DEM空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的影响分析

突发性毒气泄漏事故的频繁发生对市民的安全造成了极大威胁,有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨,以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。本文在研究和分析典型毒气泄漏扩散模型的基础之上,引入地形因子对原有毒气泄漏扩散模型进行改进,使之适应三维地形下的危化品气体扩散模拟,并将模型与GIS集成可视化,分析比较了模型修正前后气体扩散浓度的分布情况。在此基础上,进一步分析了DEM空间分辨率对毒气扩散浓度的分布影响,发现DEM空间分辨率对毒气浓度分布区域有一定影响,并分析了其影响原因。结果表明,加入地形因子的高斯烟羽模型比之前没有考虑地形因子的高斯模型计算要更加精确,更贴近现实状况;同时,DEM分辨率对改进后的高斯烟羽模型的模拟影响较大,选择适当分辨率的DEM能帮助应急部门在短时间内模拟出真实可靠的浓度分布区域,对毒气泄漏事故的应急有一定的实际参考价值和指导意义。     

基于POI大数据的开封市城市功能扩张与演替特征分析

以POI为代表的社会感知数据为精细尺度城市空间结构研究提供了新思路，然而，POI数据与传统光学遥感数据的关系、长时序POI数据表征的城市功能空间扩张与演替特征还有待进一步挖掘。因而，本文以开封市主城区为例，采用2005—2020年POI数据，通过构建城市街区尺度功能集聚-扩散分析框架，利用空间统计指标和区位熵指数分析城市功能的演替特征与复合功能变化。结果发现：(1) 2005—2020年开封市城市社会经济活动呈逐渐增长的扩张态势，活动空间的面积扩张了11.26 km2，年均扩张速度由2005—2015年的3.5%提升至2015—2020年的5.1%；(2)城市各种活动的集聚、扩散过程造成不同功能的演替变化，其中开封市商服功能集聚程度较高，虽然受到新城区商业中心扩散的影响，单中心的城市发展模式依然没有发生变化；(3)具有复合功能的城市街区不断增多，对单中心的城市结构形成有益支撑。复合功能较强的街区主要分布在活力高、居民生活较为便捷的区域。本研究不仅能为城市空间规划的研究提供理论和技术支撑，也为城市更新、可持续发展以及国土空间规划提供新的思路。     

北京市四环内街区尺度下的主题混合模式挖掘

城市是多样性聚集的场所,且多元化和差异性日益增强,故探究土地混合利用具有一定的现实意义。现有的土地混合研究大多以POI（Point of Interest）为研究基础,着眼于城市主题的研究较少。本文采用百度POI数据,在街区尺度下考虑POI共现以提取主题,并挖掘北京市四环内的主题混合模式,其结果可以为城市规划及其建设提供参考。首先,采用LDA（Latent Dirichlet Allocation）主题模型得出街区的主题向量以及主题的POI共现模式;其次,引入多样性指数对街区的混合度进行度量,并依据自然断裂法将街区分为高混合街区、中等混合街区、低混合街区3类;最后,为了探究3类街区中的主题混合模式,先采用多元线性回归找出不同类街区中对混合度影响显著的主题,在此基础上对街区中的混合模式进行提取。结果表明：高混合街区的主题混合模式都是茶座餐厅主题与其他主题的混合;中等混合街区中的混合模式大多是以公司企业主题与住宅（商铺）主题再结合其他主题的混合;低混合街区中最典型的2种模式是茶座餐厅主题主导与风景名胜主题主导的接近单一的模式。不同的模式也体现了不同混合区的特征及其之间的差异,有助于对城市深度理解,从而为混合城市的建设提供参考。     

城市天然气管网火灾定量风险分析系统研究与实现

随着城市天然气管网大面积铺设和投入使用,管线的安全风险问题日益突出。相关天然气泄漏、火灾、爆炸等事故对民众财产和人身安全产生了严重威胁。针对这一问题,基于GIS技术提出了一套燃气管网定量风险分析模型,结合燃气泄漏引发建筑物火灾的特殊背景下,提出适用的城市火灾蔓延模型,借助C#编程与ArcGIS Engine平台,开发一套城市天然气管网火灾定量风险分析系统。试验结果表明,本文系统有效地预测事故可能发生区域以及事故影响区域,并对发生火灾概率较大的区域实现蔓延模拟,从而预先对存在事故隐患的区域进行重点风险评价、安全教育乃至整个城市的二次规划和重建,有效抵御事故的发生,防患于未然。     

突发性大气污染事故应急监测系统的设计与开发

本文对突发性大气污染事故应急临测系统的总体需求、体系结构、功能模块和关键技术进行了分析.通过分析突发性大气污染事故应急监测工作业务流程,提出系统的建立需在存储和管理多种应急监测相关数据的基础上,并与应急监测业务保持一致.为保证系统的高安伞性、实时性与可靠性,采用部署在局域网内的客户机/服务器体系结构.本文详细阐述了系统...     

