超标准洪水应急避险决策支持技术研究

黄 艳，李昌文，李安强，王 强，朱思蓉

（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010；2.长江信达软件技术（武汉）有限责任公司，湖北 武汉 430010）

1 研究背景

我国洪灾频繁，巨灾风险集中。1949年以后，我国经过大规模水利建设，主要江河流域防洪体系不断完善、整体防洪能力显著提高，常遇洪水得到有效控制，但特大洪水的威胁依然存在，一旦遭遇超过防御标准的洪水，现有堤防、水库等手段仍不能完全控制，需通过蓄滞洪区分洪、洲滩民垸（滩区）行洪、低标准保护区破堤纳洪等措施临时拦蓄部分洪水，降低洪水风险，减轻灾害损失，保障重点防洪对象安全。受全球气候变化与人类活动交互作用及影响，发生大洪水[1]并导致堤防溃决、突发崩岸、堰塞湖等需迅速转移高风险区人口的“黑天鹅”事件概率增大[2-4]，超过流域防洪工程体系设计防洪标准的洪水（简称超标准洪水）灾害形势日趋复杂。洪水威胁对象、孕灾环境与致灾因子、承灾体脆弱性与暴露量、成灾模式与损失构成、洪水风险特性等均发生了显著变化[5-7]，人口财富集聚效应导致洪灾规模不确定性剧增[8]，河流行蓄洪空间日渐减少[9-10]，遇超标准洪水时，“蓄与泄”与“守与弃”面临两难困境[11-12]，加剧了超标准洪水应急避险的艰巨性和复杂性。洲滩民垸、蓄滞洪区、防洪保护区都存在受淹人群转移避险的可能性，亟待深入研究各区域的防洪应急避险方案。

应急避险是应对超标准洪水的重要非工程措施，包括避险规划、准备、预案、预警感知、疏散撤离、救援避险和个人避洪等内容[13]。防洪应急避险具有较强的时代特征，我国传统意义上通过敲锣、广播等方式进行预警和疏导转移，与不断涌现的新一代信息技术相比，现有科技储备不足，如对变化环境下超标准洪水风险进行快速预判[14-15]等基础理论及技术停留在研究和规划层面，由于数据、计算方式等限制，在实时洪水风险管理中应用较少；对风险人群精准识别与实时预警[16-17]、避险转移方案优化[18-19]等关键技术的认知还不深入，应急避险科技支撑能力尚需提升。

2 防洪应急避险决策支持问题分析

2.1 现有防洪应急避险转移方式和技术目前，我国编制了各大流域防御洪水方案、干支流洪水调度方案，国家、流域、省、市、县级防汛应急预案，蓄滞洪区运用应急预案、防御山洪灾害预案等专项预案，以及水利工程防洪调度预案、防御超标准洪水预案、江心洲人员撤退预案、重点防洪城市应急预案、水库防汛抢险应急预案等区域预案，防洪保护区、蓄滞洪区、洪泛区、中小河流、城市等重点地区洪水风险图。2020年，各流域编制了超标准洪水防御预案；为指导上述工作，颁布了《洪水调度方案编制导则》《水库调度规程编制导则》《蓄滞洪区运用预案编制导则》《防洪风险评价导则》《洪水风险图编制导则》《溃坝洪水模拟技术规程》《堰塞湖应急处置技术导则》等标准规范。

在经常遭受洪水威胁的区域，防洪应急避险一般依据上述方案、预案、风险图识别洪水风险区域，制定应急避险方案，如蓄滞洪区运用预案。以荆江分洪区2019年运用预案为例（避险流程见图1），在遇达荆江河段100年以上洪水，如1998年型200年一遇洪水条件下，将分蓄洪量26.39亿m3、最大分洪流量7700 m3/s、分洪历时120 h，需转移人口39.53万人、机动车9.19万辆，在洪水来临前，需结合区内防洪工程及安全设施现状及问题，制定预警警报、转移安置方案：在分洪运用准备阶段，采用电视、广播、电话、短信、鸣锣、挂旗等多种通信方式或挨户通知等形式迅速传播分洪转移命令，做好危化品快速转移、人员财产转移、转移人员接收等准备工作；在转移安置实施阶段，按指定时间完成居民转移清场工作；在分洪阶段，对没有转移出来或落水的人员进行抢救，对临时避洪人员实行转移[20]。

