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管道运输在我国兴起于上个世纪70年代，目前已成为继铁路、公路、水运、航空之后的第五大运输手段。与其它运输形式相比，管道输送石油天然气，具有高效、低耗等优势，因此被越来越广泛地采用，成为国民经济和社会发展不可缺少的“生命线”。天然气管道的飞速发展，管网的不断延伸，由之带来的工业事故也不断增多，造成大量人员伤亡与财产损失。天然气长输管道因其具有高能高压、易燃易爆、有毒有害、连续作业、链长面广、环境复杂等特点，其危险性与危害程度要比其它化学品运输方式更为严重。国内很多长输油气管道输送距离长，途经区域地形复杂，人口居住比较集中，一旦发生事故，不但对下游用户的油气供应造成影响，还将对事故发生地人民群众的生命财产构成严重威胁。为了减少人民生命、财产损失，最大程度地降低管道事故造成的伤害后果，必须建立有效的管道事故应急救援指挥系统。
本文的研究可分为三大部分，重点研究天然气长输管道的事故应急指挥系统的关键技术。以长输管道风险分析为基础，研究管道灾害事故的危害机理和影响后果，并从体系结构、决策指挥、信息管理等方面讨论了长输管道事故应急指挥的关键技术，提出了具体的设计方案和实现过程。
第一部分是对管道灾害的基础进行研究，包括管道风险分析和管道灾害模拟。
根据长输管道和生产工艺、外部环境等因素的分析，影响其安全运行的危险有害因素很多，主要包括：工艺站场危险有害因素分析、输气管道危险有害因素分析、自然灾害、气象灾害、第三方破坏等方面。经过分析后可得出，天然气管道最大风险是介质的泄漏爆炸，而造成泄漏的原因可能来自工艺站场的阀门泄漏、站内管道破裂、输气管道的腐蚀破裂、环境的外力破坏等方面。针对天然气长输管道的风险分析结果，必须进行全面的应急管理来减少天然气管道事故。应急管理的风险消除、准备计划、应急反应、恢复等步骤，可有效地辨识风险、控制风险，降低风险发生的可能性。
长输管道灾害模拟模型包括气体泄漏模型、气体扩散模型、爆炸模型、中毒模型，论文详细分析了Monte-Carlo气体扩散模型。天然气的扩散受风场、地形、气体性质等因素的影响，对于天然气管道事故应急决策而言，影响最大的是风场与地形的影响。风场对天然气的扩散有非常明显的输送和稀释作用，并且大气的湍流作用也会对气体扩散产生影响。本文通过RAMS模型预测事故区域内风场分布，能够很好的满足扩散模型的需要。计算结果表明，Monte-Carlo随机粒子在扩散的过程中，明显受风速和风向的影响，气体浓度分布也随风场的变化而发生改变，为应急决策提供了重要依据。
天然气扩散云团的爆轰是灾害后果中最为严重的，通过气云TNT当量法，可以计算出气体扩散后的危险区域，以及人员伤亡情况。含硫天然气的毒害作用也是天然气管道事故中极为严重的事故，运用毒负荷的概念，接合加拿大天然气管道硫化氢毒性分析方法，可以计算出含硫天然气扩散后对人群的伤害程度和概率。
第二部分主要是对管道应急的指挥体系进行研究。
通过对应急指挥体系的自组织理论的分析、控制过程分析和混沌理论分析，结果表明：应急体系的结构会不断发生变化，这种结构既不是简单的层次结构，也不是分散的全联通模式，而是这两者的综合；天然气管道事故应急指挥过程既包括前馈控制，也有后反馈控制。运用ECOM模型分析可看出应急指挥系统存在的不确定性风险：由于内部组织结构之间的关系以及信息流量方式都呈现高度的非线性，以及系统的“组织结构缺陷”或是缺少训练，在应急指挥的过程中，系统容易进入混沌状态而功能不能正常发挥。
接着对天然气管道事故应急指挥体系的系统特点进行分析，天然气管道应急指挥体系采用层次结构模式的同时，为了确保组织机构的信息流通方式采用集中与分散结合模式，把与应急行动过程相关的、紧密联系的部门集中起来，层次内实现全联接的方式，决策指挥层采取了层次结构的模式，以便有效快速地根据事故的发展情况，评估、判断、分析应急目标与应急水平。天然气事故指挥系统组织结构包括四个功能区：行动、计划、后勤、行政。其中，事故应急指挥负责人(IC)全面管理整个事故应急指挥系统；行动部门负责现场战术行动，以完成IC/UC所要求的应急救援目标；计划部门负责事故形势信息的收集、评估以及传达，维护现场信息、形势预测信息、以及资源分配状况；后勤保障部门为天然气管道事故应急指挥提供支持和服务。