多源综合感知在城市供水管道泄漏测量的应用研究

供水系统已经成为城市建设必不可少的重要设施。但由于管道腐蚀、老化和人为破坏等,管道泄漏问题日趋严重,事故频率持续上升。传统的单一管道测量技术由于受地下环境干扰、探测精度低等问题,无法精确定位泄漏位置,极易造成管道管理混乱、事故频发、水资源浪费等问题。将韶关市已有手段、设备集成,实现一种多源感知融合的测量方法,可解决供水管道泄漏检测效率与精度问题,实现智慧水务供水管道的快速预警和精确定位。     

街道尺度下北京城市公共体育设施空间配置研究

城市公共体育设施的分布特征与可达性、公平性等空间配置直接关系到基本公共服务的均等性与城市空间结构的完整性。本文以北京市为例,以POI数据表征城市公共体育设施,运用核密度估计、最近邻指数、改进型两步移动搜索法以及覆盖度指数等分析方法,研究北京街道尺度上城市公共体育设施的空间集聚特征及供需视角下的可达性与公平性。结果表明：(1)改进型两步移动搜索法考虑了不同等级城市公共体育设施的供给规模与“15 min生活圈”理念下的居民出行距离,适合街区级与社区级体育设施可达性分析,中心城区街区级与社区级设施空间可达性较高;(2)北京各级城市公共体育设施具有显著的空间集聚趋势,地区级设施表现为“点状集聚、面状分散”趋势,街区级总体呈现出“核心-边缘”式特征,中心城区供给数量多,周边地区配置少;社区级设施为“小集聚、大分散”模式,空间分布均匀;(3)北京社区级城市公共体育设施覆盖度高的街道最多,空间配置最为均衡,街区级设施覆盖度指数高的街道较少,覆盖范围相对有限。研究结果可为北京城市公共体育设施的规划编制与优化布局提供参考。     

基于手机信令数据的北京市空间品质时空动态分析

提升城市功能,增强城市承载力成为城市规划发展的新目标,城市空间品质研究已经成为目前城市规划研究的重点和难点,但是目前空间品质的研究存在动态连续性和空间精确性不足的问题。本文基于手机信令数据获取的城市内部全天的动态人口信息,以街区为尺度定量评价北京市五环内不同功能类型街区的空间品质指数一天内的动态变化,并进行时空分布特征、变化模式以及与人口活跃度关系的分析。结果表明,北京市五环内空间品质随人群活动的变化存在不均衡性,且在时间、空间、功能性质方面存在显著的分化。具体为：空间上城市内环与外环、城市南部与北部的品质差异显著;时间上大体呈现“陡降-低值稳定-陡升-高值稳定”的不稳定趋势;不同功能类型上有着特殊的变化模式,并且功能区之间的空间品质均值差距较大,夜晚街区的居住空间品质在城区内存在明显的等级差异性。这些结果为微观尺度下城市的资源分配和合理规划发展提供了参考和建议。     

GIS在城市规划编制中的2个应用--原理、方法和实例

地理信息系统的应用领域日趋广泛和深入。本文讨论了GIS在城市规划编制工作中的2个应用,即街区建筑技术经济指标的统计分析和城市适宜建设用地数量和空间分布的分析。街区建筑技术经济指标的统计分析能够为确定街区改造方式、改造次序等提供可靠的、数量化的依据,城市适宜建设用地数量和空间分布的分析则可以为确定城市合理的发展规模和城市空间布局提供有力的依据。     

GIS在公共安全领域的应用

20世纪下半叶以来,公共安全领域事故频繁发生,给全球带来巨大经济损失和人员伤亡,在公共安全领域建立科学的预警、评估和应急决策系统势在必行。GIS提供的多源数据集成能力、强大的空间分析能力和辅助决策能力在公共安全的预警预报、监测、灾情评估中发挥了重大作用。本文首先简单介绍了GIS在公共安全领域的应用现状,然后详细论述了GIS中常用多源数据的集成算法、缓冲区分析、叠置分析、最佳路径算法及数据仓库的概念并举例说明在公共安全领域中的应用,最后分析总结了GIS技术在公共安全领域应用中存在的主要问题。     