图1 荆江分洪区避险流程图

对于上述已有相对成熟可操作预案的区域，在实际运用过程中，存在预案应用条件（如转移预留时间不足、分洪设施设备老旧、安置房屋不够等）问题，影响分洪效果；对于超标准洪水可能涉及的多数防洪保护区等没有预案的区域，遭受洪水威胁时，应急转移可能存在无序行为及效果不佳等情形。

2.2 变化环境对防洪应急避险的影响在新形势变化环境下，降雨、洪水及防洪工程情况往往具有较大不确定性，给现有防洪应急避洪技术框架下的转移安置带来极大挑战。下面仍以荆江地区蓄滞洪区为例，分析变化环境对防洪应急避险的影响。

（1）水情不确定性的影响。根据《长江流域防洪规划》，荆江河段防洪标准为100年一遇。基于此，荆江分洪区针对1998年型200年一遇洪水，涴市扩大分洪区[21]、虎西预备分蓄洪区[22]基于1954年实际分洪情况分别拟定分洪运用预案。但随着长江上游水库群的建成和投运，现有防洪工况下，荆江分洪区、涴市扩大区和虎西备蓄区的启用机率由100年一遇分别下降至300年、千年和万年一遇，故逢200年一遇洪水，可充分发挥上游水库群的拦蓄作用，而不需启用这些蓄滞洪区。国务院批复的《长江流域综合规划（2012—2030年）》规定：“荆江河段对遭遇类似1870年（约1000年一遇）洪水应有可靠的措施保证荆江两岸干堤不发生自然漫溃，防止发生毁灭性灾害。”由于水情的不确定性，如遇1870年洪水、千年一遇洪水甚至万年一遇洪水，上述方案将失效，即便在分洪区围堤都安全运行的条件下，按照《荆江分洪区运用预案》，至少需要8 h进行准备、48 h进行转移的分洪运用预警方案，而分洪控制站沙市的有效预见期为3～5 d，可能存在避险转移时间来不及的风险。已有洪水风险图为静态“死图”，其以历史洪水数据构建的风险模型难以准确反映实际发生的超标准洪水动态，无法满足应急避险的实时动态风险预判与快速响应及反馈需求。

（2）工情不确定性的影响。目前受上游水库建设运用“清水”下泄、河道非法采砂等影响，长江干流河道冲刷、崩岸加剧；长江干流分流入洞庭湖的松滋口、藕池口、调弦口等支流河道淤积严重（三口河道1952—2003年总淤积量为6.16亿m3，三峡水库蓄水后虽略有冲刷，但较1952年仍表现为严重淤积）、分流比逐步减少（三口多年平均分流比从1956—1966年的29%减少至2003—2017年的12%）；洞庭湖区经过40年淤积调蓄洪水能力降低，加大了长江干流防洪压力，遇大洪水时水位抬高，1996、1998、1999和2002年大洪水城陵矶河段均出现超防洪控制水位34.4 m的情况；蓄滞洪区内涴里隔堤、山岗隔堤建设未达标，堤防安全隐患依然存在，一旦分洪运用损失巨大。此外，流域内蓄滞洪区长期未运用，北闸启闭设施老化、南闸底板淤塞严重，能否正常运用未经检验，临时进退洪口门工程能否在规定时间内爆破开并达到下泄的分洪流量等未经演练，实际运用时，可能发生意料之外的分洪、溃口、漫溢情景。然而，分洪区运用预案虽提及了上述工情的风险，但受时间、经费、技术等限制，目前预案中的分洪预案仍基于偏理想运用工况（即假定分洪、溃口、漫溢方案）拟定，如发生工程非正常运行或溃堤事件，可能导致转移安置准备及实施时间不够，防洪预案失效。

（3）数学模型不确定性的影响。荆江河段地处复杂河网地区，不同洪水组合下的水动力学条件差异显著，加之蓄泄关系的不断调整和蓄滞洪区下垫面条件的变化，已有的水文、水动力学模型一般为固定配置，难以适应快速变化环境下复杂水情、不确定工情的准确模拟，原有模型往往对洪水、物理边界条件做了较多假定[23]，同时对蓄滞洪区的调度运用及进退洪过程做了简化处理，既不满足如1870年等稀遇洪水边界条件及糙率系数的快速拟定，也不能高效应对水库超蓄运用、河道超堤防设计水位行洪、围堤溃决、隔堤漫溢、安全区（台）或外转安置地溃堤、北闸与南闸非正常运用、临时进退洪口门不按计划扒口等可能出现的各种突发情形。此外，发生稀遇洪水时，决策时间极为紧张，需要及时构建模型，而现有模型计算需要大量预设资料，且耗时长，支撑作用不强，较难在决策需要的短时范围内（一般1～2 d或24 h以内）准确模拟计算洪水风险的时空量多维信息，较难满足实时动态分析评估与快速预判预警，对决策支持效果有限。

