适应城市消防规划需求的火灾风险评估研究

研究城市火灾风险评估,可以为城市消防规划提供有效参考,对推进城市防灾减灾工程具有重要意义。面向所要研究区域的城市消防规划需求,首先分析区域火灾历史统计数据,提炼区域的火灾特点,从火灾危险性、承灾体易损性、城市抗灾能力3方面分析指标影响因子,建立了城市火灾风险评估指标体系;其次,提出了以建设用地地块为评估单元,基于现场调研和卫星遥感影像、城市用地分类相结合的指标因子快速分析方法,并通过加权平均评估城市火灾风险;最后,通过城市火灾风险评估案例研究,阐释了评估的技术流程和结果形式。研究结果表明:适应城市消防规划需求的火灾风险评估方法可以快速定量评估区域火灾风险的空间分布特征,还能识别出消防安全布局的重点地区,进一步支撑城市消防规划编制。     

应用XCT断层扫描技术和GAN深度学习模型的多孔介质微观结构定量研究

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技术,结合前沿的机器学习算法重建和定量分析多孔介质微观结构,可快速、批量创建高分辨率的复杂多孔介质研究样本。首先采用XCT技术,提取石英砂和散装土壤两类典型多孔介质的微观孔隙结构;而后基于生成对抗神经网络(GAN)模型重构复杂多孔介质的微观空间结构,与XCT扫描图像进行交叉验证;最后,计算获取Minkowski形态学参数,并基于多孔介质微观结构开展计算流体力学（CFD）数值模拟,计算石英砂和土壤多孔介质内的流动特征和渗透率。结果表明：1)GAN生成的合成数据与原始数据符合KS同分布,说明GAN能够成功合成与原始图像结构空间分布模式一致的图像;2)Minkowski宏观参数评价误差的较小,KS同分布结果表明,多孔介质样本的结构异质性会在一定程度上影响GAN模型的计算精度和效率;3)Open FOAM模拟计算得到的渗透率结果表明,GAN模型生成的多孔介质图像与原始图像具有...     

基于人群生活模式的房屋震毁致死率估计

为提高突发性灾害中人员伤亡快速估计的精度,识别不同空间状态下人员死亡率的差异,基于村镇居民生活模式调查(HAPRRES)数据和由此建立的人群生活模式参数模型库,仿真估计2005—2018年我国13场地震发生时人员空间状态分布,优化获取地震毁坏房屋内睡眠与清醒状态人员的死亡率模型。分析结果表明：毁坏房屋中入睡者的死亡率(5.16‰)是清醒者死亡率(0.85‰)的6倍;土坯房毁坏时,入睡者的死亡率(1.60%)是清醒者死亡率(1.34‰)的11.9倍,而非土坯房毁坏时入睡者的死亡率(2.35‰)是清醒者死亡率(0.54‰)的4.3倍。文中获得的死亡率模型具有较好的稳健性。     

基于逻辑回归的地震滑坡易发性评价——以汶川地震、鲁甸地震为例

准确评估地震诱发的滑坡风险,并及时绘制滑坡易发风险图是灾害应急救援的科学前提和理论基础。目前机器学习在滑坡敏感性评估中具有广泛应用,但大多数研究缺乏对模型的普适性探讨,且该类预测模型缺乏定量评价地震动参数对模型精度的影响。该文以2008年5月12日的汶川8级地震和2014年8月3日的鲁甸6.5级地震为例,先通过相关系数及方差膨胀因子选择地震滑坡的影响因子构建数据库,并随机按照7∶3的比例分为训练集和测试集,再分析影响因子在滑坡和非滑坡样本中的频数分布,最后分别利用两次地震的训练集建立逻辑回归模型(Logistic Regression, LR)进行精度验证和易发性评估。结果显示模型在同一次地震的测试集下均达到较高的预测精度(>90%);但是基于汶川地震构建的模型对鲁甸地震诱发滑坡的预测精度整体下降了14%。此外,地震动参数(Modified Mercalli Intensity Scale, MMI)对模型预测精度贡献在5%~29%。结果表明基于历史地震事件建立的模型对未来地震引发滑坡的预测中仍具有较大的局限性,需要增加不同地区不同震情的样本量和新的机器学习方法提高预测模型的普适性。     

基于体感温度的中国供暖需求分区

冬季,中国北方通过集中供暖提高室内温度,而非集中供暖的南方部分地区室内阴冷,对于供暖的需求日益显现。针对仅以空气温度为依据划分的现有中国供暖区与实际人体供暖需求不一致的问题,利用1971～2010年全国740个气象站点旬气候资料,基于综合空气温度和空气湿度的体感温度模型,分析了体感温度的空间分布格局,重新界定了公里级的中国供暖需求分区。分区结果显示供暖需求高的区域(最高需求区及高需求区)面积比现有的集中供暖区大,增加的供暖需求高的地区主要位于长江中下游地区。新的供暖需求分区结果考虑了空气湿度的影响,与现有的仅考虑空气温度的供暖分区相比,更接近人体对室内冷热程度的直观感受,这可以为我国不同地区制定冬季采暖政策提供科学依据。     

