序言

随着中国城市的飞速发展和中国成为全球制造大国，城市灾害已成为影响国家稳定和经济的顽疾。人类生产活动导致的类似2015年天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故、2017年11月18日北京市大兴区西红门镇电气火灾致使19人死亡事故，以及近年来国内多起地震、滑坡、台风、洪水灾害等自然灾害不仅使国家经济上遭受巨大损失，同时也成为城市社会发展的不稳定因素，成为实现中国梦的绊脚石。

与20世纪同期相比，21世纪城市灾害的经济损失有不断增加的趋势，随着社会文明进步和国民经济的持续发展，未来同样规模的城市灾害造成的经济损失会远大于今天已经成为不争的事实。如何减少城市灾害的发生、将城市灾害带来的损失减少到最小是国家安全领域重中之重的任务。

2015年8月15日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平针对全国多个地区发生重特大安全生产事故，特别是天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故，造成重大人员伤亡和财产损失作出重要指示：确保安全生产、维护社会安定、保障人民群众安居乐业是各级党委和政府必须承担好的重要责任。

一个理想的安全城市是有能力制止灾害的发生或预知灾害发生而在灾害发生前有充裕的时间处置，使灾害的损失降至最小。

从事城市灾害预警和救援的多年研究结果表明，防灾如同打一场长期的狙击战，靠多道防线、靠相互配合、靠排兵布阵、靠高效的指挥、靠每个工作单元的100%的执行力，必须综合多方面措施解决城市灾害的危害。一方面，应用多种且互补的技术制止灾害的发生或减少灾害的规模；另一方面，在灾害发展的持续过程中层层拦截和设防，形成高效的防灾铜墙铁壁。然而要保证技术和防线24小时实时处于完好的临战状态，还需要有效的实时监管。

从灾害预防的手段时间纵轴上看，城市灾害的预防和救援应建立“5+1”道防线：5道防线具体包括隐患排查防线、极早期预警和报警防线、现场应急处置防线、智能疏散防线、应急指挥和救援防线“+1道”防线是辅以灾害救援实战训练平台。如果每道防线都有效地发挥作用，绝大部分人为造成的城市灾害完全可以避免，特大自然灾害事故损失也会大幅度减少。

从城市灾害预防的防线上看，每道防线的单一技术和措施都很难应对复杂的城市灾害的威胁，因为任何单一技术都有其优势，同时又有其薄弱环节，如点式探测器局限于狭小区域、值班人员100%的精神集中只能持续15～20分钟、任何安全系统工作再可靠也会在某时间段发生故障和死机。通常情况下，仅仅设置一道防线难以阻止城市灾害不断发生，这也是历年来防灾系统投入不断增加，而我们却一再地进入了灾害发生—调查—查处—灾害再次发生—再调查—再查处的死循环。客观地说，避免灾害的发生和减少灾害危害的问题并没有得到根本解决。

在城市灾害的每道防线上至少应用2～3种机制不同且独立互补的技术和措施，以保证在任何情况下每道防线能真正发挥应有的作用，最终避免城市灾害的发生或者使灾害损失降至最低。

在“5+1”道防线中，最重要的是隐患排查和极早期预警防线，隐患排查和极早期预警防线可以有效地预防城市人为灾害的发生，而目前其他防线的作用是在城市灾害发生后起到减少灾害损失的作用，灾害一旦发生加之难以控制，损失依旧不可避免。美国安全工程师海因里希（Hein-rich）在1931年出版的著作《安全事故预防：一个科学的方法》提出了全球著名的“安全金字塔”法则，他是通过分析55万起工伤事故的发生概率得到的。该法则认为，在1个死亡重伤害事故背后，一定有29起轻伤害事故；29起轻伤害事故背后，一定有300起无伤害虚惊事件，以及大量的不安全行为和不安全状态存在。“安全金字塔”法则给我们一个极其重要的警示，当预先发现和解决所有事故症状时（Heinrich称之为无伤害虚惊事件），死亡重伤害事故就没有发生的基础，重大安全事故就可以避免。

在承担国内城市重大危险源生产和仓储远程监管项目中，尽管每个厂家都安装并一直运行着相对完备的安全报警系统，但是我们通过安全监管平台监测发现，相当高比例的厂家仍然长期存在未知的和未能预测的安全隐患甚至重大安全隐患。换句话说，只要构成灾害发生的其他要件满足，也会发生像天津滨海新区那样的灾难。

城市灾害极早期预警技术涉及物理、化学、生物、人工智能、虚拟现实技术和大数据分析等多个领域，此前国内外安全报警系统的研究灾害更侧重于灾害发生时的报警，对极早期预警技术方面的研究并不深入，这就造成减少城市灾害发生的能力一直欠缺。如上所述，当我们回首分析大多数城市灾害，会发现事故责任方几乎全部安装了各种安全监测系统、报警系统、现场处置系统，而且各种系统一直运行，各种安全管理规章制度也挂在墙上，然而并没有有效制止城市灾害的发生，甚至这些系统的存在并没有减少灾害的发生或者减少灾害带来的损失。

本书中介绍的大部分城市灾害极早期预警技术是作者多年来在城市灾害预防一线工作中，研究和开发城市灾害极早期预警系统的成果，其中一部分技术已经在安全生产远程监管、城市消防远程监管、国家森林防火体系、地震和海洋灾害预警、国家大型图书馆环境监测等重大项目中得到了应用，更前沿更先进的城市灾害极早期预警技术仍在不断地开发中。

本书首先介绍城市灾害类型和内容，其次提出极早期预警的概念，然后分别对物理、光谱分析、大数据分析、人工智能多领域上的极早期预警技术作了介绍，同时结合我国面临的城市灾害严峻形势，给出典型的危房和危桥、地震、森林火灾、危化品泄漏上如何进行极早期预警的应用。对于已经成熟的技术本书不作介绍，尽量介绍更新的城市灾害极早期预警技术。

需要说明的是，本书重点介绍城市灾害极早期预警技术的单项应用技术，对如何在空域和时域上有效集成多种技术构成综合性极早期预警防线不作重点介绍。如果可以为从事城市应急领域的学者和技术人员提供借鉴或启示，那么本书的目的就达到了。

本书中基于三维数字地球技术的虚拟现实技术（VR）部分的软件开发工作是由王海龙工程师结合以往承接的项目专门完成的。中国国际工程咨询有限公司的贺佳老师负责本书第五章和第七章的撰写工作。

在此对瑞士Securitas安全集团董事局副主席汉斯博士（HeinzFrey）协助我们将极早期预警技术在欧洲各国推广应用表示感谢，对汉斯博士安排作者与瑞士苏黎世、日内瓦、卢加诺的城市安全远程监控平台及瑞士国际火灾学院的训练基地进行欧洲城市灾害极早期预警技术交流座谈和技术合作表达深深的谢意，这些前期工作极大地丰富了本书的内容。

黄小菲

于北京

2018年6月30日