CALPUFF模型模拟结果的时空多维可视化表达

大气污染扩散模型数值模拟结果的时空多维可视化表达,能有效展示大气污染扩散空间分布,为快速高效辅助后期污染分析与应急决策提供重要的参考。CALPUFF模型能高效模拟污染物在大气环境中时空变化的扩散过程,而现有大气污染扩散模型模拟结果可视化表达普遍存在不能有效集成地理信息、缺失部分重要维度特征等问题。论文首先分析了CALPUFF模型,及其与组件式GIS紧密集成的技术方案,为模型模拟结果与地理信息集成提供了技术支持。然后,基于CALPUFF模型的数值计算模拟结果,详细研究了风场数据预处理及其矢量绘制方法,浓度场的数据预处理及其栅格渲染方法。在三维地形场景下,探究了大气污染物的时空扩散模拟可视化表达方法,给出了CALPUFF模型模拟结果与三维地形场景的集成表达策略。最后,通过组件式GIS,构建了福州市三维地形场景,以大气污染CALPUFF扩散模拟结果为例,在WPF系统框架下,实现了风场和浓度场的时空动态模拟和空间层级多维可视化表达。实验结果表明,本文所采用的时空可视化技术方案能将CALPUFF模型模拟结果,有效集成三维地形场景,实现模型模拟结果在时间维度上动态扩散和在空间维度上的层级分布,可为大气污染模拟结果的时空多维可视化提供参考。     

一种自适应时间步长的场地地表污染扩散元胞自动机仿真模型

针对传统扩散模型难以动态模拟地表污染物时空不均匀扩散过程的问题,本文提出一种基于元胞自动机模型的污染物地表扩散仿真模型,在综合考虑地表高差及粗糙度对污染物扩散过程影响的基础上,确定了不规则污染场地的元胞边界条件、划分了元胞空间、提出了一种降雨和非降雨条件下污染物扩散流速计算方法,基于分子扩散建立了地表污染扩散模型演变规则。为更好模拟地表污染物扩散情况,本文提出了一种污染物随坡度和质量衰减的元胞自适应时间步长调整算法,该算法能够动态调整元胞自动机的时间步长,防止固定时间步长在污染物快速扩散时错过细节,而缓慢扩散时消耗计算资源。实验设计了降雨和非降雨两种情形对污染物随时间扩散的过程进行仿真与分析。实验结果表明,不同下垫面对污染物扩散速度有很大的影响,污染物在糙率为0.012的水泥地表上的扩散速度约为其在糙率为0.035的一般性土壤地表上的2.7倍;降雨强度和时长能够加快污染物的扩散,且扩散速度随着降雨曲线变化而改变,并在雨强峰值附近达到最大;污染物扩散服从坡度分布特征,且随着时间变化,高污染区域范围和污染物浓度差异渐渐变小,并在一段时间后,浓度变化渐渐趋于平稳;自适应时间步长演变算法能够较好地体现一次演变过程中污染物扩散在不同邻域元胞方向上的细微时间差异,提高污染物时空分布的计算精度。     

基于立体网格的放射性污染物扩散过程模拟与表达

针对放射性污染物的扩散过程表达问题,设计了适用于该方法的状态建模与面向对象建模混合的数据模型,该模型支持真三维的网格化表达与元胞机推演,可以将传统放射性污染物的计算与表达结合在一起,数据不需要多次转换与重采样,降低了精度和效率的损失。通过两个实验,分别针对单源和多源放射性污染物的大气扩散过程进行了模拟,扩散模拟的结果符合放射性污染物扩散的客观规律,整个扩散表达过程中任意一个时刻、截面或者空间的污染物浓度都可以动态地计算和表达,过程具有非常好的直观性和可分析性。     

标准农田规划空间决策支持模型的研究与实现

在中国工业化与城市化进程加速的背景下,部分地区耕地的质与量难以得到保障,因此迫切需要在平衡粮食安全与经济社会增长的基础上对其做出科学规划,而空间决策支持模型的建立有助于该规划的编制。基于对标准农田规划过程的分析,将模型的概念框架分解为以下三个步骤:①构建标准农田资源评价模型:利用群体层次分析法和土地适应性评价模型评估标准农田资源;②构建标准农田规划备选方案生成模型:采用0￣1整数规划模型生成若干标准农田规划备选方案;③构建标准农田最优规划方案决策模型,采用非确定型决策模型辅助评价选取最优规划方案。文章对概念模型的规范化过程进行详细探讨,最后以浙江省桐庐县石阜镇为实验区,对模型进行实现和初步验证。     

