基于情景推演与故障贝叶斯网络的关键救灾设施中断机理

为给抢险救灾活动提供决策借鉴,研究关键救灾设施的中断机理问题。首先,构建了设施中断的情景推演动态模型。再引入故障树方法,构建了情景推演下,关键救灾设施中断的故障树模型。然后,将故障树转化为故障贝叶斯网络,构建了基于情景推演与故障贝叶斯网络的动态推理模型。区别于传统的灾害演变模型,本文构建的模型为动态描述关键救灾设施的中断概率,提供了可行的量化方法。最后以海地地震太子港灾区为背景构造模型,针对区域采供血机构,进行了仿真研究。通过后向诊断,可以辨明影响系统失效的关键因素。在灾害演变过程中,根据情景推演函数实时加入最新信息,更新证据,通过前向推理,可以动态预测系统的运行状态,动态调整与优化应对措施。     

韧性城市视角下地铁洪涝灾害风险分析——基于Bow-Tie—贝叶斯网络模型

极端暴雨易引发地铁洪涝灾害,其致灾因子具有复杂性特征,辨识地铁洪涝灾害的致灾因素,可以有效提升地铁系统应对洪涝灾害的韧性。为此,建立了Bow-Tie—贝叶斯网络的灾害风险分析模型,利用事故树构建致灾模型,再以贝叶斯网络模型预测灾害的后验概率。通过节点后验概率、关键重要度分析等对地铁洪涝灾害的基本事件的重要度进行分析,提取出导致灾害发生的关键基本事件。分析结果表明,地铁和环境的不安全状态和管理的缺陷是导致灾害发生的重要中间事件。该文从灾前预防、灾中抵御、灾后恢复三个维度对地铁洪涝灾害提出针对性的对策建议,对建设更具韧性和包容性的社会-生态系统具有重要的借鉴意义。     

建筑物地震次生火灾的贝叶斯网络推理模型研究

为了研究地震过程中建筑物内部燃气管道泄漏后引发次生火灾的演化路径,通过对地震次生火灾蔓延过程的分析,构建了反映城市地震燃气泄漏次生火灾发展各阶段中间原因事件之间依赖关系的贝叶斯网络,确定了节点变量及其状态取值范围。通过对国内外地震灾害记录和专家经验判断结论的分析,给出了贝叶斯网络结构中各节点变量的条件概率。依据贝叶斯网络推理方法,比较了地震特征及建筑属性相同条件下,消防力量扑救、地下供水管网老损等节点变量取值不同时,地震次生火灾的发生、失控以及蔓延的后验概率。推理结果表明,扑救行动的及时与有效性对地震火灾灾害的发生概率影响显著,灾害现场的环境风速、建筑物间的防火距离等因素对火灾蔓延概率有着较大的影响。     

基于贝叶斯网络的干旱—森林火灾灾害链定量建模研究

为理解干旱-森林火灾灾害链的演化过程，以陕西省和湖北省为研究区域，分析了干旱发生条件及干旱气候因子与森林火灾之间的因果关系，构建了干旱-森林火灾灾害链的贝叶斯网络模型。通过对两省气候数据、干旱数据和林火数据的统计分析，获得了该网络结构上各个变量的条件概率，再根据贝叶斯网络推理的原理，计算了不同的变量取值下森林火灾的发生概率，并结合已知事实和Brier检验方法评价了该网络模型的准确性。实验结果表明，本文构建的干旱-森林火灾灾害链贝叶斯网络模型能够较为准确地预测森林火灾的发生，以定量化的手段初步揭示了干旱-森林火灾灾害链的演化过程。在此基础上可提出针对性的森林火灾防治措施，从而减少链式灾害带来的巨大损失。     

基于复杂网络的高校火灾灾害链分析及应急管理决策研究

结合高校火灾灾害演化特征,基于国内外102起高校火灾案例总结出12个灾害次生衍生事件,基于复杂网络理论和灾害链演化机理对高校火灾次生衍生事件进行系统全面分析,建立高校火灾灾害链网络拓扑结构和风险评价模型,并计算出高校火灾灾害链风险度。综合灾害事件的致灾率、灾害损失度、灾害链脆弱度3个指标,以南京航空航天大学实验室爆燃事件为实例进行验证。研究结果表明,该模型与实际情况具有较高的吻合度,有利于提高高校火灾灾害急处置能力和决策水平,能够为高校防灾减灾策略的制定提供参考。研究发现,火灾发生前采取有效措施对灾害链重要节点进行积极管控,可降低火灾发生的风险;火灾发生后对关键边进行及时断链,可迅速阻断火灾的进一步发展和蔓延。     

