超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持技術(shù)研究

黃 艷，李昌文，李安強(qiáng)，王 強(qiáng)，朱思蓉

（1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010；2.長(zhǎng)江信達(dá)軟件技術(shù)（武漢）有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010）

1 研究背景

我國(guó)洪災(zāi)頻繁，巨災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)集中。1949年以后，我國(guó)經(jīng)過(guò)大規(guī)模水利建設(shè)，主要江河流域防洪體系不斷完善、整體防洪能力顯著提高，常遇洪水得到有效控制，但特大洪水的威脅依然存在，一旦遭遇超過(guò)防御標(biāo)準(zhǔn)的洪水，現(xiàn)有堤防、水庫(kù)等手段仍不能完全控制，需通過(guò)蓄滯洪區(qū)分洪、洲灘民垸（灘區(qū)）行洪、低標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)區(qū)破堤納洪等措施臨時(shí)攔蓄部分洪水，降低洪水風(fēng)險(xiǎn)，減輕災(zāi)害損失，保障重點(diǎn)防洪對(duì)象安全。受全球氣候變化與人類活動(dòng)交互作用及影響，發(fā)生大洪水[1]并導(dǎo)致堤防潰決、突發(fā)崩岸、堰塞湖等需迅速轉(zhuǎn)移高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)人口的“黑天鵝”事件概率增大[2-4]，超過(guò)流域防洪工程體系設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水（簡(jiǎn)稱超標(biāo)準(zhǔn)洪水）災(zāi)害形勢(shì)日趨復(fù)雜。洪水威脅對(duì)象、孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子、承災(zāi)體脆弱性與暴露量、成災(zāi)模式與損失構(gòu)成、洪水風(fēng)險(xiǎn)特性等均發(fā)生了顯著變化[5-7]，人口財(cái)富集聚效應(yīng)導(dǎo)致洪災(zāi)規(guī)模不確定性劇增[8]，河流行蓄洪空間日漸減少[9-10]，遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，“蓄與泄”與“守與棄”面臨兩難困境[11-12]，加劇了超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險(xiǎn)的艱巨性和復(fù)雜性。洲灘民垸、蓄滯洪區(qū)、防洪保護(hù)區(qū)都存在受淹人群轉(zhuǎn)移避險(xiǎn)的可能性，亟待深入研究各區(qū)域的防洪應(yīng)急避險(xiǎn)方案。

應(yīng)急避險(xiǎn)是應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水的重要非工程措施，包括避險(xiǎn)規(guī)劃、準(zhǔn)備、預(yù)案、預(yù)警感知、疏散撤離、救援避險(xiǎn)和個(gè)人避洪等內(nèi)容[13]。防洪應(yīng)急避險(xiǎn)具有較強(qiáng)的時(shí)代特征，我國(guó)傳統(tǒng)意義上通過(guò)敲鑼、廣播等方式進(jìn)行預(yù)警和疏導(dǎo)轉(zhuǎn)移，與不斷涌現(xiàn)的新一代信息技術(shù)相比，現(xiàn)有科技儲(chǔ)備不足，如對(duì)變化環(huán)境下超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行快速預(yù)判[14-15]等基礎(chǔ)理論及技術(shù)停留在研究和規(guī)劃層面，由于數(shù)據(jù)、計(jì)算方式等限制，在實(shí)時(shí)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)用較少；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)人群精準(zhǔn)識(shí)別與實(shí)時(shí)預(yù)警[16-17]、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案優(yōu)化[18-19]等關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)知還不深入，應(yīng)急避險(xiǎn)科技支撐能力尚需提升。

2 防洪應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持問(wèn)題分析

2.1 現(xiàn)有防洪應(yīng)急避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方式和技術(shù)目前，我國(guó)編制了各大流域防御洪水方案、干支流洪水調(diào)度方案，國(guó)家、流域、省、市、縣級(jí)防汛應(yīng)急預(yù)案，蓄滯洪區(qū)運(yùn)用應(yīng)急預(yù)案、防御山洪災(zāi)害預(yù)案等專項(xiàng)預(yù)案，以及水利工程防洪調(diào)度預(yù)案、防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水預(yù)案、江心洲人員撤退預(yù)案、重點(diǎn)防洪城市應(yīng)急預(yù)案、水庫(kù)防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案等區(qū)域預(yù)案，防洪保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)、洪泛區(qū)、中小河流、城市等重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。2020年，各流域編制了超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案；為指導(dǎo)上述工作，頒布了《洪水調(diào)度方案編制導(dǎo)則》《水庫(kù)調(diào)度規(guī)程編制導(dǎo)則》《蓄滯洪區(qū)運(yùn)用預(yù)案編制導(dǎo)則》《防洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則》《潰壩洪水模擬技術(shù)規(guī)程》《堰塞湖應(yīng)急處置技術(shù)導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

在經(jīng)常遭受洪水威脅的區(qū)域，防洪應(yīng)急避險(xiǎn)一般依據(jù)上述方案、預(yù)案、風(fēng)險(xiǎn)圖識(shí)別洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，制定應(yīng)急避險(xiǎn)方案，如蓄滯洪區(qū)運(yùn)用預(yù)案。以荊江分洪區(qū)2019年運(yùn)用預(yù)案為例（避險(xiǎn)流程見(jiàn)圖1），在遇達(dá)荊江河段100年以上洪水，如1998年型200年一遇洪水條件下，將分蓄洪量26.39億m3、最大分洪流量7700 m3/s、分洪歷時(shí)120 h，需轉(zhuǎn)移人口39.53萬(wàn)人、機(jī)動(dòng)車(chē)9.19萬(wàn)輛，在洪水來(lái)臨前，需結(jié)合區(qū)內(nèi)防洪工程及安全設(shè)施現(xiàn)狀及問(wèn)題，制定預(yù)警警報(bào)、轉(zhuǎn)移安置方案：在分洪運(yùn)用準(zhǔn)備階段，采用電視、廣播、電話、短信、鳴鑼、掛旗等多種通信方式或挨戶通知等形式迅速傳播分洪轉(zhuǎn)移命令，做好?；房焖俎D(zhuǎn)移、人員財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移人員接收等準(zhǔn)備工作；在轉(zhuǎn)移安置實(shí)施階段，按指定時(shí)間完成居民轉(zhuǎn)移清場(chǎng)工作；在分洪階段，對(duì)沒(méi)有轉(zhuǎn)移出來(lái)或落水的人員進(jìn)行搶救，對(duì)臨時(shí)避洪人員實(shí)行轉(zhuǎn)移[20]。