基于GIS的多污染因子复合地面浓度场模拟与评价

针对工业大气多因子复合作用的污染物连续地面浓度分布和评价问题,提出了一种基于GIS的地面浓度场模拟和综合评价的新方法,该方法将大气污染物扩散高斯模式和大气质量综合污染指数评价模型在GIS中有机集成,实现了污染物分布空间信息的显示和分析。通过将此方法应用于某一化工厂污染源不同气象条件下污染扩散分析计算,结果表明此种方法简单实用,特别是对多污染因子复合作用的综合评价模型具有任意空间分辨精度,可以满足不同分级需求。     

CALPUFF模型与WebGIS集成开发应急地理信息系统

如何快速准确地模拟毒害性气体的扩散过程、评估影响范围和程度是应急地理信息系统研究的重要问题.CALPUFF模型能有效模拟粗糙、复杂三维地形条件下大气污染物在时空变化中的扩散过程,并实现秒级扩散模拟.但是现有的CALPUFF模型系统只能单机操作,与气象监测、泄露探测装置自动化对接存在困难,导致系统无法自动化、多并发计算.本文研究了CALPUFF模型计算原理和系统结构,设计模型系统与网络地理信息系统(WebGIS)集成的方案,提出基于SOA的多服务并发请求技术,并依托川东北高含硫项目开发原型系统进行实验.实验结果表明,本文设计的框架能在满足系统要求的情况下进行多并发和自动化计算,解决了CALPUFF模型无法自动化、多并发计算的缺点.     

城市派出所空间位置优化及警力分配

提高公安派出所的治安防控能力是解决我国城市治安问题的有效途径之一。本文从公安派出所空间位置优化和警力分配两个角度出发,针对当前公安派出所空间位置布局较为随意及警力资源紧缺的现状,以及多目标优化的需求,结合新兴空间大数据和犯罪数据,进行派出所多目标空间优化研究,包括派出所空间布局的数学期望、量化指标以及多目标空间优化模型,并在相关理论模型的基础上利用犯罪热点和房屋建筑分布的空间异质性开展派出所警力（治安和户籍分类）的空间分配研究。以兰州市中心城区为分析区域开展公安派出所空间位置优化和警力分配实验,结果表明：① 在不增加派出所数量、最大维持原有空间布局的前提下,本文提出的方法能有效降低派出所服务区重叠度（17.2%）和平均响应时间（6.67 s）,提高面积覆盖度（12.01%）和需求点覆盖度（7.25%）,并有效提高研究区内各区域应急响应时间的公平性（基尼系数由0.382降低到0.268）;② 数据分析发现,城市犯罪热点以及房屋建筑空间分布均存在空间分异现象。理解并量化分析空间分异特征,有助于优化派出所治安和户籍警力的配置。     

基于时空棱柱的人员搜寻范围优化

在人员搜寻过程中,地理信息技术的应用能帮助缩小搜寻的空间范围、合理分配搜救资源,从而提高搜救效率、节约时间和资金投入。本文首先探讨了户外搜救过程中,地理信息技术在协助划定搜寻的空间范围和分配应急资源方面的应用;在此基础上,将时间作为连续变化的因素进行分析,以时间地理学对人员搜寻的时空范围进行优化;利用时空棱柱工具表达失踪对象和搜救资源各自的时空约束,继而确定他们各自随着时间变化的潜在活动范围;通过求解搜救资源和失踪对象的时空交集,来确定每个搜救资源最优的搜寻范围的外边界;通过将各资源的最优搜索范围的外边界进行综合分析,来求解在多个资源协作情况下的最小搜寻范围和各资源对应的搜索起点,实现对搜救资源的合理分配;最后,在ArcGIS平台上对该方法进行了实现和模拟。搜救案例展示该方法划定的人员搜寻范围在空间上更小,时间上更为精确,有助于分配救援资源和提高搜救效率。     