（4）人口迁徙不确定性的影响。蓄滞洪区避险人群识别信息化程度低，主要采用调查统计手段登记区内人口信息。然而，受人力、资金等限制，蓄滞洪区内人口无法做到每年都开展调查；同时，遇不同量级的特大洪水，蓄滞洪区的蓄满率差异较大，需转移的人口各不相同，传统调查手段很难快速适应不同分洪需求。受新形势下区内社会经济发展和人员流动等的影响，一旦发生稀遇洪水，很难实时有效获取受灾人群总数及其分布。分洪运用准备至返迁阶段，区内人员频繁出入，难以全面掌控和规范人群转移安置行为，传统调查手段可能出现信息盲点，大量人力复杂统计亦会降低避险人群识别效率，无法快速精准反映运用准备、转移清场、开闸分洪、返迁等全过程风险人群的属性、流向、安置、返迁进展信息。

（5）预警通信条件不确定性的影响。荆江分洪区内通讯专网设备陈旧老化，通信手段单一，已不能满足分洪运用需要。涴市扩大分洪区、虎西预备分蓄洪区地面高程较平，起水时间较快，一旦运用，人员必须尽快转移到安全地带，但目前没有建立分洪通讯预警专网，预警完全依靠地方通讯和广播电台等设施，难以保证各项分洪指令的及时传递。此外，避险转移通知响应信息化水平低，避险资源尚待集成，预警难以精准到人，一方面，区内群众难以实时直观查阅预警信息和动态地图、撤离安置方案及交通路况等关注信息，受困群众亦难以根据专家意见开展有效自救或等待现场救援；另一方面，各行政区域管理人员难以对辖区群众进行信息准确实时上报与复核校正，准确度得不到保证。

（6）转移安置工程不确定性的影响。荆江蓄滞洪区安全工程建设滞后，荆江分洪区埠河安全区围堤尚未达设计标准，大部分安全台欠高0.5～1 m，多数砖木结构安置房破损严重，涴市扩大分洪区、虎西预备分蓄洪区安全工程建设至今未启动，在分洪运用中普遍存在着避险无场地、安置无设施、灾后难恢复等问题，加之国家尚未健全有效的补偿保障机制，居民转移安置难度很大。一旦发生预案之外的水情、工情，部分安全区、安全台及外转安置区域都可能受淹，亟待在现有工作基础上提升转移路线与安置方案的快速识别能力。此外，蓄滞洪区存在转移工程建设不配套、区内有转移死角等突出问题，很难实现快速转移，同时农户拥有的机动车和小型运输车辆等迅速增长，仅荆江分洪区就达9.2万辆，一旦转移势必造成混乱和拥堵。因此，如何处理好“转移死角+大规模的人员流动+海量机动车辆”等源汇及中间动态信息等多源异构数据的汇集与融合应用，给避险组织工作带来了极大挑战，增大了转移安置方案的多目标动态协调难度。

2.3 应急避险瓶颈问题分析基于静态预案、假定情景、预设模型计算、手工填报、传统通讯预警等方式的防洪应急避险方案由于手段有限、技术落后，造成防洪风险动态识别能力不足、风险人群识别追踪预警技术落后、实时洪灾避险路径优化技术匮乏、防洪应急避险决策支持平台缺乏等技术问题。

2.3.1 防洪风险动态预判能力不足 我国的防洪风险动态预判在河道内预报精度较高，但是一旦超过堤防设防标准，受限于决策支持系统敏捷搭建能力不够、快速资料获取能力不足，特别是对不同区域变化环境与复杂水力条件下稀遇洪水的动态演进规律及致灾机理认识不够深入等，现有模型无法快速预测计算蓄滞洪区、洲滩民垸、保护区等高风险区域进洪分洪情况及淹没进程，给及时有效采取措施预警、转移人群带来较大不确定性，亟需研究能适应未知水情、工情以及可快速求解超标准洪水风险信息，且具有普适性的精细化洪水演进模型。

