基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估模型研究

洪涝灾害风险评估是自然科学和技术领域中的研究重点和难点。本项目从自然灾害应急救助的角度出发，以洪涝造成的紧急转移安置人口和倒塌房屋风险为研究对象，在已有风险评估研究成果和对洪涝灾害系统组成部分行为特征进行抽象的基础上，研究如何利用多智能体建模技术和扩展BDI的模型设计风险智能体、致灾因子智能体、孕灾环境智能体和承灾体智能体的内部结构，然后研究智能体之间交互协调机制，使智能体之间相互作用，建立基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估模型；在此基础上，以多源数据为支持，评估不同洪涝情景下的紧急转移安置人口和倒塌房屋的风险，从而构建洪涝灾害风险动态评估技术体系。研究成果不仅对发展完善洪涝灾害风险评估理论和方法体系，提升洪涝灾害风险评估技术水平具有重要的理论价值；而且在自然灾害应急救助中具有广泛的应用前景并将产生重大的社会经济效益。

在国家自然科学基金委青年科学基金项目的资助下，课题组严格按照项目计划书执行，本项目围绕洪涝灾害复杂系统建模、房屋和人口风险动态评估模型、多智能体建模等科学问题展开探索研究，共公开发表论文16篇，其中SCI/EI/ISTP三大索引收录11篇（SCI/SCIE检索4篇，EI检索11篇），申请国家发明专利1项，协助培养博士研究生2名和硕士研究生4名，培养2名在读硕士研究生。本项目研究成果已完成项目申请时提出的发表学术论文6-9篇，其中SCI/EI/ISTP收录3-6篇培养1-2名博士研究生，2-4名硕士研究生、申请发明专利/软件著作权1-2项的定量指标。本项目研究进展主要体现在如下三个方面：1）初步构建基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估框架。洪涝灾害风险是洪涝灾害复杂系统组成部分的相互作用结果，风险评估模型是洪涝灾害风险管理和应急处置的基础和核心。传统的洪水演进、空间综合分析、模糊综合评判、层次分析法等风险评估模型不能有效解决洪涝孕育发生发展全过程的风险动态变化难题。本项目根据洪涝灾害系统的特点，将复杂系统建模中的智能体建模（agent-based modeling，ABM）引入到洪涝灾害风险评估中，对洪涝灾害系统进行自上而下的微观建模，在微观上对洪涝灾害系统中不同组成部分的状态和行为特征进行抽象，并构建包含孕灾环境智能体集合（联盟）、致灾因子智能体集合（联盟）、承灾体智能体集合（联盟）和风险分析智能体集合（联盟），构建了基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估框架。2）深入开展暴雨洪涝灾害多智能体之间作用研究。在完成基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估框架的基础上，对不同智能体及其联盟的内部模型、流程、通信协调和相关作用规则进行研究和探讨。3）探索了暴雨洪涝灾害全过程的风险动态评估方法。在Netlogo平台上，基于30米DEM数据和所构建的模型，对淮河流域的暴雨型洪涝孕育发生发展全过程的房屋风险与人口风险进行动态评估。结果表明，所构建的模型能有效评估洪涝灾害全过程中房屋与人口风险的动态变化。本项目研究结果对洪涝灾害风险评估、应急救助和应急管理都较强的指导意义。总体来讲，本项目在洪涝灾害复杂系统建模、洪涝房屋风险动态评估、洪涝人口风险动态评估等方面都取得了较大进展，为进一步深入研究洪涝灾害应急救援与灾害管理提供数据和理论方法基础。