數(shù)字化視域下應(yīng)急物資儲備點選址優(yōu)化模式研究

姜文鵬、錢云樓

（浙江安防職業(yè)技術(shù)學院，浙江 溫州 325006）

1 自然災(zāi)害背景

隨著全球氣候變暖，大氣環(huán)流形勢異常，全球自然災(zāi)害明顯增多，其中因不良天氣條件造成的氣象災(zāi)害高達70%以上。而我國也是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，據(jù)中國氣象局資料統(tǒng)計，在各類自然災(zāi)害中，氣象災(zāi)害大約占到70%以上。我國每年受到重大氣象災(zāi)害影響的人口大約達4 億人次，所造成的經(jīng)濟損失大約占到國民生產(chǎn)總值的1%～3%。在地震、臺風等突發(fā)自然災(zāi)害發(fā)生時，應(yīng)急物資在救援和事后恢復過程中起著至關(guān)重要的作用[1]。

2 溫州地區(qū)常見自然災(zāi)害

溫州處于東南沿海位置，災(zāi)害類型主要為臺風、洪澇和寒潮等。毋庸置疑，溫州市在過去幾年中在抗臺風過程中付出了巨大努力，對于應(yīng)急力量的建設(shè)也在逐年進步。

通過對市應(yīng)急管理局的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，全市的應(yīng)急專家已達到191 人，且各區(qū)的應(yīng)急隊伍也在不斷完善。以甌海區(qū)為例，地方應(yīng)急隊伍已達到29 支，包括綜合救援隊伍、專業(yè)救援隊伍和志愿者救援隊伍等。在應(yīng)急設(shè)備方面，無人機等新型設(shè)備和新技術(shù)也不斷被投入使用中。然而，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查報告分析發(fā)現(xiàn)臺風對溫州地區(qū)造成的影響仍然很大。例如：2013年的臺風“蘇力”對溫州市造成的直接經(jīng)濟損失就高達2.21億元；2016年的超強臺風“鯰魚”造成的直接經(jīng)濟損失更是超過9 億元，全市受災(zāi)人口高達38.8 萬人。

通過數(shù)字化的手段統(tǒng)計歷史臺風數(shù)據(jù)，并結(jié)合目前的應(yīng)急模式進行優(yōu)化是當務(wù)之急。因此，本文將著重針對臺風災(zāi)害情況，并結(jié)合溫州市甌海區(qū)的應(yīng)急物資儲備分布情況與常見的點位優(yōu)化模式和模型進行研究[2]。

3 儲備點分布現(xiàn)狀

經(jīng)過實地的調(diào)研考察和數(shù)據(jù)的收集分析，溫州市甌海區(qū)的自然災(zāi)害點位多達201 個，其中大部分自然災(zāi)害類型為受臺風暴雨影響滑坡、崩塌和泥石流等。通過ArcMap 的圖層疊加，可以顯示甌海區(qū)的各區(qū)域風險等級、自然災(zāi)害點和應(yīng)急物資儲備點的分布情況。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風險防范區(qū)的分布，如圖1所示，大多數(shù)防范區(qū)點位集中在甌海區(qū)西北部，而在中部和東南部的分布較為稀疏。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害防范區(qū)點位

相反，在應(yīng)急物資儲備點的選址方面，絕大部分的儲備點分布于甌海區(qū)中部以及東南地區(qū)。通過點位分析，可以看出目前的儲備點選址存在以下問題：

點位的分布與高風險災(zāi)害地區(qū)的分布不符，高風險地區(qū)缺少應(yīng)急物資的支持；

部分儲備點的覆蓋范圍存在重疊，即在空間上存在資源浪費的問題。

4 儲備點選址參數(shù)

以上問題在傳統(tǒng)的應(yīng)急物資儲備點選址方案中時常出現(xiàn)，這類方案往往只考慮到節(jié)省運輸成本，而忽略了在突發(fā)自然災(zāi)害下的應(yīng)急響應(yīng)和運輸效率。以臺風為例，在暴風雨天氣下，應(yīng)急物資儲備點還需要考慮到海拔高度、可利用儲備面積、周邊道路的通行能力等多個方面。

另外，每個儲備點的救援覆蓋面也是衡量點位分布是否合理的重要指標，因此在突發(fā)自然災(zāi)害發(fā)生后的黃金救援時間內(nèi)，控制從儲備點到災(zāi)害點的最短時間和距離，同時使每個應(yīng)急物資儲備點的覆蓋面最大，以此才能讓所有儲備點在整體上形成布局最優(yōu)化[3]。

在構(gòu)建應(yīng)急物資儲備點的選址標準中，參考北京理工大學學者陳黛在大規(guī)模災(zāi)害應(yīng)急資源優(yōu)化配置研究中提出的建構(gòu)體系，本文將結(jié)合臺風災(zāi)害的實際情況加以修改。根據(jù)臺風的實際影響，儲備點選址標準將從以下幾個方面進行考慮，具體如表1所示。

考慮到臺風帶來的暴風雨天氣影響，此建構(gòu)體系主要選擇了海拔高度、地面積水情況、儲備點最大可儲存容量、周邊交通道路、道路通行能力以及儲備點周邊人口密集設(shè)施這些指標作為儲備點篩選條件。根據(jù)此評價體系框架，利用層次分析法確定權(quán)重并建立應(yīng)急物資儲備點選址評價模型：

