基于元胞自动机和多智能体的溃决时空分析模型研究

由于洪水溃决事件具有发生的突然性、扩张的快速性以及响应的紧迫性等特性，影响因素复杂多变，因而对溃决发展过程和影响区域分析的直观性、快速性和准确性的要求更高。以四川地震灾区堰塞湖溃决为例，本课题拟进行溃决元胞自动机模型的元胞尺度划分及尺度效应分析，寻求合适的元胞尺度及邻域范围设置参数，进行元胞空间数据结构优化，并进一步结合多智能体系统方法，探索溃决时空模拟分析方法，使溃决模型不仅具有元胞自动机空间自组织性又考虑了多智能体系统各主体的复杂空间决策行为，从而提高模型模拟的准确性和分析效率；并进一步与虚拟地理环境集成耦合，通过构建原型虚拟溃决实验系统平台，开展实验论证分析，检验完善模型的适用性和实用性。本课题研究成果不仅可直接用于溃决洪水灾害的时空演进模拟与预测预警，也有望为地理信息科学复杂空间系统的模拟预测进一步研究和应用提供新思路和理论依据。

本项目已经完成了案例区域典型地形地貌等测绘和遥感数据、水文资料与社会经济数据的收集，并建立了对应的空间数据库进行管理；已经设计了溃决元胞自动机模型转换规则，完成基于元胞自动机的洪水演进计算模型构建，并进一步进行溃决元胞空间划分及尺度效应分析，通过执行多种情形下的溃决洪水试验分析，探讨溃决模型的元胞尺度及领域范围合适的设置参数；深入分析溃决风险评估涉及的各影响因素，设计溃决风险评估工作流，分解多致灾和承灾因子，建立了元胞自动机与多智能体模型相结合的虚拟溃决时空分析模型，使溃决模型不仅具有元胞自动机空间自组织性又考虑了多智能体系统各主体的复杂空间决策行为，以提高模型模拟的准确性和分析效率；并进一步与虚拟地理环境集成耦合，通过构建原型虚拟溃决实验系统平台，开展实验论证分析，检验完善模型的适用性和实用性。并进一步与已有的虚拟地理环境研究平台集成耦合，完成相关算法程序设计与实现，构建了原型虚拟溃决实验平台，通过案例区域溃决模拟试验，建立支持多种情况下的虚拟溃决洪水演进时空模拟的虚拟地理环境场景，进行集成模拟试验与测试分析模型运行效率。在此基础上，开展泄洪区选址优化应用试验，综合考虑其地形及人口、道路、工程、经济等要素，利用层次分析法设计了多种泄洪区方案，利用虚拟溃决时空分析模型开展模拟分析，探讨不同泄洪区方案及其组合方案相关影响，以确定最优化方案。. 在上述的研究成果基础上，已经发表论文13篇，其中SCI检索论文1篇，EI检索论文8篇，申请国家发明专利1项，获得2013年度测绘科技进步奖一等奖1次，2012年中国地理信息科技进步三等奖1次。在该基金资助下，已经有2名硕士研究生完成学位论文，参加相关国内国际学术会议10人次。. 本项目执行符合预期进度，达到了预期研究目标，满足考核指标要求。