基于GIS与多智能体的人群疏散模拟

应急疏散存在复杂性与多变性,传统的模拟方法难以真实刻画应急疏散的复杂动态过程。作为应急疏散领域的新兴研究方向之一,基于多智能体(Multi-Agent)的建模方法通过微观个体的相互作用而产生宏观全局的格局,适合研究应急疏散等复杂问题。本文在复杂适应系统理论的启示下,将多智能体思想引入到人群疏散模拟领域中,将地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)与多智能体技术结合,从空间个体行为的微观角度入手,对疏散动态模拟进行了研究,构建了基于GIS与Multi-Agent技术的疏散仿真模型,呈现了灾害情境下人群的动态疏散过程,实现了GIS空间信息数据的动态表达,对应急预案的制定、救灾设施的建设与管理以及应急疏散工作的开展等具有重大意义。     

基于多智能体的城市洪涝灾害动态脆弱性计算模型构建

随着全球气候变化加剧和城市化进程的发展,暴雨洪涝灾害对城市社会经济活动造成的影响越来越严重。作为量化灾害影响程度、社会经济损失与风险评估的重要方法,城市洪涝灾害脆弱性研究对洪涝灾害风险管理与规划具有重要意义。目前,城市脆弱性的内涵进一步延伸,脆弱性指标体系不断丰富,所取得的研究成果能够反映一定时期内城市洪涝灾害脆弱性的整体特征,却无法同时有效地解决城市洪涝灾害脆弱性的空间非均匀性问题和动态计算问题。本文从脆弱性的动态特征出发,提出了城市洪涝灾害动态脆弱性计算方法,建立了城市洪涝灾害脆弱性量化模型与面向洪涝灾害脆弱性计算的多智能体模型,形成了基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算方法。在NetLogo平台上,利用智能体模型对浙江省丽水市城区的动态脆弱性进行了仿真模拟。研究结果表明该模型有助于发现不同时空条件下城市存在的“脆弱区”,为城市洪涝灾害脆弱性的时空分异特征分析、区域脆弱性的精细化评价提供方法支撑,能够为缓解措施的实施和洪涝灾害的精细化管理提供有效指导。     

耦合人群移动的COVID-19传染病模型研究进展

构建传染病模型可为疫情防控与公共卫生研究提供至关重要的规划与解析工具。由于宿主行为是传染病传播动态的决定性因素之一,有效耦合人群时空行为对以人为宿主的传染病建模具有重要意义。得益于人群移动大数据研究与应用的快速发展,新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的疫情建模研究中呈现出了耦合人群移动建模的显著特征。为系统深入理解该项传染病模型研究中的重要进展,本文对相关文献进行分析与总结。首先,本文分析了COVID-19疫情与人群移动的交互影响,说明了耦合人群移动构建COVID-19模型的必要性。然后,根据建模的目的和原理,从疫情短期预测与过程模拟2个角度,对耦合人群移动的COVID-19传染病模型进行分类梳理。其中,根据耦合人群移动的方式,本文将面向疫情短期预测的模型分为人群移动一阶量与人群移动二阶量的耦合模型,将基于过程模拟的模型分为群体级别和个体级别的耦合模型。最后,本文评述了耦合人群移动的传染病模型研究进展和未来发展方向,认为该领域研究亟需更加深入建模与疾病传播相关的复杂人群时空行为、提升模型的空间解析能力、突破精细化时空传播模拟的计算瓶颈、拓展与前沿人工智能方法的融合,并构建普适而开放的建模数据与工具以促进应用发展。     

