基于GIS的社区居民避震疏散区划方法及应用研究

在快速城市化和地震灾害频发的背景下,灾前人群紧急疏散区划成为防灾减灾规划研究的重要课题。结合当前城市应急疏散设施布局现状,立足于社区夜间避震疏散需求,综合运用GIS空间分析技术,从应急疏散需求分布、疏散空间可达性、疏散优化归属3方面逐步构建居民避震疏散区划方法,并选择上海市内人群和建筑相对密集的陆家嘴街道为对象开展实证研究。从而为城市防震减灾规划的避难设施优化布局和应急疏散预案编制提供科学适用的技术手段。     

城市商圈应急疏散空间布局与路径优化——以广州上下九商圈为例

针对流动人口密集和商业集中的城市商圈应急疏散的特殊性,建立了城市商圈应急疏散研究框架。该框架主要包括应急疏散需求预测、应急疏散空间适宜性评价、应急疏散路径优化3个层面。通过3σ法、灰色关联法和熵权法、GIS、OD模型等技术,将研究框架应用于广州上下九商圈。结果发现:上下九商圈疏散人口和疏散场地需求较大,目前应急避难场所不能满足区域内疏散需求;适宜性强的紧急避难场所多为学校内操场用地,但有效避难空间极易受到建筑物倒塌影响,导致场地内避难空间不足;人口密集区大部分在选定紧急避难场所500 m服务范围和疏散用时在10 min内,但城市商圈路况复杂增加了疏散成本,同时降低了疏散效率。提出了应急避难场所的空间布局和疏散路径优化建议。     

风暴洪水灾害应急疏散方法研究——以浙江省玉环县为例

以浙江省玉环县为例,对超强台风(中心气压为915hPa,最大风速61.2m·s-1)风暴洪水灾害情景下的应急疏散方法进行了系统研究。首先,基于"点-线-面"洪灾避难思想和GIS空间分析技术构建应急疏散网络模型;其次,以疏散总时间最短为目标,并综合考虑避灾容量、交通拥堵、公平分配、资源节约等因素,求解最佳疏散路径;最后,根据疏散过程动态模拟结果,进一步优化路径选择,并编制应急疏散专题预案。结果表明:如果遭受915hPa超强台风袭击,将玉环县受淹危险区内的人群完全疏散到安全地带平均耗时647s(约11min),最长疏散时间不超过45min,可满足应急避难的实际需求。该疏散预案可为完善城市安全保障系统提供科学参考。     

城市社区空间应急疏散能力评价模型构建及其应用——以北京市交道口社区为例

以城市防灾空间中最基本的单元——社区空间为研究对象,对其应急疏散能力评价方法进行探讨。建立了基于现状空间分析的应急疏散能力评价模型,模型由应急疏散时间半径与应急疏散容量半径两个维度及应急疏散距离、道路有效宽度、道路集成度、应急疏散场所容量、社区人口密度5个因素构成。最后,通过GIS中的服务区分析及空间句法分析等技术,将模型应用于北京市交道口社区,找到交道口社区中应急疏散能力较弱的区域,为社区应急疏散空间的优化提供了依据。     

基于应急疏散智能体模型模拟的城市避难所空间配置——以上海市静安区为例

城市应急避难所的空间配置一直是灾害防治和城市安全研究领域的热点问题。本文以城市居民尽快地,尽少拥挤地到达满足容纳需求的应急避难所为目标,整合遥感影像数据、高精度人口分布数据、交通路网数据和专家知识等数据,综合运用智能体模型和多准则决策方法,对城市避难所空间配置开展研究。本文设计了三类与应急疏散相关的智能体：政府智能体、避难所智能体和居民智能体,来实现应急疏散的模拟,并根据模拟结果支持应急避难所的空间选址和配置。选址方法上运用了多准则决策方法和权重敏感性分析,在选址高适宜区域内选定避难所的新建方案。以新的避难所空间布局和配置为条件,执行新一轮的应急疏散模拟过程,实现选址的循环优化,从而获得最终的避难所空间配置方案。本文以上海市静安区的应急避难所空间配置分析为案例,生成了该区域应急避难所的详细空间配置方案,该方案能帮助居民在尽少拥挤风险下尽快疏散到附近的避难所。本文提出的方法充实了中国城市避难所选址的相关理论与可操作性的技术基础,为其他地区开展避难所的配置工作提供借鉴与参考。     