城市商业综合体建筑火灾事故情景推演模型

为了有效地解决城市商业综合体建筑火灾事故情景演变过程中的动态性和不确定性问题,首先利用Dempster合成法则选取网络节点变量,构建基于贝叶斯网络的情景网络图;其次利用联合概率公式估算网络节点变量的状态概率,构建符合现场实际的火灾情景推演模型,形成直观的火场综合态势图;最后以某国际商业广场火灾事故为实例,对情景推演模型进行应用。实例表明了城市商业综合体建筑火灾事故情景推演模型的合理性和可行性,以便为灭火救援指挥人员应急决策提供可行的参考。     

高校宿舍火灾评估体系构建

本文基于灾害系统理论,并结合高校校园人口密度大等实际问题,从火灾孕灾环境、火灾承灾体、火灾致灾因子、火灾灾情四个方面构建出基于高校宿舍的火灾评估体系.最终补充了灾害系统理论,为高校防火工作提供了新的方法,也为其他相关工作拓展了思路.     

基于贝叶斯网络的城市地震次生灾害演化机理分析

为了解城市地震次生灾害的演化路径及扩散机理,进而为城市防震救灾工作提供科学的参考依据,通过对城市地震有关资料和文献的分析,确定出城市地震次生灾害演化系统贝叶斯网络的节点变量及取值范围,并根据节点变量之间的因果关系构建出贝叶斯网络结构图。通过对国内外典型震例中的16个受灾城市相关数据进行统计,分析获得网络结构各个变量的条件概率。结合贝叶斯网络推理知识,利用贝叶斯网络工具箱分析了在相同的地震输入变量、不同的控制输入变量取值条件下,各类城市地震次生灾害的发生概率。算例分析结果表明不同的应急管理水平对城市地震各类次生灾害的发生概率有显著影响。     

基于灾害复杂网络的深圳台风灾害链风险分析

台风灾害是影响我国沿海地区最严重的自然灾害之一，为了更加科学地认识台风灾害引发的各类风险与影响，把握台风灾害演化的路径及其防控重点，该文提出一种基于灾害复杂网络进行风险分析的方法。基于1980—2020年间对深圳市造成影响的台风灾害，将灾害事件作为网络节点，事件关联关系为网络连接边，构建深圳市台风灾害复杂网络。引入复杂网络特征参数，构造台风灾害演化网络的节点综合重要度和连接边脆弱度。基于灾害事件发生概率和风险减缓因子构建了深圳市台风灾害链风险评价模型，对深圳市台风灾害演化过程中较为典型的灾害链条风险值进行了定量的评估。结果表明，该方法能够识别出台风灾害网络中的重要环节，得到风险较高的灾害演化链条，为防灾减灾提供参考。     

基于贝叶斯网络的城市内涝风险格局优化——以安徽滁州市中心城区为例

城市汛期中内涝灾害发生已经成为常态,基于系统的内涝风险评估结果,进行科学的空间格局优化设计,有利于城市规划与管理决策。以典型的内涝易发区滁州市中心城区为例,通过筛选内涝风险驱动因子,引入贝叶斯网络模型,依据条件概率图表和熵差法分析结果,确定关键变量条件状态子集,通过设置空间格局优化情景得到内涝风险一级优化区、二级优化区和不宜优化区。结果表明:研究区内涝风险的空间分布特征为中部核心区高于周围边缘区域,沿清流河往外逐步降低;{Veg=1; Riv=1}为关键变量最优状态子集,{Veg=1; Riv=3}为关键变量次优状态子集,{Veg=3; Riv=3}为关键变量不优状态子集;一级、二级优化区面积分别为5.14 km2、4.79 km2,并提出需合理布局绿地系统和建设防涝工程的改善措施。     

基于贝叶斯随机评价方法的小城镇灾害易损性分析

为了准确评价小城镇灾害易损性所处的状态,进而为制定小城镇防灾减灾规划提供科学依据,提出了基于贝叶斯公式的小城镇灾害易损性随机评价方法。该方法通过计算小城镇灾害易损性单个指标属于某个评价级别的概率,由最大似然分类原则确定单个易损性指标的评价级别,进而采用最大加权概率原则推求其综合评价级别。通过实例计算分析,并与模糊评估方法、可拓物元评价方法进行比较验证,说明了该方法的可行性及其简单、实用的特点。     

