天津市的突发性大气污染事故预警应急系统研究

为快速确定大气突发污染事故的性质及可能的危险区域范围,天津市建立了基于中尺度天气预报系统的突发性大气污染事故预警应急系统,其核心是大气扩散模型.系统由应急基础信息库、大气污染模型库和灾后风险评估3个子系统组成.天津奥运赛事期间业务运行结果表明:该系统能够快速对意外事故导致的大气污染进行模拟和预测,并将模拟预测结果和基础信息叠加制成风险评估专题图,从而为相关部门采取的紧急疏散等应急措施提供有价值的参考.     

面向突发性水污染事件的三维可视化系统

针对突发性水污染事件的突发性、复杂性与潜在的次生衍生危害等特点,设计并开发了面向突发性水污染事件的三维可视化系统。对建设三维可视化系统的需求进行了分析,提出了系统的四层体系结构,基于三维地理信息系统World Wind组件,采用三维可视化环境建模、海量数据缓存机制以及基础地理信息集成等信息技术,开发了系统的基本应用与高级应用,将系统应用到2005年发生在松花江流域的突发性水污染事件中。实例表明:所设计的三维可视化系统具有集成性、可扩展性和较好三维表现力等特点,支持海量数据与复杂应用的集成与三维展示,为突发性水污染事件的空间模拟和决策支持提供支撑。     

基于GIS的农作物病虫害受灾程度可视化识别方法研究

为了增强农作物病虫害防范治理效果,对受灾情况进行识别预警非常重要。鉴于现实需求,提出基于GIS的农作物病虫害受灾程度可视化识别方法。选择安徽省东南部的某地区,利用GIS和GPS相互结合的形式对农作物病虫害灾情信息和动态信息进行动态定位和采集,并通过数据导入转换、数据浏览和编辑、基于GIS的信息数据可视化与查询、信息数据统计汇总上报、病虫害信息数据时间序列剖析等功能单元对所采集的信息进行管理。根据病虫害信息采集与管理,引入反距离加权法针对已采集区域范围内的各个点外相近区域病虫害状况进行评估预测,最后根据ArcGIS导出生成的专题图文件,利用ArcGIS Server发布同时指定服务地址。移动终端根据指定服务地址构建动态的服务图层,加入至地图容器中将识别结果显示出来,并依据识别结果进行预警,实现精准农业。     

基于数据融合的雷电灾害后电网运行全景可视化建模分析

针对传统方法不能准确获得雷电灾害电力系统运行情况问题,提出一种基于数据融合的雷电灾害后电网运行全景可视化建模方法。采用分布图法对电网运行过程中存在的疏失误差进行有效剔除,并采用算术平均值方法对上述剔除了电网运行疏失误差后的测量数据序列进行一致性检查;以PSD-BPA格式的电网运行方式为基础,建立基于电压等价的电网运行网架简化模型;通过关联关系模型对电网运行全景可视化数据进行融合,形成完整可用的数据集,在建立的电网运行简化网架模型下,形成电力系统一一对应的可视化数据集,并根据相应分配准则将电网运行全景可视化数据分配到PSD-BPA格式的运行方式各个节点上,最终建立在雷电灾害后电网运行全景可视化模型。通过实例分析结果证明,所提方法能够实现雷电灾害后的电网运行全景可视化分析,掌握电网运行中各个配电节点和支路的负载状态,并提出了改善电力系统设备利用率的可行性方案,对电网优化运行提供了有效参考。     

基于属性偏序结构图的文本型灾情多元信息可视化

在处理和分析文本型灾情多元信息时,由于传统概念格层次结构不够清晰,不利于对其进行数据挖掘和知识发现以支持决策。应用形式概念分析理论,在分层概念格建格算法的基础上,通过形式背景行列交换原理,对形式背景进行优化,提出了属性偏序结构图表示方法。该方法可以实现层次化的属性聚类,便于分析概念构成,达到分层递阶可视化的效果,实现知识发现和多元海量数据的信息融合。应用该方法,绘制了中国1995-1999年农作物受灾和成灾情况的属性偏序结构图。结果表明,该方法清晰、直观,可用于支持文本型灾情信息的分析和趋势判断。     