基于暴雨内涝灾害情景推演的北京市应急救援方案评估与决策优化

城市自然灾害的情景推演与应急方案的动态预评估是优化应急决策的重要支撑。然而,传统的应急救援方案评估往往基于有限信息进行时间片段式的情景推演并采用应急方案的灾后评估。本文在构建基于内涝水淹模型和多智能体城市路况模型的全链条、多维度灾害情景推演方案的基础上,实施不同应急救援目标导向下多时间刻度的应急救援方案预评估,重点从受损车辆规模和遭受安全威胁人数定量评估基于救援人数、救援时间和救援空间布局原则的应急方案优劣,为灾害情景推演方案和应急决策优化提供了一种新的思路与解决方案。基于救援人数规模的应急方案表明,救援力量将优先布局在风险指数高企的区域,包括北蜂窝路、南蜂窝路、广莲路以及莲花桥等路段。在现实情况中及时参加的救援力量往往有限,此类根据不同救援力量数量的空间指向将对最优的救援决策起到关键作用。同时,研究也应证了救援力量多寡在应急事件处置中的基础性地位。基于救援启动时间的应急方案中得出,最优的救援启动时间在45 min到75 min之间,适时的救援启动可以有效规避过早启动导致的救援空间配置不当和过晚启动导致的救援失效两类问题。不同救援空间布局原则有着迥异的救援力量空间配置特点和最优运用条件。     

多智能体区域土地利用优化配置模型及其应用

土地利用优化配置对促进区域可持续土地利用具有重要意义,然而现有的土地利用优化配置模型引导可持续土地利用的能力有待提高。本文从整体考量区域土地利用优化配置数量、空间、时间三维特征的角度,定义了区域土地利用优化配置多智能体系统及其决策行为规则,构建了基于多智能体系统的区域土地利用优化配置RLUOA (Regional Land Use OptimizationAllocation) 模型,并以中部地区典型城市--长沙市为例开展了实证应用研究。研究结果表明：该模型能够将规划时间段内多目标约束的区域土地利用规模的数量结构合理配置到不同的空间单元,实现土地利用数量结构、空间布局、效益的协同优化,构建整体上经济可行、社会可接受、生态环境友好的土地利用格局,并明显提高区域整体土地利用经济、生态和社会效益,从而能够为促进区域土地资源可持续利用和制定土地利用总体规划提供参考借鉴。     

基于生态安全导向的城市空间扩展模拟与分析北大核心CSCDCSSCI

进行城市空间扩展模拟分析研究,对于城市生态安全格局优化具有重要意义。基于Dyna-CLUE模型进行广州市的城市空间扩展模拟与分析,结果表明:城市化到现阶段,政府采取的土地利用数量调控对城市空间扩展的影响较为重要,空间区划的引导作用相对不明显;建设用地聚集度持续增大,单位面积内的斑块数则先增后减,二者揭示出的景观特征不完全一致;城市空间是外缘、飞地式和内填式三种空间扩展模式共同作用的结果,但在1990-2005年以外缘和飞地式为主,在2005-2020年则以外缘和内填式为主,此时新增斑块与原有斑块的建设用地连成大斑块,单位斑块上的建设用地数量呈降势,前后两个时段内,城市由"摊大饼"外延式逐渐转向集约节约的内填式扩展,城市生态文明建设初显成效。     

基于生态安全导向的城市空间扩展模拟与分析

进行城市空间扩展模拟分析研究,对于城市生态安全格局优化具有重要意义。基于Dyna-CLUE模型进行广州市的城市空间扩展模拟与分析,结果表明:城市化到现阶段,政府采取的土地利用数量调控对城市空间扩展的影响较为重要,空间区划的引导作用相对不明显;建设用地聚集度持续增大,单位面积内的斑块数则先增后减,二者揭示出的景观特征不完全一致;城市空间是外缘、飞地式和内填式三种空间扩展模式共同作用的结果,但在1990-2005年以外缘和飞地式为主,在2005-2020年则以外缘和内填式为主,此时新增斑块与原有斑块的建设用地连成大斑块,单位斑块上的建设用地数量呈降势,前后两个时段内,城市由"摊大饼"外延式逐渐转向集约节约的内填式扩展,城市生态文明建设初显成效。     

基于改进区位配置模型的农村就医空间优化布局研究——以湖北省仙桃市为例

以湖北省仙桃市为研究区域,运用改进区位配置模型,通过调整设施数量和规模实验,研究农村就医空间优化布局。首先对比分析传统区位配置模型（LA模型）,引入等级规模偏好系数,构建改进区位配置模型。然后基于ArcGIS10.2 Geoprocessing 框架,整合GIS网络分析,运用程序设计语言Python和线性规划建模工具PuLP实现模型构建,运用线性规划软件Cplex实现模型求解,运用ArcGIS10.2进行地理空间可视化表达。最后通过调整设施数量和规模对比实验发现：医疗机构布局调整后更加合理,居民就医效率明显提高,居民获得医疗服务时间成本减少,且15 min内满足更多医疗需求,验证了改进区位配置模型在农村就医空间优化布局的实用性。     