深圳市快速抑制COVID-19疫情的非药物干预措施效果评估：基于智能体的建模研究

在2020年COVID-19第一波疫情中,通过一系列非药物干预措施,国内许多城市实现了疫情的快速抑制。对这些交叉叠加的多项干预措施进行单项措施的效果评估,识别出关键的防控策略,能够为未来的疫情防控提供重要的经验与科学依据。本研究以深圳市为例,利用融合了多源时空轨迹大数据的空间显式智能体模型评估深圳市快速抑制第一波疫情的各项非药物干预措施效果,识别出核心措施与辅助措施。模拟结果显示,在深圳市第一波疫情中,单项干预措施有效性从高到低依次为居家令、综合隔离、佩戴口罩与分批复工。其中,居家令或综合隔离均能有效抑制疫情的大范围暴发,被本研究称之为核心措施;佩戴口罩或分批复工则只能从不同程度上降低总体感染规模并延缓疫情峰值,并不能抑制疫情暴发,被本研究称之为辅助措施。考虑到社会经济成本以及常态化防疫中人群依从性降低,本研究建议在COVID-19 散发疫情防控中将核心措施与辅助措施相结合,重点实施各项隔离措施,同时将外出佩戴口罩作为疫情常态化防控手段。此外,本研究展示了结合时空大数据与智能体模型精细化模拟城市内部传染病扩散过程的优势：不仅能在城市内部高精度推演疫情发展过程,而且能够支撑评估面向个体及各类型出行活动的非药物干预措施实施效果,为制定针对性、精细化的“时间-空间-人群”防控策略提供重要的科学依据。     

基于智能体的自适应入侵检测系统

提出了一种基于智能体技术的自适应入侵检测系统体系结构,将智能体技术和自适应模型生成技术应用于入侵检测系统中.智能体技术的应用解决了传统的集中式入侵检测系统的弊病,将任务处理和数据分布到网络各个结点上,通过各种智能体来协作完成入侵检测任务,充分利用网络和主机资源.而智能体与自适应模型生成技术相结合,采用遗传算法建立准确的数据模型,使得入侵检测系统能够自动配置和更新不同环境下的入侵检测模型,能够通过自我学习、自我改进来提高系统的入侵检测能力和适应能力.     

顾及时空对象空间相互作用的疫情风险评估建模与应用

新型冠状病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019,COVID-19）在全球的传播仍在持续,根据COVID-19在国内早期的扩散特征,从地理学角度出发,构建了一种顾及时空对象空间相互作用机制的疫情风险评估模型,模型在参照时空对象空间相互作用迁移型传导模式的基础上,重点考虑了疫情传播的时空过程、并兼顾空间依赖及空间异质性因素,实现了疫情风险城际传播的关联性、动态性分析。在实证研究阶段,基于该模型对武汉及其主要影响城市在2020年1月上旬到4月上旬的疫情风险及动态演变进行了评估,通过与基于城市对象自身属性计算得到的实时疫情风险指数及其空间分布进行比较,验证了基于时空对象的空间相互作用模型在疫情风险评估方面的有效性。结果表明：① 模型能兼顾疫情传播的空间依赖及空间异质性特征,体现疫情风险的城际传播过程,为疫情传染风险评估及相关空间问题的研究提供了一种新的视角和方法;② 来自源对象的输入性疫情风险与对象间的空间相互作用强度存在显著正相关性,因此在疫情防控中要结合空间相互作用的主要影响因素进行综合决策。     

保持拓扑连通的有限时间有界聚集控制

针对个体动态为一阶积分器的多智能体网络,在有界控制输入情况下,研究保持拓扑连通的有限时间聚集控制问题。基于网络误差设计有界控制协议,采用代数图论、矩阵理论及非光滑分析中的不变集原理,通过引入约束函数方法设计控制协议,使多智能体网络保持拓扑连通,并实现有限时间聚集控制。仿真实验表明,文中控制协议采用的算法可实现初始拓扑连通的无向网络的有限时间有界聚集控制。该研究结果为多智能体网络有限时间有界聚集控制提供新的思路。     