2.3.2 风险人群识别与响应短板突出 目前拥有的流域防洪决策支持系统或蓄滞洪区管理决策支持系统，由于洪水风险与居民信息时空叠加能力不足，无法快速确定不同风险等级的受灾人群分布及转移实施时间；其次，缺乏对风险人群的动态及快速识别与追踪技术，难以实时有效获取与全过程动态跟踪避险人群分布及其属性、流向等信息，无法保证风险人群识别的精准性、避险预警的时效性。基于位置服务（LBS）的人群属性分析技术具备应用于超标准洪水条件下避险人群识别的可能性，但目前国内外采用位置信息服务的防洪应急避险技术研究基本属于空白，多集中在导航、购物、广告等纯粹的移动互联网应用场景中[24]，少部分应用于森林火灾、地震灾害等的应急指挥服务等[25-26]；有预案地区人员撤离避险信息化程度较低，通知效率低、应急响应慢、转移安置低效等问题凸显；无预案地区更难以快速确定受影响人群并对其实施高效转移。电子围栏技术具备应用于人群预警与疏散的可能性，国内外多应用于火车轨道人员越界实时预警[27]、共享单车服务[28]等，尚未应用于洪灾避险预警；既定预案的避险转移准备与实施时间多为单一方案，难以针对不确定性水情、工情和灾情进行调整变化。

2.3.3 实时洪灾避险路径优化技术匮乏 新形势下避洪转移对象复杂，包括人口、居民财产、企事业单位资产、危化品等，人流量大、交通工具海量增长，亟需实现大规模流动人、财、物的多目标动态调度及转移路径空间优化，解决交通堵塞难题。海量的人员流动、交通转移、接收安置等源汇及中间动态信息给建模工作带来极大挑战，转移安置方案的多目标动态协调难度大，现有研究成果多利用静态的人口与交通数据[29-30]，基于实时人群、交通的洪灾避险模型研究鲜有报道。

2.3.4 防洪应急避险决策支持平台缺乏 目前，我国的防洪避险智慧管理缺少系统性平台支撑，大部分蓄滞洪区（如荆江分洪区、淮河沂沭泗流域黄墩湖滞洪区等）具有一些用于信息查询的管理系统，但是信息化和智能化对应急避险的支撑力度不够，无法完全反映避险管控对人群精准识别、准确引导等实际需要，避险决策、管理、组织人员无法从繁杂的数据报表、左右两难的决策中解脱出来，洪水风险、避险人群、安置场所、转移路径的动态互馈及其与应急指挥的结合不深入，急待探索新技术。此外，大部分应急避险方案场景展示落后，多采用传统的专题地图方式来展示，在固定大小的图幅里标注转移聚集点、转移线路及转移目的地，对应表格注明每批次转移的人口数量，使用时需打印出来，无法查看局部区域的详情，不方便与避险转移过程中的其他信息动态叠加，无法反映转移的动态过程。

综上，传统应急避险技术主要存在防洪风险动态辨识与预警响应能力不足、风险人群信息获取与识别追踪手段落后、实时洪灾避险路径优化技术匮乏、防洪应急避险决策支持平台缺乏等“卡脖子”技术问题，难以适应新形势下避洪转移人流物流大、转移交通工具海量增长、超标准洪水精准管理的新情况，无法满足超标准洪水条件下分洪溃口位置不确定性、撤离路径动态寻优、安置方案动态调整、转移人口实时反馈驱动的要求，即没有解决应急避险中“水”（洪水风险信息预判）、“人”（受灾人群识别追踪）、“地”（撤离路径实时优化）动态反馈驱动的问题。