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。     

顾及风向和风速的空气污染物浓度插值方法

随着经济的快速发展,中国大部分地区空气污染状况日趋严重。空气污染物浓度插值对于进一步分析污染物时空分布情况,估计不同地区人群的暴露风险,制定防范措施具有重要作用。然而,现有空间插值方法由于没有充分考虑风向和风速因素对于污染物扩散的影响,故直接应用于空气污染物浓度插值,会对插值结果造成不利的影响。因此,本文提出一种顾及风向和风速的空气污染物浓度插值方法（Direction-Velocity IDW,DVIDW）。该方法首先根据离散气象站点处的风向和风速数据建立风场表面,然后利用风场数据计算空气污染物的扩散距离,根据扩散距离计算风场中待求点与采样点间的最短路径距离,最后由最短路径距离替代欧式距离进行反距离加权插值。本文分别采用2组实际空气污染物浓度数据,对DVIDW方法和其他常用的空间插值方法进行实验对比分析,验证了本文方法的可行性和优越性。     

面向时空可达性的城市应急医疗机构推荐方法

快速选择和分配应急医疗机构是城市突发事件应急响应的一个重要方面。医疗机构的地理位置和城市实时交通是影响城市医疗机构时空可达性的主要因素,医疗机构的资源数量和突发事件的救助需求是否匹配决定了医疗服务的可及性。本文综合考虑以上影响因素,将医疗机构的地理位置、实时道路通行情况、医疗机构等级及其资源数量以及突发事件的救助需求作为选择指标,建立适合城市突发事件应急救助需求的医疗机构选择模型,设计其算法流程并利用青岛市相关数据进行实验,验证其可行性及关键步骤的作用。本文提出的应急医疗机构选择模型及算法能够在推荐医疗机构的同时完成救治人员分配和路线规划,提高了应急医疗机构的选择效率,对城市突发事件应急响应具有一定的应用价值和决策指导意义。     

基于房产空间数据的楼宇空间疏散路径建模研究

紧急情况下人员快速、安全疏散是室内空间智能化导航和路径规划服务的研究热点.本文采用房产空间管理数据为数据源,以“路径”和“节点”为关键要素,设计了楼宇空间路径模型,用以表达楼宇内部的空间关系及拓扑结构.基于此模型进一步研究了用于紧急疏散的楼宇路径构建算法,论述了构建“单楼层”和“多楼层”路径过程中走廊(过道)路径提取、...     

基于滑坡灾害预警分级的应急处置措施

滑坡灾害应急处置能力是地质灾害减灾防灾的重要方面。目前,基于滑坡灾害预测和预警分级成果,系统性的应急措施分类研究还鲜有展开,因此,以三峡库区白水河滑坡为例,运用时间序列加法模型将滑坡累计位移分解为趋势项位移与周期项位移,并分别应用多项式拟合及自回归（AR）模型对2个分量进行预测,在此结果上采用聚类分析方法将滑坡变形分为匀速变形与加速变形阶段,综合判断滑坡灾害预警等级,开展了针对滑坡预警分级的应急措施研究。结果表明:白水河滑坡预警等级主要为蓝色和黄色2种类型,对处于不同的预警等级下的滑坡,可根据滑坡变形特征快速决策,基于滑坡灾害预测和预警分级结果能更有效地指导滑坡应急处置。      

Evaluating mountain water scarcity on the county scale: a case study of Dongchuan District,Kunming, China

Mountain water, which contributes 50% to 90% to the lower reaches of the watershed, has a considerably low utility efficiency. The water accessibility could be a quantitative measure of water scarcity in the mountains. It can be used effectively for emergency water shortage planning and water resource management. In the present study, Dongchuan District, a typical county in the Hengduan Mountains in Yunnan province of Southwest China, was selected as the study area, and the minimal cumulative resistance(MCR) model was used to simulate the least-cost path(LCP) from 1255 point features of natural villages, as well as 12,368 dryfield centroids, to their respective surrounding river systems, which serve as a source for emergency drinking water and irrigation during droughts. The average length of the LCP for each administrative village was calculated to represent the accessibility to water sources for agricultural production and daily life in these mountain villages. The distribution of population and dryfields, as well as other geographic elements, were analyzed to classify the degree of water scarcity in these villages. The results indicate that the area facing the highest risk of water shortage for agricultural irrigation is located in northern Dongchuan, in particular along the two sides of the Xiaojiang Valley, and that the area with the highest risk of water shortage for daily life needs is located along the Xiaojiang Valley.     