基于地形数据的长距离越野路径快速规划方法研究

越野环境下机动车辆的快速路径规划在野外搜救、应急抢险及军事作战等领域均具有重要意义,在以上场景中,随着空间维数的增加,传统路径搜索算法计算复杂性急剧增长,可能无法在既定时间内求解可靠路径。为解决上述不足,本文结合越野路径规划不受路网通行限制以及两点之间直线最短的特点,提出以方向指向作为搜索策略的启发式算法,该算法搜索效率大幅提升,却难以保证求解质量。为进一步提高求解质量,提出了带有方向指向的Dijkstra分段算法,该算法在较低精度环境模型下通过Dijkstra算法找到最优路径,并将该路径进行分段,各分段以方向指向作为搜索策略进行路径搜索,从而在长距离越野路径规划中快速规划通行方案。为验证该算法的有效性,本文利用山西省某市的数字高程模型数据进行实验,引入了窗口移动法对地形进行先期的坡度计算和通行性分析,构建越野环境模型,调用路径搜索算法进行规划。实验结果表明,本文所提算法相比Dijkstra算法计算效率得到了大幅提升,且规划路径的长度接近于最优解。     

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。     

基于改进蚁群算法的无人机低空公共航路构建方法

日益增加的无人机数量和飞手自由规划航线给航空安全带来极大隐患。构建一个安全、高效的航空飞行环境,可以为无人机活动设立隔离空域,并在隔离空域内规划无人机低空公共航路,以提高低空空域利用率,为无人机交通管理提供决策依据。本研究充分考虑无人机近地表飞行及其即时通讯等特点,以天津市为例,基于地理信息技术构建以多源地理空间数据为基础的无人机低空飞行环境,包括低空蜂窝网络环境、大气环境和政策空域环境等,并改进传统蚁群算法以搜索无人机最优路径,得到该区无人机低空公共航路网。研究结果表明,改进的蚁群算法大大提高了路径搜索效率,满足无人机航路规划的高时效性、动态更新等要求;并且天津市航路长度符合市场上现有的无人机最远航程要求,基本满足现有的无人机运输要求。本研究描述的无人机低空公共航路研究的核心算法和关键技术,可以为无人机管控系统提供核心技术支撑。     

面向中国洪涝灾害应急监测的无人机空港布局

当前洪涝灾害对社会的经济发展和人民生命财产安全构成严重威胁。无人机机动、灵活,安全性高,可迅捷甚至实时获取灾区影像,对灾情的快速评估和应急救援决策意义重大。遥感无人机在洪涝灾害救援中能够发挥的重要作用已得到广泛共识,但是由于灾害的突发性,缺乏就近部署的资源制约了无人机遥感观测和救援作用的发挥。针对突发灾害,在区域和全国范围内建立起一定的无人机遥感应急体系成为国家面向未来正在考虑的选项。基于此,本研究提出了基于中国科学院的野外台站构建全国无人机遥感观测网的设想。本研究以中国防范洪涝灾害等级分布数据、行政区划数据、中国科学院野外台站分布数据和当前无人机性能数据库为数据源;以行政区划离散并提取的中心点作为需求点,台站作为设施点,不同洪涝等级区域内需要无人机进行应急观测的重要程度作为权重,利用最大覆盖选址模型进行空港选址布局;利用成本-效益曲线确定台站的最佳数量,最终从268个台站中选取出81个作为支撑全国洪涝灾害无人机遥感观测网络的无人机空港。无人机空港布局结果在理论上能够实现对中国绝大数突发洪涝灾害在2 h内初步完成洪涝观测,这对于构建中国空天地一体化的洪涝灾害监测体系具有重要意义。同时,本研究中的方法和成果对于进一步构建行业和综合性的全国无人机遥感观测网也具有一定借鉴和参照意义。     

台风风暴潮情景构建与时空推演

因台风风暴潮的突发性、情景演变时间的连续性和路径的不确定性,导致应急决策者在应急救援中难以做出正确决策,针对这一现状,将“情景—应对”应用在台风风暴潮应急决策中。本文在分析台风风暴潮情景、情景要素的概念模型基础上,首先通过资料搜集、属性识别等方法提取关键情景要素,采用框架表示法构建情景;然后分析台风风暴潮情景演变规律及演变路径;其次通过动态贝叶斯网络法构建台风风暴潮动态情景网络;最后利用先验概率与条件概率计算情景状态概率,实现了台风风暴潮的关键情景推演。本文以2018年9月16日11时至17时山竹台风对广东省沿海城市影响为例,演示了台风风暴潮的情景推演流程及关键技术。实证分析结果表明,溃堤、海水倒灌、洪水、滑坡发生的概率分别为85%、81%、74%、54%,验证了情景推演在风暴潮中应用的合理性。     