通讯能力是应急指挥中最为重要的基础保障。通过运用UCINET软件，对天然气管道事故应急指挥组织网络进行分析，并与美国Katrina飓风灾害应急反应组织结构及它们之间通讯相比较，结果表明组织网络结构及他们之间的联接满足了应急指挥的要求。统计显示网络结构中存在有8个重要的“割点”，这些组织部门包括：行动负责人OPR、规划负责人COP、公众保护组PPU、当地政府应急中心LECO、医疗部门MU、当地政府LGOV等。系统的集中性分析也说明，应急指挥组织部门之间有较紧密的联接性，平均接近度为43.475，意味着这将有利于网络中组织部门的信息流动。
分析表明，天然气管道事故应急指挥体系是一个复杂、多任务、多组织结构的系统，应急指挥体系的构建结合了系统科学的分析方法，充分结合实际情况，以达到事故应急指挥的行动目标。
第三部分是在前面研究的基础上对应急指挥决策系统和三维信息平台进行设计。通过对以往决策系统的分析，结合管道事故应急的时效性特点，提出了基于Agent技术的应急指挥过程。信息汇集真体主要对来自不同信息源的数据进行关联分析，把同一属性(类型)的数据归类到一起。信息汇集过程中，还要对信息的可靠性(来源的可靠性、信息的真实性)进行评估。通过数据的汇集后，原始信息中可能存在不一致和不完整性。数据整合过程依据汇集信息的属性，评估信息的可用性并进行处理。灾害形势评估真体是发生管道事故后对人员、财产的损失情况进行评估分析，包括：风险伤害评估、行动效果评估、协调评估。风险伤害评估是在管道发生泄漏事故后，评估易燃易爆、或有毒气体对事故区域附近人员伤害、财产损失的范围和程度。行动效果评估是对单个行动单元的评价。协调评估是对多个行动单元之间的协调能力的评估。形势评估采用模糊综合评判的方法，利用模糊数学理论，接合专家知识来进行效果最终评判。
长输管道应急计划资源规划通过对应急指挥过程的概念图分析，提炼出应急行动计划的具体内容、参与人员、资源支持等信息，最终形成专家规划知识。通过对概念图的分析，论文提出了基于专家系统的计划资源规划真体设计。管道应急规划真体将应急过程的信息交流以事实和规则的形式预先存入专家知识库中，在应急指挥的过程中对方案进行选择。计划资源规划专家系统是以CLIPS为核心平台的，最主要的模块有结构模块分析、规则分析模块、变量分析模块、编译等模块。核心模块采用了模式网络和连接网络。连接网络是RETE算法最重要的核心，它防止了模式匹配过程中的信息爆炸。
接着分析应急指挥系统的运行机制。长输管道应急指挥决策系统是为应急管理人员服务的支持系统，它并不能代替IC做出行动决策或者指挥救援。应急指挥机构、应急指挥决策系统是管道事故应急体系的组成部分，应急指挥机构根据当时事故决策需要向决策系统提出支持请求，是系统中的主动方；应急指挥决策系统等待指挥机构的请求，帮助它们分析、处理数据，提供建议和方案，是系统中的被动方。两者相互协作，快速、高效地完成应急救援任务。
三维信息管理平台是应急决策指挥系统的重要模块，通过三维信息技术的应用，有助于提高应急决策人员对信息的掌握与理解，增强应急决策能力。为建立有效的三维信息管理平台，论文分析了数据库管理模块结构，同时重点分析了空间数据库管理系统，并将三维管理系统的空间数据结构分为四类：矢量数据结构、栅格数据结构、影象数据、属性数据。应急指挥的三维平台是系统的核心，论文重点分析了三维平台的技术细节，包括：LOD技术、大规模数据调度技术、图层管理技术等。接合OPENGL三维建模技术，论文初步实现了空间查询技术、图层叠置、等值线等分析技术。为适应网络环境下的应用指挥需要，论文构建了基于B/S结构的网络三维应急信息系统。
最后，论文总结了主要的研究成果，包括灾害模拟、应急指挥体系、基于Agent技术的应急指挥系统和三维信息管理平台的几个关键技术问题。论文将Monte-Carlo模拟应用到灾害模拟中，使计算过程简单，能够适用于复杂地形、变化风场条件下气体扩散模拟。在分析应急组织结构的联通程度过程中运用UCINET软件，找出了组织结构中存在的多个关键点，这些关键点是应急过程中最重要的组织部门。论文尝试建立一套针对灾害应急管理需要的三维空间信息平台，满足灾害模拟、灾害空间信息分析、应急信息管理、应急资源配置、应急路径规划等功能需要。三维信息平台已具备大模型数据管理、LOD技术应用、图层叠加分析、空间数据查询等功能。这些方法在论文中的应用都取得了很好的效果。
长输管道灾害应急指挥决策系统研究涉及多个领域内的学科知识，相关理论研究还不成熟。由于缺乏更进一步的实验数据，加上作者个人能力和水平限制，论文只是针对应急指挥决策的关键问题进行初步研究，还需要进一步完善：