圖1 荊江分洪區(qū)避險(xiǎn)流程圖

對(duì)于上述已有相對(duì)成熟可操作預(yù)案的區(qū)域，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，存在預(yù)案應(yīng)用條件（如轉(zhuǎn)移預(yù)留時(shí)間不足、分洪設(shè)施設(shè)備老舊、安置房屋不夠等）問(wèn)題，影響分洪效果；對(duì)于超標(biāo)準(zhǔn)洪水可能涉及的多數(shù)防洪保護(hù)區(qū)等沒(méi)有預(yù)案的區(qū)域，遭受洪水威脅時(shí)，應(yīng)急轉(zhuǎn)移可能存在無(wú)序行為及效果不佳等情形。

2.2 變化環(huán)境對(duì)防洪應(yīng)急避險(xiǎn)的影響在新形勢(shì)變化環(huán)境下，降雨、洪水及防洪工程情況往往具有較大不確定性，給現(xiàn)有防洪應(yīng)急避洪技術(shù)框架下的轉(zhuǎn)移安置帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。下面仍以荊江地區(qū)蓄滯洪區(qū)為例，分析變化環(huán)境對(duì)防洪應(yīng)急避險(xiǎn)的影響。

（1）水情不確定性的影響。根據(jù)《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》，荊江河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。基于此，荊江分洪區(qū)針對(duì)1998年型200年一遇洪水，涴市擴(kuò)大分洪區(qū)[21]、虎西預(yù)備分蓄洪區(qū)[22]基于1954年實(shí)際分洪情況分別擬定分洪運(yùn)用預(yù)案。但隨著長(zhǎng)江上游水庫(kù)群的建成和投運(yùn)，現(xiàn)有防洪工況下，荊江分洪區(qū)、涴市擴(kuò)大區(qū)和虎西備蓄區(qū)的啟用機(jī)率由100年一遇分別下降至300年、千年和萬(wàn)年一遇，故逢200年一遇洪水，可充分發(fā)揮上游水庫(kù)群的攔蓄作用，而不需啟用這些蓄滯洪區(qū)。國(guó)務(wù)院批復(fù)的《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》規(guī)定：“荊江河段對(duì)遭遇類似1870年（約1000年一遇）洪水應(yīng)有可靠的措施保證荊江兩岸干堤不發(fā)生自然漫潰，防止發(fā)生毀滅性災(zāi)害?！庇捎谒榈牟淮_定性，如遇1870年洪水、千年一遇洪水甚至萬(wàn)年一遇洪水，上述方案將失效，即便在分洪區(qū)圍堤都安全運(yùn)行的條件下，按照《荊江分洪區(qū)運(yùn)用預(yù)案》，至少需要8 h進(jìn)行準(zhǔn)備、48 h進(jìn)行轉(zhuǎn)移的分洪運(yùn)用預(yù)警方案，而分洪控制站沙市的有效預(yù)見(jiàn)期為3～5 d，可能存在避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)間來(lái)不及的風(fēng)險(xiǎn)。已有洪水風(fēng)險(xiǎn)圖為靜態(tài)“死圖”，其以歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)模型難以準(zhǔn)確反映實(shí)際發(fā)生的超標(biāo)準(zhǔn)洪水動(dòng)態(tài)，無(wú)法滿足應(yīng)急避險(xiǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判與快速響應(yīng)及反饋需求。

（2）工情不確定性的影響。目前受上游水庫(kù)建設(shè)運(yùn)用“清水”下泄、河道非法采砂等影響，長(zhǎng)江干流河道沖刷、崩岸加?。婚L(zhǎng)江干流分流入洞庭湖的松滋口、藕池口、調(diào)弦口等支流河道淤積嚴(yán)重（三口河道1952—2003年總淤積量為6.16億m3，三峽水庫(kù)蓄水后雖略有沖刷，但較1952年仍表現(xiàn)為嚴(yán)重淤積）、分流比逐步減少（三口多年平均分流比從1956—1966年的29%減少至2003—2017年的12%）；洞庭湖區(qū)經(jīng)過(guò)40年淤積調(diào)蓄洪水能力降低，加大了長(zhǎng)江干流防洪壓力，遇大洪水時(shí)水位抬高，1996、1998、1999和2002年大洪水城陵磯河段均出現(xiàn)超防洪控制水位34.4 m的情況；蓄滯洪區(qū)內(nèi)涴里隔堤、山崗隔堤建設(shè)未達(dá)標(biāo)，堤防安全隱患依然存在，一旦分洪運(yùn)用損失巨大。此外，流域內(nèi)蓄滯洪區(qū)長(zhǎng)期未運(yùn)用，北閘啟閉設(shè)施老化、南閘底板淤塞嚴(yán)重，能否正常運(yùn)用未經(jīng)檢驗(yàn)，臨時(shí)進(jìn)退洪口門(mén)工程能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)爆破開(kāi)并達(dá)到下泄的分洪流量等未經(jīng)演練，實(shí)際運(yùn)用時(shí)，可能發(fā)生意料之外的分洪、潰口、漫溢情景。然而，分洪區(qū)運(yùn)用預(yù)案雖提及了上述工情的風(fēng)險(xiǎn)，但受時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、技術(shù)等限制，目前預(yù)案中的分洪預(yù)案仍基于偏理想運(yùn)用工況（即假定分洪、潰口、漫溢方案）擬定，如發(fā)生工程非正常運(yùn)行或潰堤事件，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)移安置準(zhǔn)備及實(shí)施時(shí)間不夠，防洪預(yù)案失效。

