员和社会公众数量多，易造成大量人员伤亡、严重经济损失以及重大社会不良影响。而相应地，在此类突发事件应对过程中，电话通知、人员现场通知等传统警报通知手段已逐渐无法完全满足应急时效性方面的要求。

因此，在大型化工企业、地质灾害易发区域周边，已有部分政府或企业部署了专用警报通知系统[2-3]，但是目前尚存在建设标准不统一、各自为战，系统实际应用效能参差不齐、亟待规范的问题。同时，部分有较大风险的区域尚没有部署专业有效的警报通知系统。此外，台风等自然灾害虽然预警时间相对较长，但是目前基于公共通信系统的警报通知方式也同样存在警报通知范围覆盖不全、应对情况变化的适应能力不强等问题。

因此，围绕专业有效的突发事件警报通知系统的规划与建设问题，本文通过总结美国、日本等发达国家在突发事件预警通知方面的一些经验做法，参考广东等省份在警报通知标准建设方面的现有工作，结合作者参与建设企业警报通知系统的实践经验，对警报通知系统规划与建设过程中需要考虑的关键要素进行归纳研究,并分析提炼出建设警报通知系统过程中涉及的一些关键技术问题；最后，以西南某油气开采企业的警报通知系统的规划建设为例，分析该企业警报通知系统的特点并提出优化建议。研究结果可对相关企业或政府开展警报通知系统的规划与建设提供参考和借鉴。

1 应急警报通知的相关法规要求和现实差距

现行《中华人民共和国突发事件应对法》第四十四条规定，“发布三级、四级警报，宣布进入预警期后，县级以上地方各级人民政府应当根据即将发生的突发事件的特点和可能造成的危害，采取下列措施：……及时按照有关规定向社会发布可能受到突发事件危害的警告，宣传避免、减轻危害的常识，公布咨询电话。”《生产安全事故应急条例》第十七条规定，“发生生产安全事故后，生产经营单位应当立即启动生产安全事故应急救援预案，采取下列一项或者多项应急救援措施：……及时通知可能受到事故影响的单位和人员；……。”虽然上述法律法规对事故风险源周边的警报通知应对提出了明确的要求和规定，但是具体实施过程中还需进一步配套相关的标准规范，如从技术层面上对警报通知的目标范围、警报通知手段、警报通知系统效果和警报通知系统的可靠性、可用性等方面做出具体要求。因此，需要对警报通知的相关具体需求进行分析和研究，提出指南性质的标准规定，为政府和企业将国家的相关法律法规落到实处提供指导。目前，针对危化企业、化工产业园、高含硫气田等重大毒气泄漏事故风险源周边人员警报通知的可参照国际标准较少，我国需要结合自身实际发展情况，加强相关基础研究，适时制订、发布相关标准，指导相关实践。

2 国内外相关研究、实践和标准情况

新西兰等一些自然灾害较严重的国家在警报通知方面的研究和实践起步较早[4]。日本也已建立起完善的防灾通信网络应急体系，在遇有地震、海啸等紧急灾害时,基于无线和有线广播电话的“告知广播系统”就被紧急启动，民众可以通过广播第一时间知道灾情并按照指示采取相应的措施。美国的主要调频调幅广播电台和有线电视系统都被纳入了紧急报警系统，在全国紧急状况下，可以通过公共传媒向人们发布灾难详情、建议应对措施等。而我国现阶段的预警通知体系更加侧重台风、洪水等自然灾害，这些类型的自然灾害往往在时效性要求上相对“较低”，而在面对泥石流、地震、毒气泄漏等预警时间较短的突发事件时，就暴露出明显的不足。

对于警报通知系统的警报通知范围、通知方式、系统时效性、系统可靠性等关键要素，国内均有相关研究工作，但尚缺少系统性的总结，与相关国家层面的统一标准规范的形成尚存差距。

