基于GIS、RS与遗传算法的城市多情景避震疏散研究 ——以合肥市主城区为例

论文摘要

近年来,随着各种自然灾害和人为灾害的频繁发生,对城市带来的危害也越来越严重。同时,各级政府部门也在积极提升应对突发紧急事件的处理能力,相关的防灾减灾技术研究和应用显得尤为迫切。地震灾害往往会给城市带来毁灭性的危害,在当今地震预报技术还不成熟的前提下,加强地震预防成为防震减灾的有效手段。而通过现代地理信息技术获取城市相关空间与属性数据加以分析计算来进行避震疏散研究,是制定防震减灾预案机制的重要参考依据。合肥市作为经济社会快速发展的省会城市,地处我国东部著名的郯庐地震带末端,在历史上发生过多次有感地震,地震活动强度比较大,有必要进行相关的防震避震研究。本文从防震减灾角度出发,选取了合肥市二环线和四个重点建设居住区为研究区域,通过遥感技术、GIS技术和遗传算法等技术和优化模型,在构建研究区避震疏散空间数据库基础上,划分了研究区的避震疏散场地类型,优化了疏散路线,并对四个重点建设居住区进行了多情景下的避震归属划分。本文首先采用ArcGIS中的Geodatabase数据模型,设计了研究区的空间数据库模型,并利用获取的遥感影像和相关图片数据,进行空间数据和属性数据的集成,形成了包含重点建设居住区数据库、城区道路数据库和人口数据库等三个子数据库的避震疏散空间数据库。其次,结合GIS空间分析中的缓冲区分析、叠置分析等模型,划分了合肥市二环线内的紧急避震疏散场地、固定避震疏散场地和中心避震疏散场地。第三,根据不同情形下的避震疏散要求,本文提出了震前、临震和震后的多情景避震疏散方式,并构建了不同情景下的避震疏散模型,之后利用GIS空间分析技术划分了合肥市四个重点建设居住区不同情景下的避震归属。最后,本文结合震后道路疏散的特点,通过道路的通达度、有效通达度和当量长度等指标,构建了震后人群疏散优化模型,通过遗传计算和GIS空间分析计算,实现了从紧急避震疏散场地到固定避震疏散场地的路径优化和人员疏散。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 避震疏散研究的必要性与紧迫性
• 1.1.2 新技术在防灾减灾方面的研究与应用
• 1.1.2.1 “3S”技术
• 1.1.2.2 人工智能与优化算法
• 1.1.3 国内外防震减灾研究现状
• 1.1.3.1 国外防震减灾研究
• 1.1.3.2 国内防震减灾研究
• 1.2 本文主要工作
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.1.1 理论意义
• 1.2.1.2 实践意义
• 1.2.2 研究内容
• 1.2.3 研究过程和思路
• 2 研究区概况
• 2.1 自然地理环境
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候与地貌
• 2.1.3 郊庐断裂（地震）带
• 2.2 人文社会经济
• 2.2.1 社会经济与城市发展
• 2.2.2 国家级皖江城市带承接产业转移示范区核心城市
• 2.3 研究区范围
• 3 数据采集与处理
• 3.1 避震疏散基础地理信息数据采集与处理
• 3.1.1 属性数据收集与分类
• 3.1.2 遥感影像空间信息提取
• 3.1.2.1 遥感影像预处理
• 3.1.2.2 空间信息提取
• 3.2 避震疏散空间数据库建库
• 3.2.1 GIS数据库
• 3.2.2 避震疏散空间数据库构建
• 3.2.2.1 Geodatabase数据库设计
• 3.2.2.2 避震疏散数据库建立
• 3.2.2.3 城市道路几何网络数据集
• 3.2.2.3.1 网络模型的概念
• 3.2.2.3.2 GIS网络分析
• 3.2.2.3.3 ArcGIS构建网络数据集
• 3.2.2.4 数据库质量控制
• 4 城市避震疏散场地划分
• 4.1 避震疏散场地
• 4.1.1 避震疏散原则
• 4.1.2 避震疏散场地类型
• 4.1.2.1 避震疏散场地的类型划分
• 4.1.2.2 避震疏散场地的指标要求
• 4.2 避震疏散场地划分
• 4.2.1 基于GIS的避震疏散场地划分
• 4.2.1.1 空间面积
• 4.2.1.2 出入口数量与道路宽度
• 4.2.1.3 服务半径
• 4.2.1.3.1 缓冲区分析
• 4.2.1.3.2 叠置分析
• 4.2.1.3.3 服务半径划分
• 4.2.2 避震疏散场地划分结果
• 5 城市社区避震归属划分
• 5.1 多情景避震疏散模型构建
• 5.1.1 多情景避震疏散
• 5.1.2 多情景避震疏散模型
• 5.1.2.1 有组织疏散
• 5.1.2.2 无组织疏散
• 5.2 社区避震归属划分
• 5.2.1 社区避震需求分析
• 5.2.1.1 居民楼疏散人口计算
• 5.2.1.2 社区避震疏散人口分布
• 5.2.2 多情景避震归属划分
• 5.2.2.1 震前的避震归属划分
• 5.2.2.2 临震的避震归属划分
• 5.3 小结
• 6 基于遗传算法的震后疏散路线优化
• 6.1 遗传算法
• 6.1.1 遗传算法概论
• 6.1.2 遗传算法基本操作
• 6.2 震后的疏散优化模型构建
• 6.2.1 疏散道路的通达度、有效通达度和当量长度
• 6.2.2 优化模型的构建
• 6.3 震后疏散优化模型的遗传算法求解
• 6.3.1 数据处理
• 6.3.2 震后疏散优化模型遗传算法求解
• 6.3.3 小结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