基于多源信息融合的应急响应优化与仿真解决方案

基于多源信息融合的应急响应优化与仿真赵晗萍应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院教授zhaohanping@2023-06-28•日常商业物流：需求可预测可控、供给固定、强大物流运输系统•灾害应急物流：需求不完备、供给太多样、运输变化多X为决策向量求产生政府部门指挥供应端求产生政府部门指挥供应端保障/协助部门交通部门保障运输新冠疫情应对应急物资供应链国资委国资委发改委市场监管总局应急管理部药监局工信部工信部外汇管理局税务总财政部海关总署商务部邮政局物资储备库物资储备库企业生产原材料供应商境外采购统一调配统一调配相关部门相关部门工信部湖北省防疫指挥部湖北省防疫指挥部部分分配武汉市防疫指挥部全部交付其他一线防疫单位社区其他一线防疫单位社区、工作单位等物流运输国开行财政部国开行财政部慈善组织mm绿色通道-非定向捐赠非定向捐赠慈善组织慈善组织境外捐赠境内捐赠政府部门协助政府部门协助定向捐赠定向捐赠资金流资金流物资流物资流武汉医疗物资供应分配统计口罩生产熔喷布生产口罩生产熔喷布生产全国口罩与熔喷布生产企业统计/2434月月月月月月月月月月月月月月☆☆中央政府部门响应中央政府部门响应湖北/武汉政府响应oo☆☆数据数据智能数据智能信息决策智能决策智能决策突发公共卫生事件后各级政府响应措施自然灾害应急响应问题特点自然灾害应急响应问题特点•时间紧迫、资源有限•灾害特征与地理背景差异明显•多样化的不确定因素•应急过程复杂涉及部门众多•发生时间、空间、影响不可预测或者不能精准预测•对于突发大规模应急事件先验知识不足•不完备信息导致供需关系不匹配应急供应链应急供应链——需求端分析天全县灾情微博数量23992233814613661受灾人口数量12000060000138000发放帐篷数量29129帐篷/受灾人口解决思路灾情评估供需配置动态决策 6·17Ms6.0长宁和4·20Ms7.0芦山地震P10P112013-04-20人民网2013-04-202013-从空中看，有部分房13:01屋受损情况不太严重语义冲突网络灾情数据融合框架量化冲灾基于BPA 动态信息更新P12①建立建筑物倒塌评估的识别框架倒塌范围模糊词数值区间倒塌范围模糊词数值区间几乎无倒塌（A1）大多数倒塌（A5）个别倒塌（A2）绝大多数倒塌（A6）少数倒塌（A3）普遍倒塌（A7）多数倒塌（A4）②量化识别框架中描述倒塌范围的模糊词建筑物倒塌范围的模糊词云模型参数퐸X퐸nHe建筑物几乎无倒塌（A1）0.00250.00210.0002个别倒塌（A2）0.05250.04030.0040少数倒塌（A3）0.20000.08500.0085多数倒塌（A4）0.37500.10620.0106大多数倒塌（A5）0.57500.10620.0106绝大多数倒塌（A6）0.80000.08500.0085建筑物普遍倒塌（A7）0.9500步骤一P13测量证据间的一致性程度和冲突强度计算每个证据的不可靠程度构建基本概率重分配方程，步骤一P13测量证据间的一致性程度和冲突强度计算每个证据的不可靠程度构建基本概率重分配方程，对各焦元的基本概率分配进行修正为了防止基本概率的过度修正，对其进行第二次修正利用D-S组合规则对两次修正的基本概率分配进行融合P14评估结果动态更新)#P15基于贝叶斯融合的人员死亡动态评估流程图P16信息扩散技术地震应急情景信息扩散技术地震人员死亡评估结果评估区间标准化P17P17区间概率先验分布条件概率分布数据获取途径：关键词搜集地震专题报道民政部信息中心：舆情监测系统两次地震网络灾情数据信息地震无效转发数据量数据量重复数据量独立来源数据量总数据量芦山地震21352315宜宾地震P18融合结果与实际的建筑倒塌结果相差最大为0.1789，最小为0，并且集中在0-0.1范围内,融合结果与实际倒塌率均方根误差分别为0.0693、0.0779、0.0702和0.0612芦山地震各乡镇不同时间段评估结果融合结果与实际的建筑物倒塌结果之间的差异值最大为0.0385，最小为0。融合结果与实际倒塌率均方根误差分别为0.0114、0.0109、0.0034和0.0071P19宜宾地震评估乡镇建筑物倒塌动评估结果P19P20芦山地震各阶段相关乡镇人员死亡评估结果震后不同时间段的网络灾情数据获取的死亡人数评估区间的上限值和下限值与实际死亡人数间均方根误差分别为：9.55、8.24、8.12、7.09和6.04；下限均方根误差均为2.80震后不同时间段的网络灾情数据获取的死亡人数评估区间的上限值和下限值与实际死亡人数间均方根误差分别为：6.20、2.71、2.46、2.00、1.79；下限均方根误差均为4.75宜宾地震不同时间段各乡镇人员死亡动态评估结果图P21应急供应链应急供应链——供给端82%帐篷棉被折叠床衣物方便面饼干帐篷棉被折叠床衣物方便面饼干大米/面粉大米/面粉应急物资来源：研究多聚焦国家储备体系、储备库建设选址、储备资源随着社会动员力量增加，市场物资已经绝对占比，但较少关注P22解决思路灾情评估供需配置动态决策潜在供给源挖掘供给评估需求快速评估交通可达性评估供需关系 