洪涝灾害后医务应急护理远程指挥系统设计

为了提升应急指挥系统的应急响应能力,结合现代化信息技术研究并设计了一种洪涝灾害后医务应急护理远程指挥系统,科学预测以及评估突发性洪涝灾害事件的危险性。运用应急决策处理逻辑和多个信息子系统的联动,全方位监控重点目标灾情,获取可靠的洪涝灾害预警预报信息。根据应急护理状态信息以及应急医务资源配置信息,形成动态的事故处理预案以及医务应急资源调度方案,并组建洪涝灾害后医务应急调度模型,运用遗传算法对模型进行求解,实现洪涝灾害后医务应急资源的调度。     

地震速报灾情信息过滤与推漫方法研究——以芦山7.0级地震为例

提出了一种基于公众速报灾情信息的地震灾情过滤与推漫方法,为有效利用震后短期内汇集的灾情信息提供一种思路。利用所提方法对芦山地震微博速报灾情信息插值结果表明,微博速报灾情信息插值推漫的灾情范围基本能够控制灾区大致范围,并快速判定灾害程度,但在局部地区会存在一定的偏差。     

基于B/S架构的群测群防监测信息上报系统研究∗

群测群防是进行地质灾害监测预警的重要手段之一,随着移动互联网的发展,采用移动端进行灾情信息上报正逐渐被一些学者研究,但这些研究大多采用的是在单一平台上开发手机应用,用户使用成本高,推广比较困难。基于微信公众平台,开发了一种B/S架构的群测群防监测信息上报系统。该系统具有数据管理、图文信息上报、信息审核、监测点检索、信息推送等功能。通过位置限定、现场图片上报等功能设置,使其在一定程度上保障了信息的实效性及真实性。系统在涪陵区进行了试用,测试结果表明该系统能有效辅助群测群防工作。系统摒弃开发原生APP的方式,采用微信公众平台开发微信公众号,具有较高的应用推广价值。     

城市防灾应急信息数据同步整合系统优化设计

传统基于物联网技术的灾害信息分析系统,采用多个传感器实时获取城市灾害数据,缺乏灾害信息的同步整合过程,用户难以实时获取系统性的城市灾情信息。对城市防灾应急信息数据同步整合系统进行优化设计,采用基于数据仓库的决策支持系统(DSS)作为核心体系设计系统总体结构;通过信息采集模块、信息处理模块、信息输出模块完成系统硬件设计;利用灾情数据计算模型获取建筑物破坏状态信息与经济损失数据,在此基础上将OLAP技术与Web结合,完成城市灾情信息同步整合,实现城市防灾应急信息数据同步整合系统的优化设计。实验结果表明,所设计系统信息查询响应时间约为1.2 s,可靠性均值为97%,能够快速、有效实现城市防灾应急信息数据同步整合。     

灰色关联度在北京地区雾灾评估中的应用

基于北京地区最近20年大雾天气的观测数据和对大雾天气衍生的灾情调查数据,应用灰色关联度方法,对大雾的灾情评估指标、灾害等级划分等进行分析,建立了评估模型,并对22个雾灾个例进行了评估.结果表明,灰色关联度方法具有计算量较小、不要求样本数据量和服从一定分布规律的特点,是一种使用简便、有效可行的定性分析与定量估算结合的灾情评估方法.     

洪涝演进中多目标应急避险路径算法优化及其应用

采用动态最优路径搜索算法研究洪涝灾害约束条件下的动态优化最优转移路径,以福建省马洋溪流域为典型案例,选择2016年9月“莫兰蒂”台风登陆期间气象和区域地理条件为模拟数据,选取时间约束、危险性约束、转移容量约束三个评价指标,运用路段路阻综合评价体系计算出淹没时间序列数据对应下路网的综合路况,通过对指标层模型的标准化处理,提出准动态最优路径搜索算法,计算洪涝演进过程中人员物资转移路径最优解。根据特定频率/场次洪水的淹没范围、水深、到达时间等风险信息,通过对受淹居民区位置、人口数量、道路、安置区域等信息的综合分析和路网计算,得到居民区避洪转移安置方案和转移安置最优路径,并开发了马洋溪洪涝应急转移决策系统。结果表明：基于河道水力分析模型HEC-RAS模拟数据纳什效率系数(NSE)接近于1,即模型与灾情点记录数据吻合度较高,模拟值与灾情记录值之间的百分比偏差(PBIAS)为-9.2,表明模拟值略微高于灾情记录值,同时采用动态多目标路径规划算法选出最优应急避险路径寻优质量高,且具有较高的寻优稳定性。研究成果探究洪涝演进规律、掌控灾情演变信息、制定合理科学的避险转移路径具有重要意义,为现有防洪预案方...     