目前广东省在警报通知标准建设方面进度比较领先[5-6]，发布了DB44/T 1796.1—2016《突发事件预警信息发布中心建设规范第 1 部分:平台构建》。本文研究的内容与上述标准范围相比更加广泛，上述标准针对普通预警信息发布中心平台建设，而本文涉及突发事件警报信息发布、警报信息传输和展现全流程；且研究内容和上述标准的侧重点不同，上述标准主要针对政府预警中心的立项审批和建设规模，而本文侧重于警报通知系统实际效果涉及的关键要素。另外，也有学者开展了通讯协议、软硬件接口层面应急警报相关标准的归纳和总结[7]，这些研究与本文是互为补充的关系，相比较而言，本文研究的内容更加倾向警报通知系统的最终效果。

3 警报通知系统规划的关键要素

警报通知是对重大自然灾害、生产安全事故等突发事件进行应急响应的关键环节之一，在进行警报通知系统规划时，应该明确警报通知范围、警报通知方式、系统时效性、系统可靠性等关键要素，并根据具体的项目建设需求，选取和采用科学、合理的技术路线，优化相关投入的利用效率，提高相关警报通知系统应用效能。警报通知系统规划的关键目标如图1所示。

图1 警报通知系统关键目标

由图1可知，规划和建设1个警报通知系统，至少应该满足以下4方面要求：1)系统应该充分考虑警报通知对象的工作环境和身体状态，能够做到对警报通知区域的全面覆盖。2)警报通知过程应该做到迅速及时，应该根据突发事件的演化特征，充分考虑警报通知决策和系统操控、警报信息传递以及警报通知对象的响应和疏散过程，综合规划警报通知系统的时效需求。3)系统应该是安全、可靠和高可用性的，应该在技术层面和管理层面采取必要的措施，以保证在发生突发事件的非正常情况下，仍然能够投入使用并实现预期的功能。4)系统成本应该合理可控，既要考虑系统的一次性建设成本，也要考虑系统的日常巡检维护成本，使系统易于推广应用。

3.1 警报覆盖范围

警报的覆盖范围是警报通知系统规划的关键要素之一，需要做到警报全面覆盖，如图2所示。科学合理地确定预警范围，应综合考虑重大自然灾害、生产安全事故等突发事件的固有特征、所处的自然环境和社会环境特征。需要考虑的要点包括：总体警报通知范围；警报通知系统对总体警报通知范围的覆盖情况；警报通知系统未来扩容的需求。

图2 警报全面覆盖

总体警报通知范围的具体确定方法可参考《重大毒气泄漏事故应急计划区划分方法》(GB/T 35622—2017)、《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准(试行)》(安监总局公告 2014年第13号)、《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》(安监总局令 2011年第40号 2015第79号修正)等法规标准，并结合专家意见最终确定。

由图2可知，总体警报通知覆盖范围需要考虑包括厂(场)内和厂(场)外人员、室内人员和室外人员，尤其是要考虑有限空间等特殊位置、在公共通讯和公共电网中断等异常情况下警报通知系统的覆盖情况，以及系统对于正在睡眠等非清醒状态人员的警报通知效果。另外，警报通知区域还需要灵活可控，在保证警报通知效果的同时，尽量避免出现过度警报通知的问题。

3.2 警报通知时效性

警报通知系统规划的另一项关键要素是警报通知的时效性，需要做到迅速及时。如图3所示，发生突发事件后，警报信息经警报通知系统传递到被保护对象需要经过监测感知、警报决策、警报发送等过程，另外还需要预留人员的响应和疏散时间，这些时间可以统称为警报通知时间。此外，重大自然灾害以及生产安全事故等突发事件也有其自身演化、发展的规律，从事件发生到对被保护对象产生危害一般也需要一段或长或短的时间过程，这个过程经历的时间可以称之为有效预警时间。因此，应采用理论分析、实验验证、模拟推演等方法科学、合理地评估警报通知时间和有效预警时间。警报通知系统如要充分发挥作用，警报通知系统规划和设计的预期警报通知时间须不超过预期有效预警时间。

图3 警报通知时效性分析

3.3 警报通知系统的可靠性

警报通知系统规划的关键要素还包括警报通知系统的可靠性，需做到系统鲁棒可靠。如图4所示，警报通知系统的可靠性体现为：系统本身设备、设施和软件的可靠性；系统对于各种危险、恶劣环境的适应性；系统管理层面的可靠性。系统设施、设备、软件方面的可靠性较易理解，具体实现方式在下文详细说明；警报通知系统对环境适应性主要是考虑通讯链路的抗干扰性，突发事件情况下警报设施和警报通知系统运维人员的安全保护等；在管理层面，应考虑对警报通知管理和决策人员、警报通知对象进行适当培训和演练，并定期对警报通知系统进行全流程的实战性测试，进一步提高警报通知系统的可靠性。