沉管隧道施工前期风险综合评估模型及应用

沉管隧道施工过程面临众多不确定风险因素,在施工前期需采取合理方法评估施工安全风险等级和确定风险事件控制优先级。目前,已有隧道施工风险评估方法主要用来确定整体风险等级,缺少对风险事件重要性进行排序,不利于施工风险精准控制。基于此,该文采用模糊失效模式与效益分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、层次分析法-数据包络分析(AHP-DEA)方法,构建了一种沉管隧道施工风险综合评估模型,该模型利用梯形隶属函数解决了专家认知中的主观和模糊不确定性量化问题,并结合模糊故障树计算了风险概率;然后,采用AHP-DEA方法计算风险的影响权重;最后,引入模糊数对传统FMEA方法进行了改进。将该模型应用于广东金光东隧道沉管段施工风险评估中,结果表明:沉管预制风险、管段沉放与连接风险、管节浮运风险和最终接头风险的RPN值均0.4,且7,风险等级为高级,须采取风险控制措施降低风险;护岸施工风险、基槽开挖风险和基础处理与回填风险事件的风险等级为中级;该模型可为沉管隧道静态风险评估提供一种合理途径。     

盾构隧道健康监测数据的模糊层次分析综合评价方法

盾构隧道自动化健康监测与传统人工巡检记录的数据结构不同,导致传统的评价模型无法正确对盾构隧道的健康状态做出评价。针对盾构隧道健康监测的典型传感器布置形式,提出了一类专用的模糊层次分析综合评价模型:新建了健康监测数据的6层指标评价体系;分别建立了对应的分层模糊因子集、评价集、权重集与隶属函数;构建了形式简洁的模糊综合算子,实现了对单类监测因子、单个监测管片、单个监测环以及隧道全线健康状态的分级模糊综合评价。以南京长江隧道左线为例,运用所提出的模型,对运营期内该隧道的健康状态进行了分级评价,通过对各级综合评价值的分析,确定出隧道健康状态的控制因子位于江心监测断面拱底迎水面位置,影响控制因子的主要因素则包括地质条件与管片布置形式。本模型易于集成,有望实现盾构隧道健康状态的快速定量评价及对隧道运营维护的智能化管理。     

基于复杂网络的台风灾害演化系统风险分析与控制研究

基于复杂网络理论,提出了一种针对自然灾害演化系统的风险分析与控制的思路与方法。以"莫拉克"台风为例,构建了包含30个危机事件与39条连接边的台风网络演化模型;采用网络节点的出入度、子网节点数和包含节点的支链数进行风险分析,并确定关键节点,进一步提出断链方案和控制建议。结果表明:狂风、暴雨、洪水、山体滑坡、泥石流、交通堵塞和村庄毁坏等事件风险较大,是台风灾害系统的关键节点。据此提出建议:提高城市排水系统运行能力,加强交通系统监管和调度力度,启动农村人员安置和灾后重建预案。     

基于模糊聚类分析的综合管廊多灾种耦合预测模型

当下综合管廊灾害防护相关的研究十分匮乏，为此，该文设计基于模糊聚类分析的综合管廊多灾种耦合预测模型，先采用基于可变模糊聚类的综合管廊灾种样本聚类方法，将综合管廊中多个类型的灾种样本实施聚类；然后基于聚类后的灾种样本，通过基于模糊数学的多灾种耦合度模型，获取多个灾种之间的耦合关系；最后采用多灾耦合致灾风险预测方法实现综合管廊多灾种耦合预测。     

基于联系数和马尔可夫链耦合的山东省旱情动态预测评价

为增强区域旱情预测评价模型的合理性、可解释性和预测评价结果的准确性,以山东省1972-2001年旱情历史序列作为评价样本,选取水库蓄水量距平百分率、地下水埋深、土壤含水量和降水量距平百分率4个旱情评价指标,采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法确定评价指标权重,通过计算评价样本的指标数联系数、指标值联系数并利用最小相对熵原理得到样本的平均联系数,由属性识别法确定了各年份的旱情等级,建立了基于集对分析五元联系数和马尔可夫链耦合的区域旱情动态预测评价模型(简称CNMC模型),将CNMC模型应用于山东省2000、2001年旱情等级动态预测评价中,判定山东省旱情等级,将该模型确定的旱情等级与属性识别法评价结果进行对比分析。结果表明:采用CNMC模型得到的旱情等级计算值与属性识别法的评价结果一致,可发现CNMC模型中由集对分析法确定的权重值较自相关系数法确定的权重值分布均匀,克服了自相关系数法的计算不稳定性;以联系数分量为基础的属性识别法克服了直接将指标数值与评价标准匹配得到的马尔可夫链状态等级空间的粗糙性;以前5 a各年份的联系数分量为基础,充分利用了1~5步长状态转移概率矩阵,克服了普通马尔可夫链法中仅采用状态转移概率矩阵中某一行信息所带来的局限性。CNMC模型有助于深入刻画和解析预测对象与预测因子之间的复杂关系,以联系数分量为基础,不同步长的马尔可夫链状态转移概率矩阵为驱动所建立的模型能更精准地刻画系统的不确定性趋势且计算简单、操作方便,为区域旱情动态预测评价提供了一种新途径。     