新疆多晶硅光伏减碳效益的全生命周期评估

光伏发电是实现能源系统深度减碳的重要方式,但会受到多种自然和技术因素的影响,其减碳效益仍有待于准确评估。以总体自然条件适宜发展光伏发电,但区域内空间分异又较突出的新疆作为研究区,借助生命周期评价、发电量和减碳效益模型核算了两种衰减率(DR)下的1 kW多晶硅光伏发电全生命周期碳排放、发电量及其减碳效益,为本地发展光伏产业提供科学依据及为其他地区开展相关研究提供借鉴。结果表明:(1)与火力发电相比,新疆光伏每度电可减少863 g CO₂-eq(DR=1%)和738 g CO₂-eq(DR=3%),减排比例分别高达93%和79%,对能源系统脱碳具有重要意义。(2)新疆内部减碳效益空间分布不均衡且差异大,总趋势由东向西递减;根据聚类分析新疆发展光伏应重点布局在一、二级区,如哈密、吐鲁番和巴音郭楞蒙古自治州等。(3)未来新疆发展光伏应从全生命周期减碳出发,完善光伏生产端中下游产业链以实现本地生产,在建造使用过程充分考虑太阳辐射和衰减率等因子并合理布局,同时加快生命末期处置回收技术的发展。     

城市消防站选址布局优化及对雄安新区的启示

安全是雄安新区建设发展的重要保障和基础底线。消防救援队伍，承担火灾防范、火灾扑救、抢险救援等工作，是提升新区城市救援能力，保障城市安全的有生力量。消防站是消防救援队伍工作（执勤备战）的场所，优化消防站选址布局意义重大。面向雄安新区消防安全提升和应急救援能力提升需求，针对我国目前消防站建设过程中覆盖率低及消防站建设投资巨大等问题，建立位置集合覆盖模型和最大覆盖模型联合使用的选址方法，增加补充性约束条件对模型进行改进，提出基于GIS的选址模型应用流程，并通过实际案例应用研究，提出雄安新区消防站规划建设的启示建议。     

近20年中国粮食生产变化特征及其对区域粮食供需格局的影响

中国是一个农业大国,用占世界不到9%的耕地养活了占世界近20%的人口。国家及区域尺度粮食安全问题一直备受关注。以省为研究单元,借助GIS空间分析与统计工具,分析了1999—2018年中国粮食生产变化的总体特征、地域格局演变特征及这些变化对区域粮食供需格局的影响。研究结果表明：全国粮食总产量呈现显著增加的趋势,增长率为0.11亿t/年。北方粮食总产量呈显著增长趋势,而南方粮食总产量基本维持稳定。玉米产量的增加对这些变化起到了主导作用。在省域尺度上,近20年五种主要粮食作物（稻谷、小麦、玉米、豆类和薯类）产量时空变化具有较大差异。粮食产量的变化对区域粮食供需格局产生了较大影响。特别是东南沿海地区的广东、浙江、福建三省,从稻谷和小麦两大口粮供过于求型变为了供给不足型省份。但在全国尺度上,人均粮食占有量在Y 1999—2003时段（1999—2003年五年平均情况）和Y 2014—2018时段（2014—2018年五年平均情况）分别为368.0 kg/人和461.5 kg/人;人均两大口粮占有量在Y 1999—2003时段和Y 2014—2018时段分别为220.3 kg/人和247.6 kg/人。播种面积的变化是全国及区域尺度上粮食作物产量变化的直接原因。但其根本原因则更多归因于土地利用价值驱动的属性、功能及质量的变化。此外,根据导致耕地减少的四种主要类型——“非农化”“非粮化”“荒废化”和“生态化”,探讨了其形成原因并提出相应的提高区域粮食生产的对策建议,以期对区域粮食种植格局调整及实现两大口粮需求省份向自给型省份转型提供参考。     

青藏高原不同土地利用方式下的土壤质量评价

为进行青藏高原不同土地利用方式下土壤质量对比并研究其影响因素,以位于青南江河湖源区、藏北高原和南亚通道的三条样带为研究区,针对区域内高寒草甸、荒漠草原、农田和沙地这四种土地利用方式,采用主成分分析法建立最小数据集（minimum data set,MDS）,计算土壤质量综合指数（soil quality index,SQI）并进行土壤质量评价。结果表明：（1）评价青藏高原土壤质量的MDS包括容重、有机质、全氮、全钾和有效磷,按SQI大小将土壤质量分为五级,研究区土壤质量较差,以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主且东部土壤质量优于西部;（2）研究区土壤质量高寒草甸＞荒漠草原＞农田＞沙地,且高寒草甸土壤质量显著优于荒漠草原、农田和沙地,后三者间土壤质量差异不大,MDS中对土壤质量起主要作用的指标为有机质、全氮和有效磷;（3）在土壤质量的众多影响因素中,本文主要考虑的是植被盖度、风蚀强度和人类活动,其中高寒草甸植被盖度大,风蚀强度弱,土壤质量好,荒漠草原和沙地植被盖度小,风蚀强度大,土壤质量差,而农田土壤质量受人类活动影响。     

基于遥感技术的1988—2018年渤海海冰冰情时空变化特征

基于AVHRR、MODIS、GOCI遥感数据解译,构建了1988—2018年非连续日尺度冰情序列数据集,分析了渤海海冰冰情年际和年内时空变化特征。渤海冰情等级、年均海冰面积和年均海冰厚度均有明显的年际波动。海冰生消过程的日均面积和厚度变化呈现单峰型,且海冰面积和冰厚峰值均出现在1月25日。渤海海冰主要分布在辽东湾,其冬季结冰范围占渤海曾经结冰范围的70.58%,渤海中间区基本不结冰。海冰冰情指标与气象因子相关性分析结果表明：冻冰期海冰面积和冰厚相关系数最高的气象因子均是累积冻冰度日(CFDD);融冰期海冰面积相关系数最高的气象因子是3d-1.8℃积温,而冰厚则是累积融冰度日(CTDD)。据此选取CTDD、CFDD、3d-1.8℃积温及日最低气温四个指标建立多元非线性回归模型,并对冻冰期和融冰期分别拟合。进而对比分析2014—2018年海冰遥感提取面积与回归模型计算得到的海冰面积,其整体变化趋势一致,有一定的预测性。