洪灾避险转移模型及应用

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洪涝灾害损失占全球各类自然灾害损失之首,因此洪灾中的避险转移、路径规划、疏散撤离问题一直是全球众多学者的研究热点。路径规划是应急避难系统中的重要组成部分,研究成果广泛应用于飓风、火灾、洪灾等自然或人为灾害的避险中。国内外现有研究成果用于解决实际问题时遇到的瓶颈主要体现在,当路网复杂、避险人员数量庞大、转移进程中可能造成的拥堵等具体情形没有综合全面的解决方案,计算成本高昂且无法自适应的应用到避险规模较大的现实避险情景。为此,本文提出了两种解决方案,有力解决了防洪保护区或分洪区内的避险转移、路径规化问题,模型计算的效率相比普通的线性规划算法也大大提高,节省了计算资源,为避洪决策提供了强有力的科学依据和科学支持。论文的主要工作和成果包括:(1)分析了洪灾避险转移路径规划的策略及关键问题。在分析确定避洪计算的洪水量级得到转移范围后,针对研究区有无避险预案的不同情形明确避险转移的单元、可用路径及安置区,为避险转移模型的计算准备基础数据。模型的计算成果和求解效率是避险疏散规划的重心,在综合考虑道路等级、通行方式、交通拥堵、安置资源等约束后,求解目标。(2)遥感技术和地理信息系统中的网络分析和空间分析功能广泛应用于洪灾避险转移决策的研究中,当避险规模庞大、路网复杂、避险人员激增以及安置场所容量受限的情形,未能有效求解。基于此本文中提出的基于网络流的洪灾避险转移模型,将避险人员和安置场所的容量对等单元化,模型求解的维数大大降低,降低对计算机的性能要求,在提高计算效率的同时获得最优转移路线。(3)针对第三章节中提出的基于网络流的洪灾避险转移模型中的计算单元对计算结果的影响展开分析,以荆江分洪区洪灾避险转移、路径规划问题为研究背景,结合现有的预案,确立了路径耗时、路径长度及路段流量指标,将模型计算结果与现有的避险预案对比,研究结果表明,模型规划的避险方案减少了原预案方案的转移耗时,缩短了转移路径距离,缓解了路段人流量,推进了洪灾避险转移进程。当确立转移单元分别为200、300、400、500时,对计算结果的影响并不大,因此在满足危险区撤离时间要求时,出于对计算速度和计算资源的综合考虑,不必将计算转移单元细分到个人。(4)路径规划中多采用线性规划算法,但其求解速度和计算能力对避险转移计算的规模都十分敏感,在大规模的求解问题中扩展性表现较差,在启发式CCRP(Capacity Constrained Route Planner)算法的基础上,本文提出了递增结构的数据结构,加入了计算优先级,提出解决考虑路网中十字交叉口可能造成的拥堵延误的具体方法,使模型建模更逼近现实避险转移情形,此外,在改进的CCRP算法外层嵌套POA算法进一步优化转移路线,以期获得全局最优解。研究成果已应用于全国重点地区洪水风险图编制项目避险转移工作中,对其他灾难中的避险撤离方案的制定具有重要的技术参考价值。
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