基于无线传感物联网技术的泥石流造成道路中断概率评估

为减少泥石流中断道路对人类生命财产的危害，该文提出基于无线传感物联网技术的泥石流中断道路概率评估方法。首先构建包括感知层、传输层、数据层与应用层的物联网技术泥石流中断道路评估系统，然后通过分析泥石流中断道路的影响因素，选取出评估泥石流中断道路概率的指标并创建评估指标体系，对评估指标实行分级，最后以灰色关联度分析法确定指标权重，采用因素叠加法创建评估模型实现评估概率等级划分。实例分析结果表明:此方法可准确、有效评估汶川县的5条道路的泥石流中断道路概率，其中道路a概率较高，道路e的概率较低，其余三条道路的概率中等；且此方法具备数据采集时耗时短、效率高优势；可为及时治理泥石流灾害、规避道路中断风险提供有效依据。     

基于大样本的强透水砂层盾构施工风险与控制研究

基于大量强透水砂层盾构施工工程事故现场调研及资料分析,建立大样本数据库并构建强透水砂层盾构施工风险事故树,以分析风险源及各自权重;基于模糊综合评价法探究强透水砂层盾构施工风险评估方法,推导出各风险因素对风险发生概率和损失的评价矩阵,从机理控制层面提出风险控制措施,并以广州某强透水砂层盾构工程实施验证。研究表明,施工风险主要为管片破裂、隧道上浮、渣土喷涌及地表塌陷等,风险发生概率与相应损失程度均可划分为5个等级。可通过加强管片拼装质量、改善上覆土层工程特性、渣土改良及装置改进等风险规避策略,有效控制施工风险,并结合风险规避、保留及转移等3种策略对地表塌陷风险进行有效控制。     

农业气象灾害风险评估体系及模型研究

从灾害风险分析的角度构建了一个由我国北方冬小麦干旱、江淮冬小麦渍涝、东北作物夏季低温冷害以及华南荔枝和香蕉冬季寒害组合的灾害风险评估体系.该体系由风险辨识、风险估算和风险评价组成.风险辨识分别阐明了上述各灾种的孕灾环境、致灾因子和承灾体的灾情特征.在风险评估方面,基于灾害性质、灾损和抗灾性能的含义,提出了相应的风险概念模型,根据多年产量资料和气象资料,提出了应用性强、可操作的各种灾害的灾害强度风险概率模拟模式和灾损风险概率模拟模式、抗灾性能模式,并采用逐年产量和气象资料的样本序列,由上述模拟模式估算了各种灾害强度和不同灾损发生的风险概率及风险指数,阐述了风险水平的地区差异.在风险评价方面,根据对各种灾损的风险指标进行综合,分别提出了风险区划指标,并进行了风险区域划分.     

高层建筑风致疲劳分析中的钢材强度退化模型∗

全寿命周期内风荷载长期作用下,钢结构中的钢材和节点将出现不同程度的累积损伤。风致疲劳损伤后结构的抗震能力必然发生相应变化,而疲劳累积损伤条件下的材料和节点剩余力学性能模型,是准确开展损伤后结构抗震性能评估的关键。鉴于此,通过贝叶斯理论,建立基于物理机制的钢材强度退化模型分析方法。首先,收集高周疲劳预损伤钢材强度退化的试验数据,并选取常用的强度退化模型,通过贝叶斯更新准则确定了退化模型参数的后验估计值。其次,基于钢材强度退化模型,给出了确定风致疲劳劣化焊接梁柱节点弯矩和转角骨架曲线的分析方法。结果表明：(1)疲劳累积损伤条件下的传统钢材强度退化模型离散性大,且缺少必要的数学和物理依据,而基于贝叶斯理论的强度退化模型可有效弥补这一缺陷;(2)相同试验数据,不同强度退化模型得到的结果差异性较大,且不存在普遍适用的最优模型。通过贝叶斯理论建立的钢材强度退化模型,可有效考虑材料型号、试件尺寸、疲劳荷载模式和加载机制等多种因素对试验结果的影响,且可借此反映风致累积损伤对结构性能退化的影响,有助于提高风致疲劳损伤后高层钢结构建筑地震风险评估结果的可靠性。