R=R1·WR1+R2·WR2+R3·WR3+R4·WR4

其中，R表示選址方案中的應(yīng)急物資儲備點的物資輸送能力，R越大，該點位的輸送能力越強；R1、R2、R3、R4分別表示應(yīng)急物資儲備點體系各個影響因素的評價值；WR1、WR2、WR3、WR4分別表示每個影響因素的權(quán)重[4]。

在選擇評分模型的問題上，可以通過模糊綜合評價的方式，運用模糊關(guān)系將不容易量化的影響因素量化，從而得到直觀的評價分數(shù)；再采用層次分析法將復雜問題分解為若干層次和因素，在比較和計算各因素之后得出不同方案的權(quán)重[5]。

5 儲備點選址優(yōu)化模式

針對解決應(yīng)急物資儲備點位的覆蓋面重疊問題，本文認為可以通過使用Voronoi 圖的方法來解決。目前，Voronoi 圖已經(jīng)被廣泛運用于各個領(lǐng)域的幾何計算中，使用Voronoi 圖可以更加準確地表示空間中點和點之間的臨近關(guān)系，使空間數(shù)據(jù)更加容易管理。

6 Voronoi 圖應(yīng)用

給定一組生成點P={p1，…，pn}?R2，其中2＜n＜∞，且當（i≠j）時，pi≠pj。其中i，j∈In={1，…，n}。

下方公式表示pi的Voronoi 圖區(qū)域：

式（1）中：i≠j；j∈In；d(p，pi)表示點p 與點pi間的最小距離（歐幾里得空間中點p 和點pi間的直線距離）；

其中，點pi確定的Voronoi 區(qū)域稱為點pi的Voronoi 多邊形。

通過對現(xiàn)有點位數(shù)據(jù)的分析，得到如圖2所示的Voronoi 圖。圖中的▲代表自然災(zāi)害發(fā)生點，●代表應(yīng)急物資儲備點。從圖中可以看出，各個應(yīng)急物資儲備點覆蓋范圍內(nèi)的自然災(zāi)害點分布并不均勻，即存在一部分應(yīng)急物資儲備點的覆蓋范圍內(nèi)沒有任何自然災(zāi)害發(fā)生點，同時也存在一部分應(yīng)急物資儲備點覆蓋過多自然災(zāi)害發(fā)生點[5]。

圖2 Voronoi 圖

7 建立數(shù)字化平臺

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展下，數(shù)字化是應(yīng)急管理發(fā)展的必然趨勢。通過對各類文獻的研究，本文構(gòu)建了符合溫州市甌海區(qū)的數(shù)字化整合框架。此框架用于整合各個區(qū)域內(nèi)的分散數(shù)據(jù)，包括自然災(zāi)害發(fā)生點位、建設(shè)工程及危舊房屋、重要交通道路、人員密集場所、應(yīng)急物資儲備庫等。

在技術(shù)方面，使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，將多種來源傳感器數(shù)據(jù)按照相關(guān)感知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集規(guī)范進行標準化處理，并將最終數(shù)據(jù)匯入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。針對臺風暴雨等自然天氣災(zāi)害，此框架將重點關(guān)注水位水情、雨情雨量、泥石流滑坡和地災(zāi)位移等因素，實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)。

在應(yīng)急方面，此框架將整合各類政策文件、數(shù)據(jù)標準規(guī)范、安全風險評估辨識規(guī)范和各應(yīng)急管理部門的指導手冊、操作指南、應(yīng)急預案等，通過標準化處理后構(gòu)建應(yīng)急預案數(shù)據(jù)庫；結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)和應(yīng)急預案數(shù)據(jù)，對各個地區(qū)的應(yīng)急物資儲備點和救援物資進行重新規(guī)劃和分配，同時也為今后的自然災(zāi)害防范提供數(shù)據(jù)存儲、維護、更新和檢索的能力。

8 結(jié)語

突發(fā)性自然災(zāi)害給我國帶來的風險和損失是不可估量的，而科學的應(yīng)急救援體系是有效預防損失的基礎(chǔ)。在臺風等自然災(zāi)害來臨時，如何高效調(diào)度應(yīng)急物資的輸送并避免資源的浪費是目前應(yīng)急救援體系面臨的難題。

本文以應(yīng)急物資儲備點的選址方案為研究對象，對溫州市甌海區(qū)當前的應(yīng)急物資儲備點做了調(diào)查和分析，通過ArcMap 的圖層疊加分析了甌海區(qū)的自然災(zāi)害點、高風險區(qū)域和應(yīng)急物資儲備點的選址方案，針對儲備點的選址與自然災(zāi)害點的密集程度不符合各個儲備點的救援覆蓋面重疊問題分別進行研究，最后結(jié)合實際提出建議。

結(jié)合本地主要的自然災(zāi)害構(gòu)建科學的儲備點選址模型，充分考慮臺風，暴雨等頻發(fā)自然災(zāi)害的特點，在選址時將積水、周邊交通情況以及周邊人口密集設(shè)施等因素作為建模指標，以此構(gòu)建更加科學的選址模型；使用Voronoi 圖，更準確地表示幾何空間中點與點之間的臨近關(guān)系，使空間數(shù)據(jù)更加容易管理，同時利用Voronoi 圖的性質(zhì)，既可以使每個應(yīng)急物資儲備點的覆蓋范圍最大化，還能避免物資輸送時的資源浪費問題；通過構(gòu)建數(shù)字化平臺框架對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源進行整合，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)和應(yīng)急預案數(shù)據(jù)，為應(yīng)急物資儲備點的規(guī)劃提供科學合理的依據(jù)。本文針對現(xiàn)有的問題做了理論上的分析，希望有助于應(yīng)急體系的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和深入發(fā)展。