（3）數(shù)學(xué)模型不確定性的影響。荊江河段地處復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)，不同洪水組合下的水動(dòng)力學(xué)條件差異顯著，加之蓄泄關(guān)系的不斷調(diào)整和蓄滯洪區(qū)下墊面條件的變化，已有的水文、水動(dòng)力學(xué)模型一般為固定配置，難以適應(yīng)快速變化環(huán)境下復(fù)雜水情、不確定工情的準(zhǔn)確模擬，原有模型往往對(duì)洪水、物理邊界條件做了較多假定[23]，同時(shí)對(duì)蓄滯洪區(qū)的調(diào)度運(yùn)用及進(jìn)退洪過(guò)程做了簡(jiǎn)化處理，既不滿足如1870年等稀遇洪水邊界條件及糙率系數(shù)的快速擬定，也不能高效應(yīng)對(duì)水庫(kù)超蓄運(yùn)用、河道超堤防設(shè)計(jì)水位行洪、圍堤潰決、隔堤漫溢、安全區(qū)（臺(tái)）或外轉(zhuǎn)安置地潰堤、北閘與南閘非正常運(yùn)用、臨時(shí)進(jìn)退洪口門(mén)不按計(jì)劃扒口等可能出現(xiàn)的各種突發(fā)情形。此外，發(fā)生稀遇洪水時(shí)，決策時(shí)間極為緊張，需要及時(shí)構(gòu)建模型，而現(xiàn)有模型計(jì)算需要大量預(yù)設(shè)資料，且耗時(shí)長(zhǎng)，支撐作用不強(qiáng)，較難在決策需要的短時(shí)范圍內(nèi)（一般1～2 d或24 h以內(nèi)）準(zhǔn)確模擬計(jì)算洪水風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空量多維信息，較難滿足實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析評(píng)估與快速預(yù)判預(yù)警，對(duì)決策支持效果有限。

（4）人口遷徙不確定性的影響。蓄滯洪區(qū)避險(xiǎn)人群識(shí)別信息化程度低，主要采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)手段登記區(qū)內(nèi)人口信息。然而，受人力、資金等限制，蓄滯洪區(qū)內(nèi)人口無(wú)法做到每年都開(kāi)展調(diào)查；同時(shí)，遇不同量級(jí)的特大洪水，蓄滯洪區(qū)的蓄滿率差異較大，需轉(zhuǎn)移的人口各不相同，傳統(tǒng)調(diào)查手段很難快速適應(yīng)不同分洪需求。受新形勢(shì)下區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人員流動(dòng)等的影響，一旦發(fā)生稀遇洪水，很難實(shí)時(shí)有效獲取受災(zāi)人群總數(shù)及其分布。分洪運(yùn)用準(zhǔn)備至返遷階段，區(qū)內(nèi)人員頻繁出入，難以全面掌控和規(guī)范人群轉(zhuǎn)移安置行為，傳統(tǒng)調(diào)查手段可能出現(xiàn)信息盲點(diǎn)，大量人力復(fù)雜統(tǒng)計(jì)亦會(huì)降低避險(xiǎn)人群識(shí)別效率，無(wú)法快速精準(zhǔn)反映運(yùn)用準(zhǔn)備、轉(zhuǎn)移清場(chǎng)、開(kāi)閘分洪、返遷等全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)人群的屬性、流向、安置、返遷進(jìn)展信息。

（5）預(yù)警通信條件不確定性的影響。荊江分洪區(qū)內(nèi)通訊專網(wǎng)設(shè)備陳舊老化，通信手段單一，已不能滿足分洪運(yùn)用需要。涴市擴(kuò)大分洪區(qū)、虎西預(yù)備分蓄洪區(qū)地面高程較平，起水時(shí)間較快，一旦運(yùn)用，人員必須盡快轉(zhuǎn)移到安全地帶，但目前沒(méi)有建立分洪通訊預(yù)警專網(wǎng)，預(yù)警完全依靠地方通訊和廣播電臺(tái)等設(shè)施，難以保證各項(xiàng)分洪指令的及時(shí)傳遞。此外，避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移通知響應(yīng)信息化水平低，避險(xiǎn)資源尚待集成，預(yù)警難以精準(zhǔn)到人，一方面，區(qū)內(nèi)群眾難以實(shí)時(shí)直觀查閱預(yù)警信息和動(dòng)態(tài)地圖、撤離安置方案及交通路況等關(guān)注信息，受困群眾亦難以根據(jù)專家意見(jiàn)開(kāi)展有效自救或等待現(xiàn)場(chǎng)救援；另一方面，各行政區(qū)域管理人員難以對(duì)轄區(qū)群眾進(jìn)行信息準(zhǔn)確實(shí)時(shí)上報(bào)與復(fù)核校正，準(zhǔn)確度得不到保證。

（6）轉(zhuǎn)移安置工程不確定性的影響。荊江蓄滯洪區(qū)安全工程建設(shè)滯后，荊江分洪區(qū)埠河安全區(qū)圍堤尚未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，大部分安全臺(tái)欠高0.5～1 m，多數(shù)磚木結(jié)構(gòu)安置房破損嚴(yán)重，涴市擴(kuò)大分洪區(qū)、虎西預(yù)備分蓄洪區(qū)安全工程建設(shè)至今未啟動(dòng)，在分洪運(yùn)用中普遍存在著避險(xiǎn)無(wú)場(chǎng)地、安置無(wú)設(shè)施、災(zāi)后難恢復(fù)等問(wèn)題，加之國(guó)家尚未健全有效的補(bǔ)償保障機(jī)制，居民轉(zhuǎn)移安置難度很大。一旦發(fā)生預(yù)案之外的水情、工情，部分安全區(qū)、安全臺(tái)及外轉(zhuǎn)安置區(qū)域都可能受淹，亟待在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上提升轉(zhuǎn)移路線與安置方案的快速識(shí)別能力。此外，蓄滯洪區(qū)存在轉(zhuǎn)移工程建設(shè)不配套、區(qū)內(nèi)有轉(zhuǎn)移死角等突出問(wèn)題，很難實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移，同時(shí)農(nóng)戶擁有的機(jī)動(dòng)車(chē)和小型運(yùn)輸車(chē)輛等迅速增長(zhǎng)，僅荊江分洪區(qū)就達(dá)9.2萬(wàn)輛，一旦轉(zhuǎn)移勢(shì)必造成混亂和擁堵。因此，如何處理好“轉(zhuǎn)移死角+大規(guī)模的人員流動(dòng)+海量機(jī)動(dòng)車(chē)輛”等源匯及中間動(dòng)態(tài)信息等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯集與融合應(yīng)用，給避險(xiǎn)組織工作帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)，增大了轉(zhuǎn)移安置方案的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)難度。