3 超标准洪水应急避险决策支持技术

为解决上述技术难题，立足我国流域超标准洪水防御实际，贯彻底线思维和防风险意识，以突破防洪应急避险技术瓶颈、实现避险资源全过程全要素的实时精准调度与智慧管理、提升应急避险组织实施能力为总目标，紧紧围绕洪水风险算的准、算的快，风险人群找的到、可追踪、转移快、安置好，避险技术可示范、能推广等具体目标，以洪水风险预判-避险人群识别预警-转移安置方案拟定-应急避险系统研发为主线，融合水文学、水力学、灾害学、信息学、运筹学等多学科理论与前沿技术，采用现场调查、水文分析、水文水动力耦合数值模拟、卫星遥感、无人机、GIS、多源实时LBS、大数据、人工智能、云计算、电子围栏、实时通讯等方法，采取理论与实践、传统方法与信息化相结合的综合思路，开展超标准洪水精准应急智慧避险决策支持技术研究。该技术包含按照避险信息获取、理论方法研究、系统平台研发、管控措施凝练、流域示范应用等五大板块，基于空天地水立体监测对溃口（或分洪闸）、水文、人群、灾情等关键信息提取，研究可根据不同分漫溃情景快速构建水动力学模型与洪水风险动态评估技术、风险人群识别及避险人群全过程快速预警和实时跟踪、避险转移与安置方案的动态优化、应急避险决策支持等技术问题（技术路线见图2）。

图2 技术路线图

3.1 适应不同分漫溃情景的洪水风险快速建模与研判技术灾前基础地理数据库的建设是进行洪水风险预判和避险救灾的基础。在现有雨、水、工情海量感知体系基础上，集成卫星遥感、无人机影像快速获取、机载LiDAR 快速应急测绘、GIS 等技术，形成立体多维的对地综合观测体系。利用天基中/高分辨率卫星（如高分四号、北京二号、高分二号卫星等）及无人直升机搭载航摄相机，快速动态采集流域、区域超标准洪水空间数据，对洪水洪灾的发展演变趋势进行全天时全天候远程监控及整体感知，亦为构建大尺度洪水演进模型提供基础信息；利用高分辨率卫星、低空无人机倾斜摄影测量技术，动态跟踪观测重要防洪保护区、蓄滞洪区、洲滩民垸等局地重要监测目标并采集相关指标，快速获取并发布三维地形，为构建溃堤等精细尺度洪水演进模型并识别避险要素及安置区提供数据支撑。

建立洪水风险快速建模分析算法，考虑超标准洪水灾害可能引发的放大性、级联性、突变性等严重后果，快速推演稀遇洪水和各种可能工况组合导致的不确定性分洪、溃口、漫溢位置及规模情景下的洪水风险信息，包括洪水前锋到达时间、最大淹没范围、最大淹没水深、洪水淹没历时等，及时掌握洪水风险的发生、发展、趋势和程度。为指导洪水可能淹没危险区内群众及时撤退避险，采用两种技术实现洪水风险信息与灾情信息的时空叠加，动态辨识应急避险对象、安全转移道路、应急安置（逃生）场所等要素，快速划分洪水风险区等级并确定洪水风险区内避险转移批次及各批次避险转移准备与实施时间：一是根据不同水情、工情条件下水动力学模型的水面线计算成果，提取河道各断面的洪水位，叠加数字高程模型，分析获取洪水淹没范围，将解译得到的淹没范围图层与房屋、道路、土地等社会经济图层通过空间地理关系进行拓扑叠加，分析获取洪水淹没区内影响人口、社会经济不同财产类型的价值及其分布等信息。二是采用人工智能识别与目视解译相融合的淹没实物指标解译调查技术，对淹没风险范围内影像进行识别与判读，实现对超标准洪水可能影像的受灾人口、房屋及土地三大类信息的智能获取，并基于数据存储技术实现解译成果的统计分析，基于GIS技术实现专题图绘制。

洪水风险快速分析主要采取两种方式：

（1）将传统一维、二维水动力学模型简化，在水文、地形、地理信息和遥感影像等资料收集的基础上，建立基于GIS+DEM的水位-面积（容积）实时填洼计算及洪水风险动态评估模型，实现河网与受洪水威胁的堤防保护区、蓄滞洪区、洲滩民垸、山洪防治区、水库溃坝及堰塞湖下游影响区等的一、二维水力学耦合计算，并根据灾损曲线等进一步分析可能的洪灾损失，为应急避险提供决策参考。