基于LP-MCDM-CA模型的土地利用结构优化研究——以天水市为例

土地利用类型数量在地域空间上的优化配置是实现土地可持续利用,提高土地聚集效应和保持土地生态系统平衡的重要途径.针对当前土地利用优化配置模型存在的不足,构建了基于多目标线性规划与元胞自动机的土地利用优化配置模型(MCDM-CA),在定义邻域规则、转换规则和土地适宜性评价的基础上,开展了基于经济效益、生态效益最大化的土地利用空间配置,实现了土地资源数量结构优化与空间布局优化的统一;并运用该模型对天水市土地利用结构优化进行了实证研究.研究表明,该模型兼顾到区域宏观水平上的土地利用数量结构与局部尺度上的土地利用适宜性,能够较好地同时模拟不同土地利用类型以及不同人类决策情景下的土地利用效果.本研究可为解决土地利用规划中的资源优化配置关键问题提供新的技术方法.     

沈阳城市应急避难场所的识别、空间格局与服务功能

以沈阳市为例,运用高分辨率遥感影像识别城市应急避难场所,采用空间插值、波段集统计等方法刻画应急避难场所空间分布及其与人口的空间匹配性,通过栅格成本分析和加权Voronoi图等方法测算空间可达性并划分其服务区范围。研究表明:(1)沈阳市应急避难场所分布呈现出"小集聚、大分散"的基本格局,与人口分布的空间匹配性差;(2)应急避难场所可达性表现出空间异质性,大型用地对整体格局起到主要塑造作用;(3)研究区域可划分为14个较为明确的应急避难场所服务区,不同服务范围在空间上存在大小、数量和构成上的差异。最后,从城市安全视角对沈阳市应急避难场所的空间布局提出优化建议,为政府部门决策提供科学依据与政策参考。     

基于可达性的城市功能用地空间格局演变研究——以江苏省淮安市为例

基于ArcGIS9.3平台,运用可达性分析技术,以江苏省淮安市为例,定量分析了城市功能用地可达性格局特征与演变。研究发现,城市功能用地可达性空间范围不断扩大,城市内部可达性水平变化不大,城市边缘的可达性变化较大;城市功能用地的空间分布与可达性水平关系密切,集中分布在可达性时间成本小的范围内;主要功能用地可达性空间格局演变表现出不同的特征,工业用地逐步由可达性成本小的城市核心区迁移到可达性成本相对较大的城市外围,居住用地相对均衡地分布在不同可达性时间范围内,小型公共设施用地主要分布于可达性时间成本小的城市核心区,大型公共设施用地则逐步迁移到可达性时间成本相对较大的城市外围;影响城市功能用地可达性格局及其演变的因素归纳为5个方面,包括地理环境、经济发展、交通引导、人口增长和政府调控。研究表明城市道路网可达性水平的提高,能够引导城市功能用地的空间布局,带动城市空间形态的演变。     

微观尺度下基于商圈的北京市商业空间结构优化

随着中国经济发展方式的转变,城市商业空间逐渐成为推动发展和塑造城市空间的强劲力量。基于微观尺度,将商圈的研究向城市内部细分地域拓展,运用POI、网络房产数据等开源大数据,通过构建人口住宅小区空间化模型,以及运用哈夫模型与Voronoi相结合的方法,对北京市各功能类型商业区的商圈进行划分,分析其空间服务范围和服务人口,从而探讨城市商业空间的合理性。结果表明:饮食文化型、专营型、购物中心型、便利型、综合型五种类型商业区的商圈布局和服务人口均有不同的特征;普遍存在着城市周边商圈面积过大、服务人口过多,城市内部存在部分布局盲点,商业功能类型与人口布局不协调等问题。基于此,提出优化北京市商业空间优化的相应建议:加快城市周边商业发展、弥补中心城区商业布局不足、根据商业区类型设定布局发展方向、从功能结构和空间结构方面深化城市商业规划。     

基于复合情景的上海台风风暴潮灾害危险性模拟及其空间应对

综合考虑海平面上升、陆域和海域地形变化、海塘沉降等因素,本文以上海历史上引发强风暴潮的热带气旋TC5612、TC8114和TC0012为基础,构建了12种复合灾害情景,利用MIKE21 FM模型模拟分析了不同情景下台风风暴潮对上海造成的漫滩淹没影响.结果表明:以2010年为模拟基准年份,由于上海地区有高标准的海塘防护,发生风暴潮漫堤淹没的概率极低;但随着时间情景的改变,各情景要素强度加大,漫滩淹没危险性逐渐增大;在2040年的复合灾害情景中,以正面登陆类热带气旋造成的影响为最大,局部区域淹没深度可达3.0m以上,全市25.23％的海塘和防汛墙存在漫堤危险,漫堤淹没危险区的面积可达到909.53 km2.在此基础上开展了应急避难模拟及避难场所优化研究,进而针对性地提出了保护城市水源涵养区、开挖城市蓄水空间、提高部分海塘设防水平、加强城市排涝系统建设和优化城市应急避难场所布局等空间应对方案.研究成果给上海新一轮“城市安全与综合防灾规划”提供了科学依据.     