2.3 應(yīng)急避險(xiǎn)瓶頸問(wèn)題分析基于靜態(tài)預(yù)案、假定情景、預(yù)設(shè)模型計(jì)算、手工填報(bào)、傳統(tǒng)通訊預(yù)警等方式的防洪應(yīng)急避險(xiǎn)方案由于手段有限、技術(shù)落后，造成防洪風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)識(shí)別能力不足、風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別追蹤預(yù)警技術(shù)落后、實(shí)時(shí)洪災(zāi)避險(xiǎn)路徑優(yōu)化技術(shù)匱乏、防洪應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持平臺(tái)缺乏等技術(shù)問(wèn)題。

2.3.1 防洪風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)判能力不足 我國(guó)的防洪風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)判在河道內(nèi)預(yù)報(bào)精度較高，但是一旦超過(guò)堤防設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，受限于決策支持系統(tǒng)敏捷搭建能力不夠、快速資料獲取能力不足，特別是對(duì)不同區(qū)域變化環(huán)境與復(fù)雜水力條件下稀遇洪水的動(dòng)態(tài)演進(jìn)規(guī)律及致災(zāi)機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠深入等，現(xiàn)有模型無(wú)法快速預(yù)測(cè)計(jì)算蓄滯洪區(qū)、洲灘民垸、保護(hù)區(qū)等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)洪分洪情況及淹沒(méi)進(jìn)程，給及時(shí)有效采取措施預(yù)警、轉(zhuǎn)移人群帶來(lái)較大不確定性，亟需研究能適應(yīng)未知水情、工情以及可快速求解超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)信息，且具有普適性的精細(xì)化洪水演進(jìn)模型。

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別與響應(yīng)短板突出 目前擁有的流域防洪決策支持系統(tǒng)或蓄滯洪區(qū)管理決策支持系統(tǒng)，由于洪水風(fēng)險(xiǎn)與居民信息時(shí)空疊加能力不足，無(wú)法快速確定不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的受災(zāi)人群分布及轉(zhuǎn)移實(shí)施時(shí)間；其次，缺乏對(duì)風(fēng)險(xiǎn)人群的動(dòng)態(tài)及快速識(shí)別與追蹤技術(shù)，難以實(shí)時(shí)有效獲取與全過(guò)程動(dòng)態(tài)跟蹤避險(xiǎn)人群分布及其屬性、流向等信息，無(wú)法保證風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別的精準(zhǔn)性、避險(xiǎn)預(yù)警的時(shí)效性?；谖恢梅?wù)（LBS）的人群屬性分析技術(shù)具備應(yīng)用于超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下避險(xiǎn)人群識(shí)別的可能性，但目前國(guó)內(nèi)外采用位置信息服務(wù)的防洪應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)研究基本屬于空白，多集中在導(dǎo)航、購(gòu)物、廣告等純粹的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景中[24]，少部分應(yīng)用于森林火災(zāi)、地震災(zāi)害等的應(yīng)急指揮服務(wù)等[25-26]；有預(yù)案地區(qū)人員撤離避險(xiǎn)信息化程度較低，通知效率低、應(yīng)急響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)移安置低效等問(wèn)題凸顯；無(wú)預(yù)案地區(qū)更難以快速確定受影響人群并對(duì)其實(shí)施高效轉(zhuǎn)移。電子圍欄技術(shù)具備應(yīng)用于人群預(yù)警與疏散的可能性，國(guó)內(nèi)外多應(yīng)用于火車(chē)軌道人員越界實(shí)時(shí)預(yù)警[27]、共享單車(chē)服務(wù)[28]等，尚未應(yīng)用于洪災(zāi)避險(xiǎn)預(yù)警；既定預(yù)案的避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備與實(shí)施時(shí)間多為單一方案，難以針對(duì)不確定性水情、工情和災(zāi)情進(jìn)行調(diào)整變化。

2.3.3 實(shí)時(shí)洪災(zāi)避險(xiǎn)路徑優(yōu)化技術(shù)匱乏 新形勢(shì)下避洪轉(zhuǎn)移對(duì)象復(fù)雜，包括人口、居民財(cái)產(chǎn)、企事業(yè)單位資產(chǎn)、危化品等，人流量大、交通工具海量增長(zhǎng)，亟需實(shí)現(xiàn)大規(guī)模流動(dòng)人、財(cái)、物的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)度及轉(zhuǎn)移路徑空間優(yōu)化，解決交通堵塞難題。海量的人員流動(dòng)、交通轉(zhuǎn)移、接收安置等源匯及中間動(dòng)態(tài)信息給建模工作帶來(lái)極大挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)移安置方案的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)難度大，現(xiàn)有研究成果多利用靜態(tài)的人口與交通數(shù)據(jù)[29-30]，基于實(shí)時(shí)人群、交通的洪災(zāi)避險(xiǎn)模型研究鮮有報(bào)道。