“山东疫苗事件”应急反应能力时空分析

突发公共卫生事件影响范围广且对公众健康危害严重。疾病预防控制中心（CDC）作为中国疾病预防控制与公共卫生技术管理和服务的重要机构,其对突发公共卫生事件的应急反应能力会直接影响应急处置效果,而及时反应可以在第一时间为民众提供有效信息,在最大程度上减少突发事件造成的恐慌,因此,科学地评价CDC部门对突发公共卫生事件的应急反应能力十分重要。本研究以2016年3月18日在山东省发生的非法疫苗事件为例,收集了事件发生后各地级市CDC部门官网上公布的相关信息,并采用时空分析的方法,对中国地市级CDC部门突发公共卫生事件应急反应能力进行了评价。研究方法包括对疫苗事件各地市CDC部门的反应速度和内容的时空可视化分析,以及基于空间扫描统计量方法的CDC部门疫苗事件应急反应的空间聚集性分析,结果显示中国各地CDC部门信息化建设存在地域不均现象;西南地区CDC部门官网对突发公共卫生事件反应明显比其他区域迅速,且具有显著的空间聚集性;山东省和河南省作为疫苗事件中问题疫苗的流通大省,是此次事件的高风险区域,但是其CDC部门的反应速度较慢,对突发公共卫生事件的应急反应能力较弱。     

Vulnerability of large city and its implication in urban planning: A perspective of intra-urban structure

Vulnerability is a new field and analytical tool in the study of urban safety. Analysis and assessment of vulnerability provide a new basis for urban planning. This study constructed a quantitative index system for assessing vulnerability, based on the city’s sensitivity and emergency response capacity. City size, density, and spatial form influence a city’s sensitivity to crises and risks, to which vulnerability is positively related. Levels of socio-economic development, infrastructures, and emergency management contribute to a city’s emergency response capacity, with which vulnerability is inversely associated. Vulnerability of 19 large Chinese cities was assessed. Harbin and Shenzhen demonstrated the highest and lowest vulnerability among 19 cities, while Beijing, Shanghai and Guangzhou ranked the 5th, the 9th and the 12th. Spatially, northern cities tended to be more vulnerable than southern cities. And the differences in vulnerability among cities were explored based on cities’ physical geography conditions, level of socio-economic development, infrastructures, regional status, history of disaster, history of urban planning and development, government policies, etc.     

S-SARⅡ技术的崩塌临灾应急监测原理及其应用

崩塌灾害具有高隐蔽性、强突发性、重危害性等特点, 其预警监测是各类重大基础工程准备阶段以及施工期间的重要研究工作, 同时也是崩塌临灾监测救援现场指挥工作的重要科学依据。结合地基合成孔径干涉雷达技术(GB-InSAR)和最新的MIMO技术, 将应急边坡救援雷达S-SARⅡ的系统量程扩大了60倍, 并通过监测内蒙古某矿场主矿坑西南帮崩塌隐患点生成雷达形变图, 结合三维高程模型DEM以及多种预测模型预测崩塌发生时间。结果表明, S-SARⅡ精准地确定了形变区域及形变量, 并预测崩塌发生时间为8月29日9∶32-10∶27之间, 最终崩塌发生时间为8月29日10点26分。因此, S-SARⅡ准确预测了崩塌灾害的发生时间, 最大程度地保障了矿区的生产安全, 并通过实际应用分析证明, 优化后的S-SARⅡ的系统量程得到了数量级提升, 满足崩塌监测的需要, 且以S-SARⅡ为代表的遥测预警技术在地质灾害险情处置和应急救援中具有明显的技术优势。      

面向山地徒步应急救援路径规划的改进蚁群算法研究

当消防事故发生在无明显道路或道路稀疏的野外复杂山区时,如何在复杂山地环境中规划安全、快速通过的路线至关重要。针对蚁群算法在复杂山地路径规划中容易陷入局部最优以及搜索时间较长的问题,本文提出一种适用于细粒度野外山地环境的徒步应急救援路径规划算法。本文首先根据已有文献分析地表信息与人类运动速度之间的关系,综合地表灌木盖度与地形坡度因素设计寻优算法的目标函数和启发函数;接着采用定向范围视野的蚂蚁搜索方式,决定蚁群算法寻优过程中每一步的网格选择;最后采用拉普拉斯分布调整初始信息素、添加隔离信息素、融合遗传算子与分组更新常规信息素的方法改进蚁群算法。将算法应用到400×400、1000×1000、5000×5000、10 000×10 000网格数的野外山地环境进行实验对比,实验结果表明,采用定向范围视野与优化启发函数的各蚁群算法在四组实验中均能得到可行路径,验证了方法的有效性;本文算法求解的路径质量优于另外三种算法,在四组实验中分别提高了0.52%～4.95%、4.71%～5.39%、2.26%～13.11%、3.84%～9.16%;此外,在野外三维山地环境中,定向范围视野的搜索方式缩减了搜索...