多条件约束应急疏散路径分析的几何代数方法

面向突发事件的应急响应与疏散路径分析的需求,基于几何代数构建多目标约束应急疏散路径分析方法,利用多重向量实现了多维地理场景建模及路径距离计算.其中利用几何基进行网络编码,构建多维地理网络拓扑结构的几何代数邻接矩阵表达,建立了基于几何代数的最短路径算法,进而构建多目标约束的应急疏散模型.基于德国Waldbruecke村三维场景中污染物扩散条件下的应急疏散分析表明,该方法可较好地支撑阈值限制条件下网络路径的动态生成,可为虚拟场景中应急疏散的决策与模拟提供理论与技术支撑.     

政府规划约束下的城市空间增长多智能体模拟模型

构建政府规划约束下的包含多种类型智能体和环境因素的城市空间增长多智能体模拟模型,通过居民、开发商和政府三类智能体之间以及智能体与环境之间的相互作用模拟了城市空间增长情况。模型将城市建设用地规划区纳入政府的土地利用政策,探讨了政府规划因素对城市建设用地增长的影响,并根据土地集约利用的原则对模拟结果进行了优化。在Repast和ArcGIS的实验环境下,以南京市中心城区(长江以南)为研究区设置了四组土地利用情景,模拟了2001-2007年研究区的城市建设用地增长情况,对比不同情景下模型的模拟精度,说明正确合理的政府规划引导对城市空间增长的重要作用以及对模拟结果进行优化的必要性。该模型有助于揭示城市空间增长机制,为政府宏观调控政策和规划制定提供参考。     

河南省城市-区域系统空间发展态势与布局优化

城市-区域系统的空间结构布局与城市、区域的协同发展密不可分,城市-区域系统空间结构的整合与优化是城市区域化、区域城市化进程必须要解决的重大战略性问题。目前,河南省着力建设中原经济区,选择合适的空间优化模式与优化战略对其发展尤为重要。基于成长能力评价模型的城市空间发展态势,结合城市相互作用的基本方式,提出了河南省城市-区域系统空间布局优化的"三圈、一廊道、四轴带、双核、多边形组团、五协调区、一经济区"模式,并由此提出其空间优化的战略选择。     

考虑时空间限制的电动汽车充电站布局模型

基于能源需求空间分布的既有新型燃料供应站布局模型解决了需求点与供应站之间的总距离最小、供应站服务客流最大、以及基于此两类目标的多目标优化问题。然而电动汽车充电时间较长的特性对充电站的空间布局问题提出了时间因素的限制。本文提出了充电站空间布局优化应该考虑充电的行为决策问题,即:何时需要充电,去何地充电,以及当因供电站的同时服务容量受到限制而产生排队时作何选择等。在研究充电行为和充电需求的基础上,建立了满足等待时间最短和服务最便利的时空间同时优化布局的动态模型,应用微观仿真方法进行了算例分析,并比较了该模型与传统截流选址模型在算例路网上的应用结果。结果证明时间限制下的行为决策对充电站布局存在较大影响,该动态模型对时间约束的考虑提高了优化结果的有效性。     

面向15 min生活圈的城市服务设施规划模型与实验

生活圈规划是城市公共资源均等化配置和可持续发展的重要抓手。特定城市15 min生活圈服务设施规划实践中,针对某一类公共服务,如何确定其设施数量、空间位置和服务公平性,具有诸多挑战。为回答这一问题,本文首次改进经典的设施区位问题（CFLP）为服务半径和覆盖率双重约束下的部分覆盖问题（μCFLP）,使其适用于生活圈服务设施布局规划。构造μCFLP线性规划模型,设计数学启发求解算法。按照中国城市规模划分标准,选择6个典型城市案例区域,以社区卫生服务中心为例,进行服务设施布局规划实验。结果表明：改进模型适用于城市生活圈服务设施布局规划,能够平衡服务供给成本、可及性和公平性;在人口密度较低的城市,模型对服务半径和覆盖率参数设置敏感,服务质量与效率难以兼顾,而在人口密度高的大都市,相对容易满足15 min生活圈建设标准。本文模型在面向15 min生活圈的城市服务设施规划方面具有明显的优势,一是无须事先确定设施数量,二是能够按覆盖半径与覆盖率探索最优设施布局。