图4 警报通知系统可靠性因素分析

3.4 警报通知系统成本

从实际警报通知系统的规划和建设工程实践来看，系统成本也需重点考虑，需要尽量做到成本合理。建设警报通知系统的总体投入可以分为一次性投入和运维费用。其中，一次性投入又可以分为系统基础设施成本和终端成本；警报通知系统的的运维费用主要包括系统运行成本和维护成本。

1)警报系统基础设施成本包括警报控制室建设费用、警报控制系统软硬件费用、通讯基础设施费用等；终端成本由终端单价和终端数量决定，还应考虑终端部署成本。

2)警报系统的维护成本包括系统运行所需要的网络、供电和设备与系统维护成本，当警报终端数量较多的时候，设备巡检等维护成本就成为需要重点考虑的问题。

4 警报通知关键技术研究

4.1 警报信息传输技术

警报通知过程可以采用基于公共通讯基础设施的手机语音和短信、广播电视媒体进行信息传递，也可以通过建设光纤网络、800 M数字集群系统等专用通讯系统的方式实现。如表1所示，具体采用的警报信息传递方式可以根据时效、成本、警报通知范围、可靠性、范围可控性进行取舍，警报通知系统设计者应对警报通知范围内可能采用的警报信息传递方法进行梳理，选取最合理、最有效的方式建设警报通知系统。也可以采用多种警报信息传递方式相配合的方法以便取得更好的警报通知效果，例如可以主要使用语音传递警报，配合以电子公告牌、动态路标等辅助信息传播方式。警报信息对警报通知对象的传递方式必须考虑受众对信息接受方面的特点，例如有些地区人员文化水平有限且多为老年人，就不能主要依赖文字信息形式的警报传递方式。

表1 警报信息传递方式比较

4.2 警报通知辅助决策技术

通过警报辅助决策技术可以科学、高效地确定警报通知区域和通知内容。警报通知辅助决策技术包括：事故后果快速三维模拟和数字化预案等技术。例如，毒气泄漏扩散后果快速模拟分析基于重气扩散数学模型，对毒气泄漏事故的影响区域、人员伤亡、财产损失进行数值模拟，根据模拟结果，可以对有毒有害气体泄漏后在大气的分布情况进行动态评价，帮助决策者划定事故状态下的防护距离和隔离区域。通过数字化预案相关技术，可以快速辅助生成警报通知范围和警报通知内容，提高警报通知系统的整体响应速度。

4.3 警报科学分区与高效控制技术

警报分区控制主要研究警报区域划分和警报区域动态调整相关技术与方法。为提升警报通知效果和警报区域灵活性，可根据突发事件影响区域周边地形、位置、所在功能区、人口分布、交通和通信等自然环境和社会经济环境特征，将突发事件影响范围划分为适用于不同警报通知方式的多个警报分区。例如，可以将警报通知区域划分为室内警报区域、室外警报区域、疏散路线区域、危险源周边区域等一级分区，不同一级分区可以采用有针对性的警报通知方式。同一级警报区域可以进一步细分为终端警报区域，按照一定的策略在终端警报区域内部署设备并对设备进行编址，使警报区域的选取和调整更加灵活[8-10]。随着科学技术的发展，越来越多的技术手段可以应用于警报通知系统的建设，例如采用无人机的警报终端可以对警报通知区域进行快速动态覆盖，可大幅拓展警报通知区域控制灵活性和警报通知能力。

