暴雨内涝影响下的城市道路交通拥挤特征识别

近年来,暴雨内涝频繁发生,常引发严重的城市交通拥堵问题。本文利用自主开发的宏观交通模拟工具,模拟了上海市中心城区50年一遇和100年一遇暴雨强度情景下每条路段的小时交通量,通过计算道路饱和度,研究了不同强度暴雨内涝对中心城区高架出入口和重要道路拥挤程度的影响。结果表明：①100年一遇暴雨内涝对上海市中心城区道路交通服务能力影响显著,可导致7个高架道路出入口关闭,部分出入口严重拥堵;②暴雨内涝对道路拥堵状况影响的差异性明显,变拥挤路段占道路总里程的13.35%,其中一级道路的拥挤程度变化最为明显,如：大连路、武宁路,周家嘴路和长寿路等主要路段服务水平下降。     

基于情景模拟的上海中心城区道路的内涝危险性评价

内涝是影响上海的主要灾害之一。利用历史灾情初步探讨上海内涝产生的规律,多角度对其产生原因进行分析的基础上,通过两次典型内涝情景证实,排水设施滞后是上海市暴雨内涝频繁发生的主要原因。基于情景模拟方法,在设置典型暴雨内涝的前提下,构造模型对上海中心城区道路的内涝灾害危险性进行评价,结果显示,徐汇区道路面临内涝的形势最为严峻,虹口、普陀、闸北与长宁道路的内涝危险性也较大,相对而言,杨浦、黄浦、静安和卢湾的道路内涝危险性较小,总体呈现出外围行政区道路发生内涝的可能性较大的分布特征,这与实际情况基本符合。     

城市暴雨内涝综述：特征、机理、数据与方法

建成环境的高空间异质性与致灾过程的复杂性给城市暴雨内涝研究带来巨大的挑战,具体表现为模型代表性不够、计算效率低、基础数据和验证数据匮乏。以机器学习为代表的人工智能技术、高分遥感和互联网大数据的快速发展则为城市暴雨内涝研究提供了新的契机。论文结合人工智能、高分遥感和互联网大数据等新技术发展,从特征、机理、数据与方法4个维度对暴雨内涝的研究现状和发展趋势进行了系统总结,主要结论包括：① 暴雨内涝具有短历时性、空间散布性、连锁性和突变性,其热点呈现空间上的动态迁移特征。② 降雨时空特征和城市化程度决定暴雨内涝灾害的量级,地形条件尤其是微地形则决定发生位置和内涝频率。地形控制作用指数(topographic control index, TCI)对暴雨内涝发生位置具有良好的指示能力。③ 排水管网、高精度地形和不透水面分布是暴雨内涝模拟的关键基础数据;降雨过程的高时空变异性是暴雨内涝近实时预报预警的主要瓶颈,需要充分利用天气雷达观测提高其精准度;互联网众包大数据是获取高空间覆盖度暴雨内涝灾情信息的新途径,但也面临不同类型信息融合、提炼和质量控制的挑战。④ 结合水动力模拟与机器学习可建立兼具物理基础和计算效率的暴雨内涝模拟方法,是实现近实时模拟与快速预报预警的有效途径。     

城市内涝灾害受灾人口评估方法与实证研究：以哈尔滨市道里区为例

城市内涝灾害频发,对居民生命安全造成严重威胁,为提高城市内涝灾害受灾人口评估精度,提出一种更为精确的受灾人口评估方法。以哈尔滨市道里区为研究区,以城市内涝灾害受灾人口为研究对象,运用一、二维非恒定流为主控方程,构建城市内涝数值模拟模型,并结合受灾人口分布特点,综合构建基于土地利用的人口随时间变化的计算模型。实现在模拟内涝灾害影响范围基础上,利用受灾人口计算模型提取白天与夜晚受灾人口分布情况。结果表明：研究区在百年一遇降雨情景下,有25条街道会发生不同程度积水,积水深度范围值为0.10~1.42 m;此级别内涝灾害在白天11条街道受灾人口数量最大值达到3 500人,夜晚10条街道受灾人口数量最大值为720人。     