2.3.4 防洪應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持平臺(tái)缺乏 目前，我國(guó)的防洪避險(xiǎn)智慧管理缺少系統(tǒng)性平臺(tái)支撐，大部分蓄滯洪區(qū)（如荊江分洪區(qū)、淮河沂沭泗流域黃墩湖滯洪區(qū)等）具有一些用于信息查詢的管理系統(tǒng)，但是信息化和智能化對(duì)應(yīng)急避險(xiǎn)的支撐力度不夠，無(wú)法完全反映避險(xiǎn)管控對(duì)人群精準(zhǔn)識(shí)別、準(zhǔn)確引導(dǎo)等實(shí)際需要，避險(xiǎn)決策、管理、組織人員無(wú)法從繁雜的數(shù)據(jù)報(bào)表、左右兩難的決策中解脫出來(lái)，洪水風(fēng)險(xiǎn)、避險(xiǎn)人群、安置場(chǎng)所、轉(zhuǎn)移路徑的動(dòng)態(tài)互饋及其與應(yīng)急指揮的結(jié)合不深入，急待探索新技術(shù)。此外，大部分應(yīng)急避險(xiǎn)方案場(chǎng)景展示落后，多采用傳統(tǒng)的專題地圖方式來(lái)展示，在固定大小的圖幅里標(biāo)注轉(zhuǎn)移聚集點(diǎn)、轉(zhuǎn)移線路及轉(zhuǎn)移目的地，對(duì)應(yīng)表格注明每批次轉(zhuǎn)移的人口數(shù)量，使用時(shí)需打印出來(lái)，無(wú)法查看局部區(qū)域的詳情，不方便與避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移過(guò)程中的其他信息動(dòng)態(tài)疊加，無(wú)法反映轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

綜上，傳統(tǒng)應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)主要存在防洪風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)辨識(shí)與預(yù)警響應(yīng)能力不足、風(fēng)險(xiǎn)人群信息獲取與識(shí)別追蹤手段落后、實(shí)時(shí)洪災(zāi)避險(xiǎn)路徑優(yōu)化技術(shù)匱乏、防洪應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持平臺(tái)缺乏等“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，難以適應(yīng)新形勢(shì)下避洪轉(zhuǎn)移人流物流大、轉(zhuǎn)移交通工具海量增長(zhǎng)、超標(biāo)準(zhǔn)洪水精準(zhǔn)管理的新情況，無(wú)法滿足超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下分洪潰口位置不確定性、撤離路徑動(dòng)態(tài)尋優(yōu)、安置方案動(dòng)態(tài)調(diào)整、轉(zhuǎn)移人口實(shí)時(shí)反饋驅(qū)動(dòng)的要求，即沒(méi)有解決應(yīng)急避險(xiǎn)中“水”（洪水風(fēng)險(xiǎn)信息預(yù)判）、“人”（受災(zāi)人群識(shí)別追蹤）、“地”（撤離路徑實(shí)時(shí)優(yōu)化）動(dòng)態(tài)反饋驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。

3 超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持技術(shù)

為解決上述技術(shù)難題，立足我國(guó)流域超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御實(shí)際，貫徹底線思維和防風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，以突破防洪應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)瓶頸、實(shí)現(xiàn)避險(xiǎn)資源全過(guò)程全要素的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)度與智慧管理、提升應(yīng)急避險(xiǎn)組織實(shí)施能力為總目標(biāo)，緊緊圍繞洪水風(fēng)險(xiǎn)算的準(zhǔn)、算的快，風(fēng)險(xiǎn)人群找的到、可追蹤、轉(zhuǎn)移快、安置好，避險(xiǎn)技術(shù)可示范、能推廣等具體目標(biāo)，以洪水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判-避險(xiǎn)人群識(shí)別預(yù)警-轉(zhuǎn)移安置方案擬定-應(yīng)急避險(xiǎn)系統(tǒng)研發(fā)為主線，融合水文學(xué)、水力學(xué)、災(zāi)害學(xué)、信息學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等多學(xué)科理論與前沿技術(shù)，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、水文分析、水文水動(dòng)力耦合數(shù)值模擬、衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、GIS、多源實(shí)時(shí)LBS、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、電子圍欄、實(shí)時(shí)通訊等方法，采取理論與實(shí)踐、傳統(tǒng)方法與信息化相結(jié)合的綜合思路，開(kāi)展超標(biāo)準(zhǔn)洪水精準(zhǔn)應(yīng)急智慧避險(xiǎn)決策支持技術(shù)研究。該技術(shù)包含按照避險(xiǎn)信息獲取、理論方法研究、系統(tǒng)平臺(tái)研發(fā)、管控措施凝練、流域示范應(yīng)用等五大板塊，基于空天地水立體監(jiān)測(cè)對(duì)潰口（或分洪閘）、水文、人群、災(zāi)情等關(guān)鍵信息提取，研究可根據(jù)不同分漫潰情景快速構(gòu)建水動(dòng)力學(xué)模型與洪水風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別及避險(xiǎn)人群全過(guò)程快速預(yù)警和實(shí)時(shí)跟蹤、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移與安置方案的動(dòng)態(tài)優(yōu)化、應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持等技術(shù)問(wèn)題（技術(shù)路線見(jiàn)圖2）。

圖2 技術(shù)路線圖

3.1 適應(yīng)不同分漫潰情景的洪水風(fēng)險(xiǎn)快速建模與研判技術(shù)災(zāi)前基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)是進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判和避險(xiǎn)救災(zāi)的基礎(chǔ)。在現(xiàn)有雨、水、工情海量感知體系基礎(chǔ)上，集成衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)影像快速獲取、機(jī)載LiDAR 快速應(yīng)急測(cè)繪、GIS 等技術(shù)，形成立體多維的對(duì)地綜合觀測(cè)體系。利用天基中/高分辨率衛(wèi)星（如高分四號(hào)、北京二號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星等）及無(wú)人直升機(jī)搭載航攝相機(jī)，快速動(dòng)態(tài)采集流域、區(qū)域超標(biāo)準(zhǔn)洪水空間數(shù)據(jù)，對(duì)洪水洪災(zāi)的發(fā)展演變趨勢(shì)進(jìn)行全天時(shí)全天候遠(yuǎn)程監(jiān)控及整體感知，亦為構(gòu)建大尺度洪水演進(jìn)模型提供基礎(chǔ)信息；利用高分辨率衛(wèi)星、低空無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，動(dòng)態(tài)跟蹤觀測(cè)重要防洪保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)、洲灘民垸等局地重要監(jiān)測(cè)目標(biāo)并采集相關(guān)指標(biāo)，快速獲取并發(fā)布三維地形，為構(gòu)建潰堤等精細(xì)尺度洪水演進(jìn)模型并識(shí)別避險(xiǎn)要素及安置區(qū)提供數(shù)據(jù)支撐。