（2）在已有或开发水文、水动力学模型的基础上，考虑地区组成、洪水遭遇、防洪标准等多因素影响，随机模拟各种场景超标准洪水，分析工程调度影响与行洪状态要素在河道控制断面、河段或区域的时空关系，结合模拟的多场景流域超标准洪水，采用超标准洪水多组合敏捷响应技术，将不同水情、工情、目标对象（如流域、区域、河流、河段、河道断面、水文站、防洪工程、预报区间等）、模型参数（如产流模型、坡面与河道汇流模型、水库调度模型等）、方案模块（如洪水预报、水库调度、洪水演进、决策分析、溃坝模拟、防洪风险分析等）进行任意组合配置和微服务调用，分析水库群拦洪、蓄滞洪区分洪、河段堤防行洪、涵闸泵站排洪等综合防洪能力，挖掘不同水情、工情、灾情条件下的洪水调控数据深层属性关系，研究覆盖“时、空、量”跨维度效用信息的“水情-工情-灾情”关联图的构建方式，建立洪水与风险信息关系，形成洪水风险数据库，并对相应量级洪水灾害进行匹配。

图3 风险人群精准识别、快速预警与实时跟踪技术基本结构图

3.2 风险人群精准识别、快速预警与实时跟踪技术开发防洪避险微信小程序，建立县包乡、乡包村、村包组、组包户“无缝联接”的基层应急避险工作网格化管理平台，实现风险人群信息上报与核查、汛情实时播报与权威发布、汛情风险等级自动更新等功能。将传统户籍人员识别方法、互联网和通讯运营商LBS 大数据组成多源数据并融合利用，实现风险人群位置信息的实时识别与追踪，消除信息盲点。具体实现方式为：风险区内居民通过短信、微信公众号等方式自主上报个人信息，儿童、老人等没有手机的人群由家里或邻居有手机用户辅助登记，在此基础上基于LBS技术开发人群精准识别终端应用，在服务支撑层进行标准封装，全面支持腾讯、阿里等互联网公司以及联通、电信、移动等通讯运营商的位置大数据接口，采用GIS技术导入洪水风险区范围，自动监测和快速获取风险人群位置信息，系统实时自动识别各行政区域（县、镇、村、组）的人口数据，各行政区域管理人员对上报信息复核校正，保证准确度。当通信中断时，一方面通讯运营商采取应急通信车和海事卫星电话等方案进行通信保障，以保证人群位置信息的及时获取，另一方面采用信息化手段与传统登记相结合的方法，避免漏掉部分人员信息。基于人群画像、人工智能、云计算等技术，动态绘制涉灾区域与安全区域内人群特征图谱，基于GIS可视化人群状态图谱，实时掌握受洪水威胁区域内人员聚集、疏散、受困、安置和返迁等情况，实现风险人群的精准识别、实时监控与全过程跟踪。充分运用互联网大数据（如LBS、交通信息等）、云计算、电子围栏、实时通讯及小区固定式、车载移动式和无人机广播等技术，将应急避险信息以地图或动态信息的形式，分门别类地通过传统手段与信息化平台推送至管理决策与组织实施人员以及受灾人群，做到预警的针对性和及时性，消除预警信息传递的“中断点”和“拥堵点”，把预警信息在第一时间通知到村、户、人，实现避险对象的点对点信息传送和风险区内、区外人群的快速预警，实时引导人群转移第一时间规避风险。风险人群精准识别、快速预警与实时跟踪技术基本结构见图3。

3.3 洪水风险区人口避险转移路径实时动态优化技术基于人工智能、优化算法和GIS，在传统避险方案的基础上，以容量限制路径规划（CCRP）模型[31]为基础，提出基于实时人群属性的应急避险转移方案实时优化模型，动态辨识道路拥堵与受淹情况及安置区（或安全区、安全台）位置与容量，实现对转移路径和安置方案的实时优化（见图4）。

该模型综合考虑了避洪人群、道路等级与安全性、转移路线耗时、安置点容量、安置场所可到达性、供需平衡、安置场所就近分配、道路拥堵等约束因素及转移交通工具、目的地、路径等流向信息动态变化。将所有安置场所、待安置的村庄、转移道路分别作为安置容量资源分配的出发点“源”、归属地“汇”以及链接二者的“网络线”，容量资源沿着网络流向待安置人员；同时将安置点容量、可达性、道路容量及可通行性作为重要的实时更新权重条件，并在人群转移过程中实时更新人群分布状态，以在实际疏散过程中进一步降低路径规划与实际疏散过程中的偏差，从而降低总体转移耗时。利用启发式方法代替全局最优求解，提高CRRP或其他常规人群疏散算法的计算速度，实现实时转移路径优化。