济南市跨河发展与黄河防洪

特殊的地理位置使济南市跨越黄河向北发展提到了议事日程,城市建设与黄河防洪的关系将更加密切。济南河段历来是黄河防洪的重点,目前该段黄河堤防正在进行标准化建设,防御标准相当于30到近千年一遇,可以满足城市防洪的要求。济南市跨河发展,黄河将成为城中河,城市建设与防洪建设将互相促进。由于黄河问题的复杂性,泥沙淤积和地上悬河将长期存在,建议城市规划要考虑给黄河未来的防洪留出足够空间,对跨河交通等过河建筑物应统一进行规划,城市建设要充分利用黄河泥沙资源,同时搞好沿黄生态和风景线建设,以实现人与自然和谐共处。     

街区突发性泄漏的气体扩散过程仿真技术的集成试验

突发性泄漏事故已成为我国城市公共安全的一个潜在威胁.本文以福建省福州市某街区为案例,采用高分辨率遥感影像、各种敏感目标和人口的分布信息等空间数据,利用事件触发机制,建立基础数据库与虚拟现实仿真试验平台.针对威胁城市公共安全的突发性泄漏事故,选择一种适合城市街区尺度的点源气体扩散模型与GIS集成,以构建泄漏气体扩散的三维...     

海量影像数据的发布集群系统与应用

海量影像数据的在线发布和共享是传统网络地理信息系统难以解决的难题,集群技术具有高度可伸缩、高可用、易管理和高性价比的特性,是解决海量影像数据发布难题的有效手段。本文在分析动态反馈负载平衡器模型的基础上,提出基于集群技术的在线影像发布服务及其体系结构,设计了区域分治法等四种不同复杂度的负载平衡算法,适于不同物理系统,最后给出影像发布系统的应用实例。     

基于空间关系的海上应急救援力量调度模型

本研究以Voronoi图为研究工具,对普通Voronoi图在海上救援应用中的局限性进行分析,并对其进行了合理改进,提出了“海上救援V图”。同时,结合模糊层次分析法和引力模型方法计算各海事机构救援力量的“吸引力”权重矩阵,提出了基于Voronoi图的海上救援调度模型。最后,结合具体救援案例,构建了基于Voronoi图的海上应急救援模型MRSV。实验结果表明：该模型能够在顾及海上特殊地理环境以及要素间空间关系的基础上,综合考虑各海事机构的救援力量,针对不同海难情况,选调合适的救援机构,调度结果合理,能够达到优化救援力量配置的目的,可以为目前海上应急救援力量调度提供参考。     

面向室内应急疏散标识的VR眼动感知实验与布局评估

在室内应急疏散的背景下,理解人们如何感知应急疏散标识以及他们的感知如何影响疏散行为十分重要。虚拟地理环境基于虚拟现实（VR）技术构建的沉浸式多维信息空间,是一个符合人类感知认知规律的三维、动态、可交互空间。而基于虚拟地理环境的虚拟地理感知/认知实验,则可以提供一个可定量观测的可控虚拟实验环境,通过设计多种实验方案,定量地获取与空间感知、认知行为相关的客观实验数据。本文将沉浸式虚拟环境与眼动追踪技术相结合,设计了VR眼动感知实验,以室内通道为例,采用定量观测、数据统计、可视化分析等方法,对不同虚拟火灾逃生场景下的疏散时间、眼动注视点、个体移动轨迹数据进行了处理与分析,最后对室内应急疏散标识布局进行评估并提出合理建议。实验结果表明：① 女性参与者比男性更容易被逃生起始位置干扰,拥有较差的虚拟空间感;② 3种场景类型（无标识无烟雾、有标识无烟雾、有标识有烟雾）在疏散时间之间存在明显差异,应急标识、烟雾与逃生起始位置对疏散时间有显著性影响;③ 通道墙贴标识的感知率最高为0.929,在火灾逃生中最容易被识别;④ 安全出口标识感知率最低为0.333,眼动注视点大多在安全门而非安全出口标识上,因此需要提升安全出口标识的视觉吸引力;⑤ 室内通道微观环境的不同（例如通道长度）对应急标识注视时长的变化有较大影响;⑥ 安全出口附近的标识布局、设计有待改进。虚拟眼动感知实验为评估室内应急疏散标识的合理性和布局优化提供了一个有效的科学途径。