建立洪水風(fēng)險(xiǎn)快速建模分析算法，考慮超標(biāo)準(zhǔn)洪水災(zāi)害可能引發(fā)的放大性、級(jí)聯(lián)性、突變性等嚴(yán)重后果，快速推演稀遇洪水和各種可能工況組合導(dǎo)致的不確定性分洪、潰口、漫溢位置及規(guī)模情景下的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息，包括洪水前鋒到達(dá)時(shí)間、最大淹沒(méi)范圍、最大淹沒(méi)水深、洪水淹沒(méi)歷時(shí)等，及時(shí)掌握洪水風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生、發(fā)展、趨勢(shì)和程度。為指導(dǎo)洪水可能淹沒(méi)危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)群眾及時(shí)撤退避險(xiǎn)，采用兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)洪水風(fēng)險(xiǎn)信息與災(zāi)情信息的時(shí)空疊加，動(dòng)態(tài)辨識(shí)應(yīng)急避險(xiǎn)對(duì)象、安全轉(zhuǎn)移道路、應(yīng)急安置（逃生）場(chǎng)所等要素，快速劃分洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等級(jí)并確定洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移批次及各批次避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備與實(shí)施時(shí)間：一是根據(jù)不同水情、工情條件下水動(dòng)力學(xué)模型的水面線計(jì)算成果，提取河道各斷面的洪水位，疊加數(shù)字高程模型，分析獲取洪水淹沒(méi)范圍，將解譯得到的淹沒(méi)范圍圖層與房屋、道路、土地等社會(huì)經(jīng)濟(jì)圖層通過(guò)空間地理關(guān)系進(jìn)行拓?fù)浏B加，分析獲取洪水淹沒(méi)區(qū)內(nèi)影響人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)不同財(cái)產(chǎn)類型的價(jià)值及其分布等信息。二是采用人工智能識(shí)別與目視解譯相融合的淹沒(méi)實(shí)物指標(biāo)解譯調(diào)查技術(shù)，對(duì)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)影像進(jìn)行識(shí)別與判讀，實(shí)現(xiàn)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水可能影像的受災(zāi)人口、房屋及土地三大類信息的智能獲取，并基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)解譯成果的統(tǒng)計(jì)分析，基于GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)專題圖繪制。

洪水風(fēng)險(xiǎn)快速分析主要采取兩種方式：

（1）將傳統(tǒng)一維、二維水動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化，在水文、地形、地理信息和遙感影像等資料收集的基礎(chǔ)上，建立基于GIS+DEM的水位-面積（容積）實(shí)時(shí)填洼計(jì)算及洪水風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)河網(wǎng)與受洪水威脅的堤防保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)、洲灘民垸、山洪防治區(qū)、水庫(kù)潰壩及堰塞湖下游影響區(qū)等的一、二維水力學(xué)耦合計(jì)算，并根據(jù)災(zāi)損曲線等進(jìn)一步分析可能的洪災(zāi)損失，為應(yīng)急避險(xiǎn)提供決策參考。

（2）在已有或開(kāi)發(fā)水文、水動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮地區(qū)組成、洪水遭遇、防洪標(biāo)準(zhǔn)等多因素影響，隨機(jī)模擬各種場(chǎng)景超標(biāo)準(zhǔn)洪水，分析工程調(diào)度影響與行洪狀態(tài)要素在河道控制斷面、河段或區(qū)域的時(shí)空關(guān)系，結(jié)合模擬的多場(chǎng)景流域超標(biāo)準(zhǔn)洪水，采用超標(biāo)準(zhǔn)洪水多組合敏捷響應(yīng)技術(shù)，將不同水情、工情、目標(biāo)對(duì)象（如流域、區(qū)域、河流、河段、河道斷面、水文站、防洪工程、預(yù)報(bào)區(qū)間等）、模型參數(shù)（如產(chǎn)流模型、坡面與河道匯流模型、水庫(kù)調(diào)度模型等）、方案模塊（如洪水預(yù)報(bào)、水庫(kù)調(diào)度、洪水演進(jìn)、決策分析、潰壩模擬、防洪風(fēng)險(xiǎn)分析等）進(jìn)行任意組合配置和微服務(wù)調(diào)用，分析水庫(kù)群攔洪、蓄滯洪區(qū)分洪、河段堤防行洪、涵閘泵站排洪等綜合防洪能力，挖掘不同水情、工情、災(zāi)情條件下的洪水調(diào)控?cái)?shù)據(jù)深層屬性關(guān)系，研究覆蓋“時(shí)、空、量”跨維度效用信息的“水情-工情-災(zāi)情”關(guān)聯(lián)圖的構(gòu)建方式，建立洪水與風(fēng)險(xiǎn)信息關(guān)系，形成洪水風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)相應(yīng)量級(jí)洪水災(zāi)害進(jìn)行匹配。

圖3 風(fēng)險(xiǎn)人群精準(zhǔn)識(shí)別、快速預(yù)警與實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)基本結(jié)構(gòu)圖

