沿海城市强台风灾害链情景下多部门应急联动建模、仿真与能力建设研究

The coastal city is one of the most serious regions affected by the typhoon. Multi-sector integration emergency response is one of the most useful approaches to deal with typhoon chains. The universal disaster spread model is combined. The characteristic of powerful typhoon are strong, continuous events short and destructive, which are considered fully. System dynamics is utilized. The disaster chain dynamics evolution model is proposed. The nonlinear dynamics of the disaster and its derivative are obtained, which provide theoretical support for multi-sector integration emergency response. Sector, staff and resource are defined as Agent. Take Petri Net as the theory, multi-sector integration emergency response modeling method based on Multi-Agent is put forward. Multi-sector integration emergency response model for disaster chain is established. A multi-objective optimization algorithm based on improved differential evolution algorithm is designed to optimize the model. Cooperation among multi-sector is realized. The emergency response capacity system of multi-sector is proposed combined with the life cycle of emergency management. The project can improve the theory system of disaster prevention and guide the practice of disaster emergency management, which has important theoretical and practical significance in China.

沿海城市是我国受台风影响最严重的地区之一，多部门应急联动是提高台风防御工作成效的重要措施。本项目结合普适的灾害蔓延模型，充分考虑强台风突发性强、事件持续时间短和破坏性强等特点，采用系统动力学的方法，构建强台风灾害链动力学演化模型，深入刻画台风灾害及其衍生灾害的非线性动力学规律，为多部门应急联动救援提供理论基础；根据Petri网理论，将应急联动的部门、人员、资源等视为Agent，提出基于Multi-Agent的应急联动建模方法，建立强台风灾害链情景下多部门应急联动模型；设计一种改进差分进化算法（DE）的多目标优化方法对多部门应急联动模型进行优化仿真，使多部门应急联动进入协同状态；在此基础上，结合应急管理全生命周期理念，提出沿海城市强台风灾害链情景下多部门应急联动能力建设体系。本项目丰富了有中国特色的防灾减灾理论知识体系，有利于指导灾害应急管理的实践工作，具有重要的理论意义和现实价值。

我国是世界上受台风灾害影响最严重的国家之一。基于《中国统计年鉴》及《中国农业统计资料》等数据，以犹豫模糊语言集理论、多数集和理想点法基础，提出了一种新的灾情评估方法，对2008年我国的灾情进行了系统的评估，实证表明2008年湖南、湖北、江西等省灾情比较严重。提出了一种集成NARX 神经网络和灰色系统的灾害预测模型和基于差分进化算法的支持向量机预测模型，对灾情进行了预测研究，通过对比研究，发现提出的预测方法优于传统的预测方法。基于系统动力学，研究了强台风灾害情景下的应急策略。构建了考虑市民恐慌程度和损失率的多目标动力学模型。仿真研究发现：政府应急调度水平、防指协同度和市民参与度直接影响到台风灾害带来的经济损失和社会恐慌程度; 在理论层面上对突发事件应急管理体系特别是台风应对方法有所贡献; 对构建包括政府、防指、市民等多元主体积极、主动响应台风灾害提供理论依据。提出了基于本体模型的案例推理的应急决策方法，提高了知识的共享程度，同时解决了“情景－应对”型决策的情景描述与匹配问题，对非常规突发事件快速生成解决方案具有较大的参考价值。结合台风应急实践过程，将台风灾害应急方案生成和调整划分为两个阶段。以CBR 理论和前景理论为基础，提出了强台风灾害应急方案生成与动态调整方法。研究了应急物资调度多目标优化模型，该模型考虑了多个物资提供点、中间节点、物资需求点的情况，设计了求解该模型的多目标优化算法。考虑到应急优化模型通常是约束条件下的单目标和多目标约束优化问题。针对单目标约束优化问题，研究了基于改进的差分进化算法。针对多目标约束优化问题，设计了对可行性和不可行解分别采取不同变异机制的多目标优化算法，该方法能够快速生成满足约束条件且分布均匀的Pareto前沿。