暴雨内涝情景下城市消防服务可达性的精细化评估

为了揭示城市暴雨内涝灾害对应急响应服务功能的影响,论文基于高精度城市洪涝模型(FloodMap)和增强型两步移动搜寻法(E2SFCA),对暴雨内涝灾害影响下上海市中心城区消防服务可达性进行精细化评估。研究结果表明：① 百年一遇暴雨内涝情景下,内涝最严重时积水深度超过50 cm的淹没范围整体呈现“西高东低”分布态势,淹没总面积约1.5 km²,可导致471条路段(约占路网全长5.11%)通行受阻。② 上海市中心城区消防服务可达性的空间差异比较显著,大体呈现出由黄浦江两岸向西北和东南方向递减态势,但在一天中的不同时段,可达性空间格局变化并不明显。③ 与正常天气条件相比,暴雨内涝情景下不可达单元(250 m×250 m)数量显著增多,夜间低峰、早高峰、白天平峰和晚高峰时段分别增加36.32%、35.89%、39.07%和32.01%;从暴雨内涝的过程(全程120 min)上看,在雨峰后半段((30, 45] min)不可达单元数量最多,消防服务可达性的空间差异程度最大。④ 消防服务可达性表现出一定程度的空间集聚特征,其中高值聚集区(“高—高”型)主要位于黄浦江两岸以及浦西边缘地区,低值聚集区(“低—低”型)主要位于西北和西南区域,这2类聚集区呈“团块状”分布,而“高—低”型和“低—高”型集聚均不显著。⑤ 研究区内消防服务可达性与需求的空间失配现象(“低需求—高可达”或“高需求—低可达”)较为明显,而暴雨内涝会加剧空间失配问题。研究结果可为提升城市洪涝灾害管理与应急响应服务的精细化水平提供科学依据。     

基于路况数据的城市道路交通事件点检测

城市道路交通事件检测是道路交通智慧应急系统的关键技术之一。针对当前难以自动检测交通事件问题,提出了一种利用路况数据发现造成交通拥堵的交通事件检测方法。首先,分析空间维和时间维下的路况异常模式,并利用交通事件在时间和空间上的相关性提取交通事件点;进一步计算交通事件的持续时间,根据持续时间的长短对交通事件划分预警等级,为交通管理部门的应急部署提供决策支持。运用郑州市252个拥堵路段的路况数据进行实验分析,检测交通事件点的完整率为84.85%。经验证,在检测高峰期城市快速路和主干道的交通事件点时,该算法具有较高的检测率,对高峰期和平峰期城市快速路的交通事件误报率均较低。     

城市建设对暴雨内涝空间分布的影响研究——以武汉市主城区为例

城市内涝灾害频繁,用地开发与空间扩张被普遍认为是其致因之一。对比武汉市遥感数据,1984—2017年,超过30%的自然水体被填占开发,城市建设开发活跃、填湖造陆强度大。论文以武汉市为例,采用二项Logistic模型,定量分析不同降雨强度情景下的内涝影响因素。研究表明,填湖造陆将极大地增加极端降雨情景下城市滨水区域的内涝风险。城市地形地势、排水管网条件、用地类型以及邻域用地结构等因素,也直接影响内涝风险。基于2种不同的用地开发策略,预测城市内涝风险结果显示,城市用地的不当开发将引致严重内涝风险。依据内涝风险的空间分布预测结果,论文提出了相应的改善策略,以为科学地制定防涝减灾规划提供参考。     

中国陆路交通干线自然灾害风险刍议

中国经济的快速发展,使陆路交通的密度、长度和搭乘陆路交通工具的物资和人口流动规模日益增加,交通客流和物流的增多也使遭遇自然灾害的风险进一步加大。通过数据统计、GIS方法,对我国陆路交通干线(公路、铁路)的密度和过去死亡人口和自然灾害损失的模数进行叠合分析,认为在自然灾害频次和灾种呈上升趋势的背景下,陆路交通干线的极端灾害事件日益增多,中国自然灾害的风险因子在地域分布上中、东部高,西北部低。我国目前众多的极端灾害事件对交通干线的影响,是因为对交通干线的风险因子识别研究不足,应该从节点城市、干线路段和区域交通网络三个方面对陆路交通干线自然灾害的风险展开研究。     

基于情景模拟的上海中心城区建筑暴雨内涝脆弱性分析

暴雨内涝灾害是上海市最主要的自然灾害类型之一。在全球气候变化与海平面上升背景下,随着城市人口、财富的不断积聚,沿海城市的脆弱性增强,面临的暴雨内涝灾害风险形势更加严峻。基于情景分析视角,结合前人研究成果,分析、评价上海中心城区建筑暴雨内涝灾害脆弱性。结果显示:仓库与旧式住宅是暴雨内涝灾害中脆弱性程度最大的建筑类型。整体上,杨浦、普陀、徐汇区建筑脆弱性程度最大,长宁、虹口、闸北建筑脆弱性程度处于中等水平,卢湾、静安与黄浦区建筑脆弱性程度相对较低。     