3.4 基于实时动态反馈驱动的应急避险决策支持技术在深入理解应急避险技术现状的基础上，针对当前存在的问题和不足，对上述核心技术进行集成并与应急指挥相结合，在统一标准和安全防护体系下，基于松耦合、易扩展的设计思路，采用微服务架构，分层建设防洪应急避险决策支持平台（见图5）。该平台构架包括数据层、模型层、接口层及展现层。

图4 洪水风险区人口避险转移路径实时动态优化技术实现效果

图5 基于实时动态反馈驱动的应急避险决策支持平台全局疏散界面

数据层：主要对应急预案数据进行数字化转换及组织储存，同时整合矢量路网、人口等数据，以及实现外部运营商LBS数据的实时接入同步，为后续的模型分析奠定数据基础。为提高数据吞吐效能，数据层主要基于非关系型数据库进行构建。

模型层：实现实时网络流的洪灾避险转移模型及电子围栏监控模型，洪灾避险转移模型加入初始状态人群热力数据，并在人群转移过程中实时更新人群分布状态，从而在实际疏散过程中进一步降低路径规划与实际疏散过程中的偏差，以达到应急避险疏散要求。电子围栏监控模型主要基于安置区构建多边形电子围栏，结合人群实时位置，提供人群进离安全区判别算法模型。

接口层：基于模型层相应的转移模型、电子围栏监控模型提供功能服务接口，结合运营商提供实时通讯传输接口，为展示层及上层应用提供功能调用能力。

展示层：基于前后端分离架构体系，基于地理信息平台，提供实时避险转移信息表达呈现，呈现内容包括风险人群识别、转移路径实时规划等，展示手段包括矢量信息展示、热力图等。

4 防洪应急避险决策支持技术模拟应用

4.1 防洪应急避险技术适应场景本文提出的变化环境下超标准洪水应急避险决策支持技术融合了信息技术与水利技术，主要针对受洪水威胁的防洪保护区、蓄滞洪区、洲滩民垸（滩区）、山洪防治区、病险水库及堰塞湖下游影响河段等超标准洪水运用情况下，受影响人群的应急避险调度以及城市内涝实时风险评估与防洪调度，可提出基于实时动态信息反馈驱动的应急避险现场解决方案。

4.2 防洪应急避险技术应用情况超标准洪水应急避险决策支持技术在融合雨情、水情、工情、险情、灾情等信息的基础上，提供防洪风险信息研判、避险要素提取，对风险人群识别预警跟踪，辨识安置容量动态变化、实时优化转移路径等分析计算功能模块，提供基于避险转移全要素多场景的数据图谱，为应急避险决策提供技术支持。

以荆江分洪区为例，示范系统将避险要素点、线、面等几何实体进行封装，考虑空间、时态的拓扑结构及与其他对象的关系，在三维空间场景直观立体表现不同时刻的人员聚集、分批撤离及安置容纳状况。荆江分洪区避洪转移全过程态势图谱三维展示效果见图6。

图6 荆江分洪区应急避险平台效果示意

5 结论

针对传统避洪手段存在的防洪风险动态识别与预警能力不足、风险人群识别追踪落后、实时洪灾避险路径优化技术匮乏、防洪避险智慧决策支持平台缺乏等“卡脖子”技术问题，基于空天地多源信息获取与融合为基础，研发了可适应不同分漫溃情景的洪水风险快速建模与研判技术；基于多源实时LBS、采取大数据、云计算等手段，研发了风险人群精准识别、快速预警与实时跟踪技术及方案流程；基于优化算法和GIS 等技术，研发了洪水风险区人口避险转移路径实时动态优化技术；融合以上技术，采用微服务架构，提出了超标准洪水应急避险转移决策支持技术，实现了防洪应急避险全过程、多要素的信息实时动态获取与调度管理，可动态界定对来水不确定性、分洪、溃口、漫溢位置及规模不确定性带来的避洪转移范围，提出了洪水风险人群识别预警跟踪方案流程，通过引入LBS技术，做到了避险转移精确到人，可实现新形势下受灾人群的实时监控、全过程跟踪与转移效果评估；提出的转移路径优化技术可解决人群转移过程中交通堵塞、安置不合理等难题。

研究成果在长江流域荆江分洪区进行了示范模拟，效果显著，可为提前预警重大洪灾风险、降低避险转移的成本提供重要技术支撑，提升防洪应急避险的安全性和时效性，为形成我国防洪应急避险的系统性智慧技术解决方案打下基础。