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(xué)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(dá)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(dá)4 億人次，所造成的經(jīng)濟(jì)損失大約占到國民生產(chǎn)總值的1%～3%。在地震、臺風(fēng)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(fù)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(fēng)、洪澇和寒潮等。毋庸置疑，溫州市在過去幾年中在抗臺風(fēng)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(jìn)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(dá)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(dá)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(jī)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(fēng)對溫州地區(qū)造成的影響仍然很大。例如：2013年的臺風(fēng)“蘇力”對溫州市造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)2.21億元；2016年的超強臺風(fēng)“鯰魚”造成的直接經(jīng)濟(jì)損失更是超過9 億元，全市受災(zāi)人口高達(dá)38.8 萬人。

通過數(shù)字化的手段統(tǒng)計歷史臺風(fēng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合目前的應(yīng)急模式進(jìn)行優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。因此，本文將著重針對臺風(fēng)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(jìn)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(dá)201 個，其中大部分自然災(zāi)害類型為受臺風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)險災(zāi)害地區(qū)的分布不符，高風(fēng)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(fēng)為例，在暴風(fēng)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(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)中，參考北京理工大學(xué)學(xué)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(fēng)災(zāi)害的實際情況加以修改。根據(jù)臺風(fēng)的實際影響，儲備點選址標(biāo)準(zhǔn)將從以下幾個方面進(jìn)行考慮，具體如表1所示。

考慮到臺風(fēng)帶來的暴風(fēng)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(biāo)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?jǐn)?shù)；再采用層次分析法將復(fù)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(rèn)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(zhǔn)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(dāng)（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(xiàn)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全風(fēng)險評估辨識規(guī)范和各應(yīng)急管理部門的指導(dǎo)手冊、操作指南、應(yīng)急預(yù)案等，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理后構(gòu)建應(yīng)急預(yù)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(yù)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(jìn)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(hù)、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(fēng)險和損失是不可估量的，而科學(xué)的應(yīng)急救援體系是有效預(yù)防損失的基礎(chǔ)。在臺風(fēng)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(dāng)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(fēng)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(jìn)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(xué)的儲備點選址模型，充分考慮臺風(fēng)，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(biāo)，以此構(gòu)建更加科學(xué)的選址模型；使用Voronoi 圖，更準(zhǔn)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(jìn)行整合，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)和應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)，為應(yīng)急物資儲備點的規(guī)劃提供科學(xué)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。