P23需求评估需求紧迫性分级评估P24医疗物资供给源挖掘医疗物资供需比评估DistrictwherethedemandpointislocatedDemandpoints(resident)DistrictwherethesupplypointislocatedSupplypoints(resident)LatitudeMaximumdistance(m)Maximumtime(second)LongitudeLatitudeLongitudeLushan102.92673030.159580YuchengYingjingHongyaPujiang102.984370102.837320103.369710103.50258929.98555629.79532529.91281230.2141961000925478Tianquan102.75050030.078638Pujiang103.50258930.214196970534917Baoxing102.82102030.372356Dayi103.52303930.5847811563989039Mingshan103.09607030.094232Danleng103.51225930.02618991724医疗物资供需分配应急供应链应急供应链——运输调度 10504/214/224/234/244/254/264/27543210物资调度各环节存在不同程应急物资调度系统不具备灵P25P25P26解决思路P26灾情评估不确定供需配置•优化：资源调度/渔船•优化：资源调度/渔船资源少动态决策跨部门流程杂无经验跨部门流程杂无经验P27建立基于实时路径规划的多周期动态应急物资调配模型，根据实际情景为单位库存成本、单位运输成本、剥建立基于实时路径规划的多周期动态应急物资调配模型，根据实际情景为单位库存成本、单位运输成本、剥夺成本参数赋值，在每周期引入供给、需求和途中信息，求取当前信息下成本最小的物资分配与运输策略①应急物资转运网络①应急物资转运网络②存在优先级的物资转运规则基于实时路径信息的多周期动态应急物资配置模型③可供物资运输的残余路网④实时路线规划，距离和耗时高德地图驾车规划API部分重要返回参数），P282013年4月20日芦山地震应急物资分配运输方案（第一周期）2013年4月20日芦山地震应急物资分配运输方案（第五周期）当情景参数发生扰动，求取的物资分配决策随之变化部分道路中断2013年4月20日芦山地震应急物资分配运输方案2013年4月20日芦山地震应急物资分配运输方案漾濞地震建筑物倒塌评估结果漾濞地震黑箱期人员死亡评估结果01733漾濞地震更新后的人员死亡评估结果P30医疗与生活物资供需评估邻县至漾濞县区物资调度路线玛多地震建筑物倒塌评估结果玛多地震黑箱期人员死亡评估结果玛多地震更新后的人员死亡评估结果医疗与生活物资供需评估邻县至果洛州灾区物资调度路线邻县至果洛州灾区物资调度时间P31人口数量和配送量的差距及还需配送人员数量P32上海社区级需求评估物资配送网络构建物资供应点、转运点分布及人口数量和配送量关系上海社区级需求评估物资配送网络构建P33渔船应急避风遭遇台风袭击灾害风险会作用于应急过程，造成应急响•应急过程中风险传递？提出应急过程的风险评估模型，针对渔船回港调度问题，设计改进的指派优化算法，效率优于经典模拟退火算法。在安全性前提下，转移安置效率提高50%。路径预测P34P34应急过程风险评估pi=1-(1-phi)(1-pti)(1-pci)渔船转移安置方案-港口可能受到台风袭击，使渔船避风失败。-“可能使渔船避风属于失败”隶属度函数-灾害→航行不确定→按时完成应急响应行动不确定-港内渔船拥挤，渔船发生碰撞、火灾其他第i条船进入第j个港口其他MinMinP36•数据：《浙江省沿海标准渔港布局与建设规划》-海洋渔船34506艘-渔港208座•港口数据（20港口）-2012年重点建设渔港共计81座-按等级分层随机抽样。•渔船数据（3500渔船）-实际：信息系统实时获取-模型：随机生成•大型渔船20只，距海岸线200-300km，•中型渔船1480只，距海岸线130-200km，•小型渔船2000只，距海岸线80-150km。P37-台风概率预报：“梅花”2011年8月5日1-规定回港时间：48小时P38P38案例结果hybridclosedloopalgorithmP39交通是应急救援和疏散基础，灾害会造成交通严重拥堵。•灾害影响下交通流量预测？•复杂交通网络应急疏散调度？mm建立大规模复杂网络疏散模型，利用离散CTM模型量化交通流量；在实时风暴潮漫滩数值模拟和交通流量变化条件下，实现应急疏散优化调度。在有序调度前提下，可将疏散时间减少约30%。风暴潮漫滩模式实时交通流量复杂网络疏散改进遗传算法+应急疏散规划P40传统网络复杂疏散网络FlowinputNetworkVehiclespassingthearconebyoneThevehiclesgatheratthestartingnodeandwaitP41流量离散化计算模型tP41dxodxodP42244569798起点终点疏散车辆数疏散时间郭溪镇9.0800032548090金丽温高速公路4110411004110458205239273205239273大道000解决思路灾情评估灾情评估供需配置动态决策供需配置深圳光明新区滑坡上海静安区大火2015年12月20日11时深圳光明新区滑坡上海静安区大火不确定资源少跨部门流程杂•优化：资源调度/渔船回P43无经验P43基于Web-GIS，结合实时信息融合方法，驱动应急响应过程离散系统仿真引擎。P44P44建筑火灾工程发展模型（王德勇，2013ddP45对数正态分布P46火灾危险状态来临时间TcVS人群火场撤离时间(Copper,1985)人群运动时间：Melinek和Booth经验公式：tmove-r=+rts(Melinek等,1969)各事各事0小武基村火灾小武基村火灾0真时着火面积积着火面积仿真时间（分钟）仿真时间（分钟）5死亡和急8救人8数随仿真仿真变化P47P47过火面积灭火时间消防资源死亡人数受伤人数仿真结果8实际案例4各事发地发地真时火面积0事发真1时间事（发分地钟2）0量随0P48变化P48事发地1事发地2过火面积灭火时间P49