基于物联网的滑坡灾害应急预案仿真研究

As typical geological hazards in China, landslide makes the constuction of highway, railway and urbanization vulnerable. This research intends to study the system management and optimization decision for landslide disaster including sensor networks, data processing and the emergency plan simulation with the adoption of Internet of Things. In detail, the research contains the following parts: First, design a scientific topology to construct a sensor network which is mainly made up of the sensors, monitors, communication networks, gateways and terminal processors, thus monitor the vulnerable objectives in a timely way. Besides, though the combination of perception network, communication network and the Internet, the surface information of the monitored objectives and the surrounding information can be obtained constantly to process date in the heterogeneous networks and analyze disaster feature information in real-time. At last, conduct personnel evacuation system, emergency logistics system and medical rescue system simulation automatically based on warning interval of characteristic parameter values when the landslide disaster occurs. The innovation of this project is embodied in the integration of the information collecting, heterogeneous networks processing and preparedness simulations to form a disaster management system, thus making it possible for the administrators to monitor the asymptotic changes of the disaster bodies out of restriction of time and place and make preparations for the disaster ahead of time. In a word, the project changes the traditional ways to cope with the disasters which lack of pre-disaster inaction and improves the capabilities to defense geological disasters.

滑坡是我国公路、铁路、城镇建设面临的典型地质灾害。本项目拟研究物联网下的滑坡灾害系统管理与优化决策--包括感知网络、数据处理、应急预案仿真。即：设计科学的网络拓扑结构，将传感器、监测仪、通信网、网关与终端处理器等设备组成传感网络，一刻不放松地盯着疑似灾害体；通过感知网、移动通信网与互联网"三网合一"不断采集灾害体表征信息和环境信息，实时地进行异构网络的数据处理和灾害特征信息的统计；对照滑坡灾害发生时特征参数值的预警区间，自动进行应急物流系统仿真、人员疏散系统仿真和医疗救护系统仿真。本项目创新之处是将信息采集、异构网络的数据处理和预案仿真三者有机结合形成灾害管理系统，真正使后台管理人员不仅能在任何时间，任何地点观察到灾害体的任何渐近变化，而且还要针对性地提出应对灾害发生的各种预案。它将改变灾害管理所显现的灾前无所作为，灾后紧急求救的传统方式，极大地增强人们对于地质灾害的防御能力。

2015年9月，课题组成员赴湖北宜昌秭归县沙镇溪镇滑坡现场调研一周；2016年8月，赴湖北宜昌中国地质大学秭归实习基地调研一个月；2017年8月，赴巴东黄土坡滑坡实地考察一周，参观了巴东野外大型综合试验场，现场观摩了滑坡体内部结构的变化。.经过近两个月的实地考察，课题组将主要研究任务分为四个部分：1、无线传感网节点部署优化研究，即：通过查阅资料、实地勘察，以及大量的仿真实验，得到了簇首比例为4%时，滑坡监测系统可靠性最优。有效延长了无线感知网络的生命周期，可以为滑坡监测系统感知网络的部署提供参考。2、大规模地质灾害救援队伍调配优化决策研究，即：研究了救援队伍最优调配策略的选择，为实现大规模地质灾害应急救援过程中有限资源的合理调配提供了一种有效方法；提出了灾害链情形下救援队伍的多级联动响应机制，为应对次生灾害不确定性和动态更新条件下，救援队伍的实时调配决策问题提供了一种新的思路；建立了基于资源共享的救援队伍协同优化模型，为化解大规模地质灾后面临的资源差异和需求冲突矛盾提供了一种处理手段。3、灾害现场救援队伍合作搜救机制设计与仿真研究，即：针对灾害现场救援过程中救援队伍之间缺乏有效合作的现状，考虑了两种不同的队伍编制情况，并分别结合不同的救援队伍编制特点，设计了分布式拍卖合作救援机制与组合拍卖合作救援机制，改善了灾害现场救援效果。4、基于多智能体的行人流应急管理仿真研究，即：建立了融合贝叶斯纳什均衡与多智能体系统的行人流仿真模型，通过多场景仿真实验，并综合考虑行人的行走倾向，得出了通道行人安全流率与通道宽度之间的定量关系，即通道宽度每增加1米，行人安全流率可增长约3人/秒。.项目研究期间（2015-2018）先后参加国内外学术会议12人次，包括日本2人次，澳大利亚1人次，美国1人次以及国内8人次，邀请海内外学者来我校交流3人次（日本早稻田大学古月敬之教授，美国匹兹堡大学Jennifer Shang教授、俄勒冈州立大学Haizhong Wang教授）。