土地利用变化智能体模型研究进展

土地利用/覆被变化是在自然、社会和人类决策者的时空多尺度综合作用下发生的,具有高度的复杂性。基于复杂系统理论并以土地使用决策者为核心的智能体模型对于描述人地关系中的"人本"思想和复杂交互具有重要的意义。文章在对基于智能体模型的内涵以及应用领域进行分析的基础上,指出目前智能体模型的发展主要面临三个方面的问题:数据可获得性、行为建模的制约以及模型校准和验证。综合目前研究的进展与面临的问题,提出了基于智能体模型的发展趋势:(1)大数据与数据价值挖掘;(2)多角度探索决策规则;(3)创新校准和验证方法。     

关于智能体环境下空间数据集成方法研究

在分析总结空间数据集成研究的发展历程及其存在的问题基础上,充分考虑空间数据海量、数据源异构性的特点,引入智能体概念和结构,提出了基于多智能体系统的空间数据集成模式,并对该模式的体系结构与功能实现进行了设计。     

一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型

模拟传染病时空传播、定量评估疫情风险对科学防控、精准施策具有重要的现实意义。本文融合多源时空数据,构建了耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型。该模型首先基于GIS和LSTM算法构建疫情空间演变模拟模型,通过学习历史疫情数据中的规律,以1 km×1 km为空间尺度、天为时间尺度模拟传染病时空传播过程。其次,基于模拟传染病例数据和疫情传播时空影响因素构建风险评价指标,应用云模型和自适应策略构建疫情风险评估模型,实现多空间尺度的疫情风险评价。在实证研究阶段,应用该模型对北京2020年6月份突发COVID-19疫情空间演变过程进行模拟和风险评估,并引入常规机器学习模型作比较验证。结果表明：应用于疫情时空传播模拟,相较其它常规的机器学习模型,考虑时序关系的LSTM模型的模拟精度更高（MAE为0.00261）,拟合度更好（R-square为0.9455）;耦合模型不仅能充分考虑传染源因素、天气因素、疫情扩散因素及疫情防御因素对疫情风险传播的影响,反映风险演变趋势,还能快速量化区域风险等级,实现不同空间分辨率下的疫情风险评估。因此,基于LSTM算法和云模型的耦合模型可有效预测疫情的传播风险,同时,也为传染病时空传播建模与风险评估提供了方法参考。     

Changing Concepts of City and Urban Planning Practices in Guangzhou （1949-2010）： An Approach to Sustainable Urban Development

By focusing on Guangzhou, this paper examines how different concepts of city in terms of urban-rural relationships are shaped in transforming China since 1949, and explores how they influence the way in which urban planning are practiced. In the pre-reform era, the city was defined as a productive space under the system of urban-rural segregation established for securing rapid industrialization. Urban planning was thus only concerned with the development of urban areas. In the 1980s and 1990s after the reform, institutional change and economic transformation mobilized the urban-rural linkages. The development of suburban areas was then con- sidered by urban planning, but this consideration was a passive response to urban problems such as population explosion and water re- sources protection. Since the new millennium, the agenda for sustainable development and problems of uneven urban-rural development have called for the development of urban-rural integration. In this context, the city is conceptualized as a complex of mountain, city, river, farmland and sea, reconstructing the ideology of urban-rural division in defining urban development. Urban planning has therefore sought in an active way to develop a sustainable city embracing rural and natural elements, and to balance economic growth and envi- ronmental protection. It is argued that developing the concept of city as a complex of urban and rural elements contributes to the urban planning for sustainable urban development, while this conceptualization relies on the recognition of the integrated urban-rural relationship.     

广州新型智慧城市应用探索:城乡规划的智慧化管理

新技术尤其是信息技术的快速发展为新型智慧城市的建设提供了条件,城市规划管理作为城市建设的前端环节,在新型智慧城市建设中发挥着重要的作用。规划管理"一张图"平台、多规合一信息联动平台等围绕新技术而形成的规划管理新手段,极大地提高政务效率,也倒逼新型智慧城市的规划管理更加智慧化。本文以广州市为例,分析城乡规划智慧化管理历程,从决策层、管理层、实施层、技术层和数据层5个维度探索城乡规划智慧化应用,构建城乡规划智慧化管理体系,关注智慧化提升城乡规划与管理能力,运用信息系统构建五年空间规划体系、一张图管理和实施评估、多源数据辅助规划决策等城乡规划智慧化方式,为相关城市建设新型智慧城市应用提供支撑。     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形图并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息,利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库,采用分形维度的计算方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1.645 4,1.628 5,1.558 6和1.527 0,均在1～2之间,分形维数呈递降趋势,总体下降了0.118 4,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0.14%的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明显,具有较强的空间集聚性和中心向心性,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982-1995年间研究区内蔓延速度比1995-2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。     