3.2 風(fēng)險(xiǎn)人群精準(zhǔn)識(shí)別、快速預(yù)警與實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)開(kāi)發(fā)防洪避險(xiǎn)微信小程序，建立縣包鄉(xiāng)、鄉(xiāng)包村、村包組、組包戶“無(wú)縫聯(lián)接”的基層應(yīng)急避險(xiǎn)工作網(wǎng)格化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)人群信息上報(bào)與核查、汛情實(shí)時(shí)播報(bào)與權(quán)威發(fā)布、汛情風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)自動(dòng)更新等功能。將傳統(tǒng)戶籍人員識(shí)別方法、互聯(lián)網(wǎng)和通訊運(yùn)營(yíng)商LBS 大數(shù)據(jù)組成多源數(shù)據(jù)并融合利用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)人群位置信息的實(shí)時(shí)識(shí)別與追蹤，消除信息盲點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)方式為：風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)居民通過(guò)短信、微信公眾號(hào)等方式自主上報(bào)個(gè)人信息，兒童、老人等沒(méi)有手機(jī)的人群由家里或鄰居有手機(jī)用戶輔助登記，在此基礎(chǔ)上基于LBS技術(shù)開(kāi)發(fā)人群精準(zhǔn)識(shí)別終端應(yīng)用，在服務(wù)支撐層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)封裝，全面支持騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)公司以及聯(lián)通、電信、移動(dòng)等通訊運(yùn)營(yíng)商的位置大數(shù)據(jù)接口，采用GIS技術(shù)導(dǎo)入洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和快速獲取風(fēng)險(xiǎn)人群位置信息，系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別各行政區(qū)域（縣、鎮(zhèn)、村、組）的人口數(shù)據(jù)，各行政區(qū)域管理人員對(duì)上報(bào)信息復(fù)核校正，保證準(zhǔn)確度。當(dāng)通信中斷時(shí)，一方面通訊運(yùn)營(yíng)商采取應(yīng)急通信車(chē)和海事衛(wèi)星電話等方案進(jìn)行通信保障，以保證人群位置信息的及時(shí)獲取，另一方面采用信息化手段與傳統(tǒng)登記相結(jié)合的方法，避免漏掉部分人員信息?；谌巳寒?huà)像、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)，動(dòng)態(tài)繪制涉災(zāi)區(qū)域與安全區(qū)域內(nèi)人群特征圖譜，基于GIS可視化人群狀態(tài)圖譜，實(shí)時(shí)掌握受洪水威脅區(qū)域內(nèi)人員聚集、疏散、受困、安置和返遷等情況，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)人群的精準(zhǔn)識(shí)別、實(shí)時(shí)監(jiān)控與全過(guò)程跟蹤。充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)（如LBS、交通信息等）、云計(jì)算、電子圍欄、實(shí)時(shí)通訊及小區(qū)固定式、車(chē)載移動(dòng)式和無(wú)人機(jī)廣播等技術(shù)，將應(yīng)急避險(xiǎn)信息以地圖或動(dòng)態(tài)信息的形式，分門(mén)別類地通過(guò)傳統(tǒng)手段與信息化平臺(tái)推送至管理決策與組織實(shí)施人員以及受災(zāi)人群，做到預(yù)警的針對(duì)性和及時(shí)性，消除預(yù)警信息傳遞的“中斷點(diǎn)”和“擁堵點(diǎn)”，把預(yù)警信息在第一時(shí)間通知到村、戶、人，實(shí)現(xiàn)避險(xiǎn)對(duì)象的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳送和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)、區(qū)外人群的快速預(yù)警，實(shí)時(shí)引導(dǎo)人群轉(zhuǎn)移第一時(shí)間規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)人群精準(zhǔn)識(shí)別、快速預(yù)警與實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

3.3 洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)人口避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移路徑實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)基于人工智能、優(yōu)化算法和GIS，在傳統(tǒng)避險(xiǎn)方案的基礎(chǔ)上，以容量限制路徑規(guī)劃（CCRP）模型[31]為基礎(chǔ)，提出基于實(shí)時(shí)人群屬性的應(yīng)急避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案實(shí)時(shí)優(yōu)化模型，動(dòng)態(tài)辨識(shí)道路擁堵與受淹情況及安置區(qū)（或安全區(qū)、安全臺(tái)）位置與容量，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)移路徑和安置方案的實(shí)時(shí)優(yōu)化（見(jiàn)圖4）。

該模型綜合考慮了避洪人群、道路等級(jí)與安全性、轉(zhuǎn)移路線耗時(shí)、安置點(diǎn)容量、安置場(chǎng)所可到達(dá)性、供需平衡、安置場(chǎng)所就近分配、道路擁堵等約束因素及轉(zhuǎn)移交通工具、目的地、路徑等流向信息動(dòng)態(tài)變化。將所有安置場(chǎng)所、待安置的村莊、轉(zhuǎn)移道路分別作為安置容量資源分配的出發(fā)點(diǎn)“源”、歸屬地“匯”以及鏈接二者的“網(wǎng)絡(luò)線”，容量資源沿著網(wǎng)絡(luò)流向待安置人員；同時(shí)將安置點(diǎn)容量、可達(dá)性、道路容量及可通行性作為重要的實(shí)時(shí)更新權(quán)重條件，并在人群轉(zhuǎn)移過(guò)程中實(shí)時(shí)更新人群分布狀態(tài)，以在實(shí)際疏散過(guò)程中進(jìn)一步降低路徑規(guī)劃與實(shí)際疏散過(guò)程中的偏差，從而降低總體轉(zhuǎn)移耗時(shí)。利用啟發(fā)式方法代替全局最優(yōu)求解，提高CRRP或其他常規(guī)人群疏散算法的計(jì)算速度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)移路徑優(yōu)化。

3.4 基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持技術(shù)在深入理解應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前存在的問(wèn)題和不足，對(duì)上述核心技術(shù)進(jìn)行集成并與應(yīng)急指揮相結(jié)合，在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和安全防護(hù)體系下，基于松耦合、易擴(kuò)展的設(shè)計(jì)思路，采用微服務(wù)架構(gòu)，分層建設(shè)防洪應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持平臺(tái)（見(jiàn)圖5）。該平臺(tái)構(gòu)架包括數(shù)據(jù)層、模型層、接口層及展現(xiàn)層。

圖4 洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)人口避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移路徑實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)效果