基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估

自然灾害情景模拟与风险评估是灾害研究的核心内容和热点问题之一,但城市自然灾害风险评估至今却缺乏统一的程序与范式。本文选择了城市频发的暴雨内涝灾害为研究对象,结合上海市静安区实证研究,提出了一套基于小尺度的城市暴雨内涝灾害风险评估的思路与方法。基于灾害风险的基本理念,从致灾因子分析、脆弱性分析和暴露分析三方面入手,探讨不同情景下的小尺度城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险表达方式;提出了小尺度城市暴雨内涝灾害风险评估宜采用情景模拟和综合分析方法,充分考虑城市的内部地形特征、降水、径流和排水等因素,创建一个基于GIS栅格的城市内涝模型,并基于多种重现期灾害情景,更客观地模拟内涝积水深度和淹没面积;采用多次实地调查获得的内涝损失数据,拟合出居民房屋和室内财产的灾损曲线;利用灾损曲线评估脆弱性、暴露要素和损失,建立超越概率-损失曲线,创建了基于GIS栅格城市暴雨内涝灾害的风险评估模型与范式,为制订城市暴雨内涝灾害风险管理和规划奠定了基础。这亦为进一步开展小尺度城市自然灾害情景模拟和风险评估研究提供了一种新探索。     

降雨天气下城市道路速度变化的差异及其影响因素

以深圳市雨量监测数据和大规模出租车GPS数据为数据源,计算城市各道路在雨天相对于晴天同时段速度的变化率。结果发现,降雨并不总是造成道路速度下降,研究区中约30%道路的速度会有不同程度的上升。运用多元线性回归模型分析降雨量、道路等级、车流量、晴天同时段的速度等影响因素在速度下降和速度上升两类道路上的作用差异。结果表明,对于速度下降的路段,降雨量、晴天同时段的速度、雨天车速的变异系数及车流量越大,道路速度越易受影响,下降幅度越大。公交站点的数量增加有助于缓解道路速度下降的幅度。道路等级不显著而道路在晴天同时段的速度显著,表明降雨天道路速度下降的程度与其在正常交通条件下的实际通行速度之间的关系更紧密。对于速度上升的路段,降雨量、雨天车速变异系数越大,道路速度上升幅度反而越大。晴天同时段的速度越低的道路,其速度有更大的上升幅度。     

中国短历时和长历时暴雨对总暴雨贡献的空间差异性研究（1961-2015）

采用1961-2015年659站日值降水数据,以持续1d和持续2d及以上暴雨作为短和长历时暴雨标准,分析不同历时暴雨变化趋势,结果表明,中国总降雨、总暴雨和短历时暴雨从东南沿海向西北内陆依次呈“增-减-增”的分布特征,且整体以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨则呈现出“增-减”的分布特征,且整体以减少趋势的站点占主导,并且检测出中国自东北向西南存在一条变干带。同时中国总暴雨对总降雨、长历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南高-西北低”的分布特征,而短历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南低-西北高”的分布特征。中国总暴雨对总降雨、短历时暴雨对总暴雨贡献的变化趋势呈现出“增-增减镶嵌-增”的分布特征,且以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨在东部沿海地区呈现出增减镶嵌的趋势,而西北内陆地区呈略微减少趋势,且以减少趋势的站点占主导,也检测出自东北向西南存在一条气候过渡带并与上述变干带基本重合。     

热带气旋降水模拟研究进展

中国是遭受热带气旋灾害最为严重的国家之一,准确的降水模拟对于开展热带气旋灾害风险评估有重要意义。本文从热带气旋灾害风险评估的视角,将降水模拟分为基于极值理论的降水极值模拟、基于站点的降水时空模拟和基于热带气旋路径的降水事件模拟3大类;根据风险评估对降水模拟的需求,从模型构建、发展及其特点等方面对3类模型进行分析评述;进而提出面向风险评估的热带气旋降水模拟,应兼顾降水模拟的一般性和热带气旋暴雨模拟的特殊性,平衡处理降水模拟结果的准确性、统计量的可靠性和计算量问题。以极值理论对降水极值模拟为基础,充分发挥降水时空模拟在处理长时间降水序列中的优势,并加强热带气旋降水的理论研究,进一步完善热带气旋降水事件的模拟模型。     

基于路网相关性的分布式增量交通流大数据预测方法

针对城市道路拥堵问题的日益加剧的问题,智能化城市交通管理平台是缓解拥堵问题的有效方法,利用交通流大数据预测结果进行交通诱导,能够指导用户调整出行方案,有效缓解交通压力。研究了交通流大数据的分布式增量聚合方法,对海量交通流数据进行清洗统计,为交通流预测提供数据基础,基于交通流在路网中上下游路段的相关性分析,利用路口转弯率多阶分配将该相关性量化,构建基于路网相关性的空间权重矩阵,完成对于STARIMA模型的改进。通过应用试验证明,该方法能更准确的进行交通流预测,为交通诱导信息发布提供依据。     