一种基于改进SEIR模型的突发公共卫生事件风险动态评估与预测方法——以欧洲十国COVID-19为例

突发公共卫生事件会严重影响社会公众生命健康,风险评估和预测可为突发公共卫生事件有效防控提供科学依据。本文提出了一种基于SEIR模型的突发公共卫生事件风险动态评估与预测方法,将突发公共卫生事件传播与人口、医疗、经济情况相结合,耦合危险性与脆弱性,建立合理的风险评估综合指标体系,利用熵值—层次分析组合模型实现突发公共卫生事件风险动态评估。此外,本文建立了传染病传播动力学修正SEIR模型,将传染病传播动力学模拟预测与风险评估相结合,实现突发公共卫生事件演变趋势的预测和风险的动态预测。2019年12月底的COVID-19疫情是一次传播速度快、感染范围广、防控难度大的重大突发公共卫生事件。本文以欧洲10国COVID-19疫情为例,开展风险评估与风险动态预测研究,依据欧洲10国自疫情开始至2020年4月16日的疫情数据,预测了2020年4月17日—2020年5月10日疫情演变的趋势,进而实现了10国的疫情风险动态预测。本文模型预测结果表明至2020年5月10日欧洲10国疫情形势仍然严峻,预测数据与真实数据的拟合优度R ²大于0.92,预测结果与疫情真实情况基本一致,在此情况下,复工复产对于疫情防控仍然是不利的。本文提出的基于SEIR模型的公共卫生事件风险动态评估与预测方法为疫情已然传播开的国家和地区提供了风险持续评估和预测的可能,为后期疫情防控决策提供了支持,同时也可用于今后新的疫情发生时期或其他突发性公共卫生事件下风险的应急评估和预测。     

Population distribution and its change in Guangzhou city

Population density in Guangzhou City is characterized by a main single center and considerable differences throughout the 8 districts and 112 neighborhoods and towns. Historically, population density in Guangzhou City rose sharply, and population distribution was mainly influenced by the attraction of the port. After the founding of the People’s Republic of China (PRC), a series of large-sized factories were built in suburban areas, which drew in a large amount of population from the areas outside of Guangzhou. A small part of this population lived in the suburban areas while most resided within the city centre. As the natural increase rate of population was very high, the population density of both the city centre and suburban areas rose, the former rose at higher rates. Since reform and the opening up to the outside world, Chinese economy has grown quickly, the total population of Guangzhou has also increased quickly. Meanwhile, changes in population density within the city is becoming more and more obvious. Population density in the city centre is falling and in city periphery is rising. From the analysis of the population density model, it is found that population distribution of Guangzhou is in the process of transition from an early stage to a mature stage. Population decline within the centre city of Guangzhou City, which reflects a prosperous economy of the city, is significantly different from the recession of in the western countries.     

广州城市空间形态特征与时空演化分析

城市空间形态的形成和变化是城市内、外各种社会力量相互作用的物质空间反映。本文基于历史资料和遥感影像,探讨了近百年来广州城市空间形态特征和演变过程。广州城市空间形态演变依次经历了轮形团块期、触角期、分散组团式、轴向发展期、带形发展期、新的触角期等几个阶段。利用遥感方法对1979～2004年间广州市建成区变化的监测表明,该期间广州先后经历了20世纪80年代的相对稳定期、90年代前期的快速发展期、90年代中后期的平稳发展期和近年来的高速发展期,目前是扩展速度较快的时期。