基于机器学习方法的上海市暴雨内涝灾情预测模型研究

本文基于区域灾害系统理论,综合考虑致灾因子、暴露度和脆弱性,提出了一套暴雨内涝灾情预测指标体系;在此基础上利用上海市应急联动中心110接报暴雨内涝灾情数据,构建了暴雨内涝灾情预测BP模型(Back Propagation Model)和XGBoost模型(Extreme Gradient Boosting Model),并对比分析了预测模型效果,实现对上海市暴雨过程内涝灾情数量预测;最后对内涝灾情影响等级进行阈值划分,以期为暴雨内涝影响预报与风险预警业务、服务及灾害管理提供技术支撑。结果表明:1)综合考虑致灾因子、暴露度、脆弱性指标且不经主成分分析降维的指标组合作为暴雨内涝灾情预测指标体系时,BP模型和XGBoost模型的预测精度最优;2)全量样本XGBoost模型总体表现最优,暴雨内涝灾情的右偏分布和内涝灾情的异常高值均对XGBoost模型预测误差有不同程度的贡献;3)综合评价法在历史灾情百分位法和模拟灾情百分位法基础上,结合多年业务实践经验和用户对于110灾情的处置承受力对暴雨内涝灾情进行阈值划分,在实际应用中具有一定参考意义。     

基于历史案例的自然灾害灾情评估方法研究

当某一自然事件被确定为灾害时,在获取有限的灾害数据情况下基于历史相似灾害案例进行快速的灾情评估,是有效进行灾害、灾情分析和抗灾救灾决策的保障。以历史案例灾害的灾害、灾情指标和当前灾害的灾害指标为数据基础,以最小距离法原理建立历史案例与当前灾害的相似度判断模型,设计基于历史案例相似度的自然灾害灾情评估模型,实现基于历史案例的自然灾害灾情评估方法与技术方案,并且以河南2001-2006年的农业干旱历史数据为历史案例,以其2007年农业干旱农作物受旱面积为评估指标,随即选取了一个相似度评估方法对灾情评估方案进行了案例验证,结果显示相对精度为98.45%,可信度较高。基于历史案例的灾情评估方法成本低、效率高、时效性强,且方法简单、约束条件较少、容易实现,在灾情评估方面具有一定的实用价值。     

洪涝过程模拟及三维实景展示方法研究

针对变化环境下洪涝灾害频发以及洪涝模拟结果二维展示的自身局限性等问题,将高分辨率数值模型与三维可视化技术耦合,以陕西沣西新城、英国莫帕斯镇洪涝灾害过程为例,采用基于GPU加速技术的高分辨数值模型对城镇及江河洪涝灾害过程进行数值模拟,以较为准确获取洪灾淹没时间、淹没面积等信息;后处理展示方面实现数值模型与Unity 3D平台耦合,对洪涝过程模拟结果进行三维可视化展示,实现场景漫游等功能;应用快门式3D技术进行三维浏览,初步实现基于3D立体成像的洪水模拟展示。结果表明,计算结果与实测数据吻合度较高,积水面积平均相对误差分别为6.235%,1.505%,并真正实现了三维环境下的水灾害过程信息交互展示。可作为一种有效的协同平台来增强相关人员之间的沟通与协作,为决策人员提供准确有效的科学依据,在水利领域具有较好应用前景。     

基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法∗

随着计算机可视化技术和数值分析方法的快速发展,三维地质建模和有限元技术在岩土工程和城市防灾减灾领域应用越来越广泛。但目前对两者间有效衔接的研究还明显不足,导致了许多重复性工作和较低的工作效率。针对这一问题,提出了一种基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法。利用Python语言及其Mayavi库开发了基于有限个钻孔的可视化平台,应用两种互补的空间插值法—反距离加权插值法(IDW)和克里格空间插值法(Kriging)实现地层分界面模拟,并进行层间拓扑关系分析优化。重点引入虚拟钻孔概念,提出将三维地层模型截取地块信息转化为有限元软件内置命令文件的衔接方法。以Plaxis 3D为例,实现同一大型场地不同地块的快速有限元建模和分析,为未来大规模岩土工程建设和城市防灾减灾的相关分析提供借鉴。     