河流洪涝对城市公共安全应急响应能力的影响研究——以上海市外环以内中心城区为例

以上海市外环以内中心城区作为研究区域,采用洪涝情景模拟与GIS网络分析相结合的研究方法,评估了当前以及未来不同重现期河流洪涝情景下城市公共安全（110）应急响应能力。研究结果表明：在洪涝情景下,部分城市路网瘫痪、交通中断,应急车辆无法通行,公安应急服务空间可达性范围较正常情况明显变小,应急响应能力降低;由于高脆弱性区域（棚户区）主要位于黄浦江沿岸地区,江水漫溢导致淹没路段较多,因此部分棚户区的救援时间会出现延迟甚至失去应急救援服务。通过对河流洪涝情景下城市公共安全（110）应急响应能力的评估研究,可为城市洪涝灾害应急响应部门制定预防与应对措施提供理论和科学依据,具有重要的现实意义。     

城市化对北京市极端气候的影响研究

利用北京地区20个气象站点35年（1980—2014年）的逐日降水、气温资料和社会经济、人口、土地覆被以及夜间灯光遥感的栅格数据,通过聚类分析和层次分析相结合的方法将站点分类,对北京市城市化进程中的极端气候变化趋势和城市化影响的响应进行了分析。结果表明：北京市整体的极端冷事件呈减少趋势,极端暖事件呈增加趋势,极端降水事件没有明显变化趋势;城市化对极端温度事件有着显著的影响,相对于乡村站点来说,城市化使得极端冷事件减少的更快,极端暖事件增加的更快,造成城市的气温日较差明显变小;城市化对极端降水的影响虽不显著,但在乡村站点年降水量总量和降水日数减小的趋势下,城市化造成城市降水总量和降水日数均多于乡村,减缓了连续无降水日数的增长趋势,同时城市的极端降水有向更加极端的情景发展。     

面向地震应急准备的居民地遥感提取及量化分析

运用灰度共生矩阵、数学形态学等方法提取新疆新源地区高分一号2 m分辨率影像居民地信息,运用目视解译、影像叠加分析、缓冲区分析等方法,进行居民地量化分级,为地震应急准备提供数据支持。结果表明：研究区在地震烈度为Ⅷ度及以下区域,埋压主要集中在单层结构为主的建筑区;当地震烈度高于Ⅷ度且造成多层建筑大面积倒塌时,县城等人口密集区为首要救援区;在地震应急准备时,应对交通条件三等区和交通条件四等区重点关注,增加应急物资储备点,对山区居民地,应考虑道路毁坏情况,转换救援方式,做好应急预案。     

城市不透水面与降雨径流关系研究

城市不透水面增加对降雨径流关系有着重要的影响,本研究选择位于福州城区内的厦坊溪和解放溪2个流域,在流域尺度上研究现状和城区未来扩展过程中对应的不透水率及其与降雨一径流关系．研究结果表明不透水率与径流系数在不同降雨情况下都成正相关的线性关系,尺。达到0．9以上;随着降雨量的增大并伴随着前期湿润度由干到湿变化,虽然不透水率对地表径流的影响有所弱化,但整体而言,城市不透水面的增加导致相同降雨情况下径流系数增加,并增大城市排水系统负担．利用研究结果,论文最后从保护河网水系、合理规划城区发展、完善排水系统和加强绿地系统建设等方面对城市规划提出建议．     

基于手机基站数据的城市交通流量模拟

基于移动定位数据的城市内社会经济活动特征分析是人类移动性的重要研究内容,而交通流量更是这些特征的基本反映。为还原城市道路网络的使用情况并分析其分布特征,本文从产生交通流量的个体出发,对包含基站位置的手机话单数据进行系统抽样,利用蒙特卡洛方法产生个体的出行起止点,并结合当地道路交通网络求得最短路径,最后估算出一天内道路交通网络上的流量分布。通过分析发现：城市内大部分道路的流量小,使用率低,大部分交通流量集中在小部分主干道路;进一步统计分析可知,当地道路交通流量符合20/80规律,即大约20%的道路承担着80%的交通流量;而对不同类型的道路,流量分布也反映出其在城市道路网络中的地位和作用。此研究对于历史交通流量分布的重现、城市道路交通模式的研究以及基于此的道路网络规划情景模拟都有着重要意义。