圖5 基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持平臺(tái)全局疏散界面

數(shù)據(jù)層：主要對(duì)應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換及組織儲(chǔ)存，同時(shí)整合矢量路網(wǎng)、人口等數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)外部運(yùn)營(yíng)商LBS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接入同步，為后續(xù)的模型分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為提高數(shù)據(jù)吞吐效能，數(shù)據(jù)層主要基于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建。

模型層：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)流的洪災(zāi)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移模型及電子圍欄監(jiān)控模型，洪災(zāi)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移模型加入初始狀態(tài)人群熱力數(shù)據(jù)，并在人群轉(zhuǎn)移過(guò)程中實(shí)時(shí)更新人群分布狀態(tài)，從而在實(shí)際疏散過(guò)程中進(jìn)一步降低路徑規(guī)劃與實(shí)際疏散過(guò)程中的偏差，以達(dá)到應(yīng)急避險(xiǎn)疏散要求。電子圍欄監(jiān)控模型主要基于安置區(qū)構(gòu)建多邊形電子圍欄，結(jié)合人群實(shí)時(shí)位置，提供人群進(jìn)離安全區(qū)判別算法模型。

接口層：基于模型層相應(yīng)的轉(zhuǎn)移模型、電子圍欄監(jiān)控模型提供功能服務(wù)接口，結(jié)合運(yùn)營(yíng)商提供實(shí)時(shí)通訊傳輸接口，為展示層及上層應(yīng)用提供功能調(diào)用能力。

展示層：基于前后端分離架構(gòu)體系，基于地理信息平臺(tái)，提供實(shí)時(shí)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移信息表達(dá)呈現(xiàn)，呈現(xiàn)內(nèi)容包括風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別、轉(zhuǎn)移路徑實(shí)時(shí)規(guī)劃等，展示手段包括矢量信息展示、熱力圖等。

4 防洪應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持技術(shù)模擬應(yīng)用

4.1 防洪應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)適應(yīng)場(chǎng)景本文提出的變化環(huán)境下超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持技術(shù)融合了信息技術(shù)與水利技術(shù)，主要針對(duì)受洪水威脅的防洪保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)、洲灘民垸（灘區(qū)）、山洪防治區(qū)、病險(xiǎn)水庫(kù)及堰塞湖下游影響河段等超標(biāo)準(zhǔn)洪水運(yùn)用情況下，受影響人群的應(yīng)急避險(xiǎn)調(diào)度以及城市內(nèi)澇實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防洪調(diào)度，可提出基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息反饋驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急避險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)解決方案。

4.2 防洪應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)應(yīng)用情況超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險(xiǎn)決策支持技術(shù)在融合雨情、水情、工情、險(xiǎn)情、災(zāi)情等信息的基礎(chǔ)上，提供防洪風(fēng)險(xiǎn)信息研判、避險(xiǎn)要素提取，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別預(yù)警跟蹤，辨識(shí)安置容量動(dòng)態(tài)變化、實(shí)時(shí)優(yōu)化轉(zhuǎn)移路徑等分析計(jì)算功能模塊，提供基于避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移全要素多場(chǎng)景的數(shù)據(jù)圖譜，為應(yīng)急避險(xiǎn)決策提供技術(shù)支持。

以荊江分洪區(qū)為例，示范系統(tǒng)將避險(xiǎn)要素點(diǎn)、線、面等幾何實(shí)體進(jìn)行封裝，考慮空間、時(shí)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及與其他對(duì)象的關(guān)系，在三維空間場(chǎng)景直觀立體表現(xiàn)不同時(shí)刻的人員聚集、分批撤離及安置容納狀況。荊江分洪區(qū)避洪轉(zhuǎn)移全過(guò)程態(tài)勢(shì)圖譜三維展示效果見(jiàn)圖6。

圖6 荊江分洪區(qū)應(yīng)急避險(xiǎn)平臺(tái)效果示意

5 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)避洪手段存在的防洪風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)識(shí)別與預(yù)警能力不足、風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別追蹤落后、實(shí)時(shí)洪災(zāi)避險(xiǎn)路徑優(yōu)化技術(shù)匱乏、防洪避險(xiǎn)智慧決策支持平臺(tái)缺乏等“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，基于空天地多源信息獲取與融合為基礎(chǔ)，研發(fā)了可適應(yīng)不同分漫潰情景的洪水風(fēng)險(xiǎn)快速建模與研判技術(shù)；基于多源實(shí)時(shí)LBS、采取大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等手段，研發(fā)了風(fēng)險(xiǎn)人群精準(zhǔn)識(shí)別、快速預(yù)警與實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)及方案流程；基于優(yōu)化算法和GIS 等技術(shù)，研發(fā)了洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)人口避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移路徑實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)；融合以上技術(shù)，采用微服務(wù)架構(gòu)，提出了超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移決策支持技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了防洪應(yīng)急避險(xiǎn)全過(guò)程、多要素的信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲取與調(diào)度管理，可動(dòng)態(tài)界定對(duì)來(lái)水不確定性、分洪、潰口、漫溢位置及規(guī)模不確定性帶來(lái)的避洪轉(zhuǎn)移范圍，提出了洪水風(fēng)險(xiǎn)人群識(shí)別預(yù)警跟蹤方案流程，通過(guò)引入LBS技術(shù)，做到了避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移精確到人，可實(shí)現(xiàn)新形勢(shì)下受災(zāi)人群的實(shí)時(shí)監(jiān)控、全過(guò)程跟蹤與轉(zhuǎn)移效果評(píng)估；提出的轉(zhuǎn)移路徑優(yōu)化技術(shù)可解決人群轉(zhuǎn)移過(guò)程中交通堵塞、安置不合理等難題。

研究成果在長(zhǎng)江流域荊江分洪區(qū)進(jìn)行了示范模擬，效果顯著，可為提前預(yù)警重大洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、降低避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的成本提供重要技術(shù)支撐，提升防洪應(yīng)急避險(xiǎn)的安全性和時(shí)效性，為形成我國(guó)防洪應(yīng)急避險(xiǎn)的系統(tǒng)性智慧技術(shù)解決方案打下基礎(chǔ)。