4.4 系统可靠性一体化设计技术

对于警报通知系统而言，必须从设备、设施和软件方面一体化考虑系统的可靠性。警报通知设施方面，警报控制中心在保证警报控制效率的前提下，应设置在受到突发事件及其他伴生、衍生事故影响较小的位置。如果警报控制中心可能受到突发事件的影响，则警报控制中心应该采取必要的安全措施。例如：为在警报控制中心的工作人员提供个人防护工具；对控制中心进行防爆设计；采用正压室技术，防止有毒气体进入警报控制中心等。警报通知设备方面，用于警报通知系统的控制设备、数据存储设备、通讯设备、通讯链路、警报通知终端设备和电力供应方式应采用适当的技术措施，提高系统设备的可靠性。例如：对相关设备、设施的数量和工作方式进行冗余设计；采用多种不同技术方案的相关设备、设施，提高系统的鲁棒性；采取适当防护措施，避免各类事故影响相关设备、设施的功能。警报通知系统的配套软件往往已经在应急管理领域获得广泛应用[11]，一般可以使用权限管理、主备切换、日志管理和自动备份技术提高软件系统的稳定性。

4.5 警报通知系统巡检技术

警报通知系统巡检技术是保障警报通知系统正常工作的重要技术手段，巡检成本的高低也是警报通知系统是否能大规模推广应用的关键因素之一。如图5所示，智能巡检方案一般可采用线上自动巡检和线下人工巡检相结合的方式，既降低巡检的成本，又可以提供足够的灵活性，保障设备故障能够快速定位和排除。人工巡检方式作为线上自动巡检的辅助手段，一般在设备发生故障的情况下实施。这种情况下人工巡检路线的规划可以抽象为经典的图中2点最短路径问题或货郎担问题。在实际情况下，单约束条件的图论优化模型过于理想，路线规划往往需要同时考虑时间、成本、巡检人员劳动强度以及路线风险等多种因素。因此，巡检路线规划问题可归结为多个约束条件的路径优化问题，此问题为NP完全问题，文献[12-13]从算法优化角度对这个问题进行了研究。利用部署的警报通知设备相互间进行区域声场强度实时监测和修正是最近提出的新技术手段[14]，可以提高警报通知系统对风速、风向等自然环境的适应性。

图5 警报通知系统线上线下联合巡检

5 实例分析

如表2所示，以西南某油气开采企业为例，分析其在警报通知系统规划建设中的关键要素目标设计和实现技术方面的特点，并给出进一步优化建议。该企业对生产设施周边的公众保护非常重视，对警报通知系统关键要素进行了较全面的规划。在警报通知全面覆盖方面，通过电动防空警报覆盖室外人员，通过分户警铃覆盖室内人员；在系统鲁棒可靠方面，系统通过无线微波和有线光纤2种方式搭建通讯链路，控制系统的服务端和控制端进行主备切换方面的设计；在警报迅速及时方面，通过软件系统提高警报控制效率；在警报系统成本合理方面，通过应用音频调频广播终端设备降低系统部署成本。该企业警报通知系统在系统关键要素设计与规划方面仍然有提升空间。例如，在警报全面覆盖方面，在大风等极端天气情况下，音频警报效果不够理想，可考虑采用电子公告牌、电子路标等光电信息媒介作为音频警报方式的有效补充；在系统鲁棒可靠方面，除了考虑冗余性之外，还应加强警报控制室、控制基站等关键节点的抗爆、防毒设计；在警报迅速及时方面，除了应用软件系统提高指令控制效率外，还应考虑建设有毒气体扩散模拟系统、专家会商系统，提高决策效率；在系统成本合理可控方面，除了考虑优化系统部署成本外，还应考虑如何应用线上线下联合巡检技术，优化系统巡检等运维成本。

表2 某油气开采企业警报通知系统规划关键要素及目标分析

6 结论

1)我国目前缺乏针对泥石流、毒气泄漏等突发事件的高时效性警报通知系统规划和建设标准规范。

2)警报全面覆盖、警报迅速及时、系统鲁棒可靠、成本合理可控是高时效性警报通知系统规划和建设必须考虑和实现的关键要素目标。

3)可以通过合理选择警报信息传输手段，科学应用模拟仿真、数字化预案等辅助决策方法，对警报通知系统可靠性进行一体化设计，采用线上线下联合巡检技术，实现高时效性的突发事件警报通知系统。

4)以某油气开采企业警报通知系统的规划和建设为例进行分析，归纳总结该企业警报通知系统的特点，并提出了进一步优化提升建议。