灾害信息可视化设计研究

正此次新冠肺炎疫情是人类历史上最严重的传染病之一,也是我国改革开放以来遭遇的最严重的一次突发性公共卫生事件,在疫情防控的各类棘手问题中,"如何高效地梳理与传达错综复杂的疫情数据"这一问题,完全可以用信息可视化设计进行有效的解决。从我国抗击疫情取得的阶段性成果来看,信息可视化设计可以帮助民众与社会各界快速了解新冠肺炎相关知识、抗疫局势和防控措施,     

面向多用户类型的泥石流应急灾害信息特征可视化方法

泥石流具有突发性、发生地点不确定性、响应时间紧迫、危害性严重等特点,而应急状态下泥石流风险图可用于辅助科学决策、保障应急救援能力以及提升公众安全意识,以达到防灾减灾的目的。针对泥石流灾害可视化对象众多,且不同用户类型的可视化需求和偏好不一样等问题,本文选定汶川七盘沟泥石流为研究对象,以泥石流时空过程模拟结果和灾害专题数据作为数据基础,根据不同用户类型在应急状态下对颜色和符号的认知能力,以及对应的可视化需求,构建应急状态下面向多用户类型的泥石流灾害信息特征可视化技术体系。实验结果表明:其研究成果有助于提高公众对于泥石流灾害风险意识,为决策者科学有效决策和救援人员快速救援提供参考意见。     

面向防洪救灾的人口空间分布模拟——以大安市为例

人是最重要的受灾体，准确的人口空间模拟是衡量洪涝灾情和实施防灾救灾的重要依据。利用遥感数据模拟人口空间分布需解决两大难题：（1）居民地类型、面积、位置的精确获取；（2）居民地类型、面积与人口数量的关系。基于地理意义和数学意义，对经典的城市人口一面积异速生长模型进行了扩展，导出了城乡人口一面积统一模型；并以大安市为例，建立了居民地分类体系，以1：5万地形图为辅助数据，利用ETM影像提取居民地信息，在上述模型的基础上建立了人口分布的反演模型，模拟人口的空间分布。通过精度评价，进一步证明了基于遥感数据的人口统计数据空间化的研究思路是切实可行的。     

社区大气环境质量调查方法与风险响应对策——基于GIS的深圳市案例研究

为了减轻日益严重的大气污染及其对公共健康的影响，迫切需要大气质量管理方面的立法，而科学合理的法律法规应当建立在对大气污染变化情况正确而充分的了解基础之上。深圳市环境保护监测站公布的年报是基于环境监测站点的数据的，但是，这些常被引用的数据因指示因子和站点空间分布的局限性而不够科学合理。在补充环境监测站点数据方面已经有过许多研究。这里提出了一种基于GIS的社区环境大气质量调查方法，并于2006年在深圳市进行了实验。通过实验定义了大气污染风险的9种类型及相应的应对办法，实验证明了该方法的可行性。     

我国大气污染灾害联防联控的研究进展

基于文献计量技术和知识图谱数据可视化的方法,对数据库中有关大气污染灾害联防联控为主题的文献进行定量分析。从文献的时间分布、主体机构特点等方面,对我国大气污染灾害联防联控研究的现状及趋势进行分析,并利用CiteSpace软件和战略坐标图等方法,揭示发展趋势和动态。主要发现：(1)政府和学者们对该主题的关注度高,但尚未形成严格意义上的核心作者群或研究机构;(2)中心度排名前5的关键词依次为：“大气污染联防联控”“大气污染”“京津冀”“政府治理”“PM_2.5”;(3)主要研究话题为：国内外的联防联控、严重污染区域和山区城市的冬季联防联控、城市雾霾与联防联控等;(4)以下类团很可能转变为未来研究的核心类团：大气污染、大气污染联防联控、大气污染防治、区域大气污染联防联控、区域大气污染、京津冀地区。