1. معرفی
با ادامه توسعه مناطق ساحلی از طریق احیای زمین، خطر سیل در حال افزایش است و خطرات مربوط به خسارات عظیم جانی و مالی ناشی از آبگرفتگی نیز در حال افزایش است [ 1 ، 2 ]. بلایای طبیعی مانند طوفان ها و سونامی ها می توانند آسیب های جدی به شهرهای ساحلی وارد کنند. در صورت وقوع چنین فاجعه ای، تخلیه افراد در اسرع وقت برای به حداقل رساندن تلفات ضروری است. هنگامی که دستور تخلیه توسط دولت صادر می شود، مردم باید در اسرع وقت به نزدیکترین پناهگاه منتقل شوند. با این حال، سیستم تخلیه فعلی نحوه انتخاب مسیر را برای افراد تخلیه شده تجویز نمی کند [ 3]. بنابراین، مردم به طور کلی اطلاعاتی در مورد اینکه کدام پناهگاه برای آنها نزدیکترین و آسانترین دسترسی است، ندارند. به خصوص برای شرایطی که طغیان در آن رخ می دهد، پیش بینی های دقیق و اقدامات پیشگیری با استفاده از مدل های فیزیکی و آماری مختلف به دلیل پیچیدگی فرآیند هیدرولوژیکی چالش برانگیز است [ 4 ].
علاوه بر این، فاصله و زمان تخلیه واقعی می تواند به دلیل موقعیت های پویا ایجاد شده توسط یک رویداد بلای طبیعی تغییر کند. بنابراین، بدیهی است که برای تسهیل تخلیه در هنگام سیل، یک زمان تخلیه واقعی برای استخراج مسیر بهینه به در دسترس ترین پناهگاه تعیین شود. علاوه بر این، ارائه بصری اطلاعات تخلیه مربوط به مکان های پناهگاه و مسیرهای مربوطه برای تخلیه موثر مردم در زمان واقعی ضروری است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، نقشه های اطلاعات بلایا در کره فقط مکان پناهگاه ها را در یک منطقه خاص نشان می دهد یا جهت های ساده ای را به پناهگاه ها در خارج از منطقه سیل زده ارائه می دهد. تشخیص محل دقیق پناهگاه که افراد در یک مکان خاص باید به آنجا حرکت کنند دشوار است [ 5]. به طور خاص، اگر فقط اطلاعات مکان پناهگاه ها همانطور که در شکل 1 الف نشان داده شده است ارائه شود، اطلاعات قابل اعتمادی برای انتخاب مسیر تخلیه ایمن ترین و سریع ترین وجود ندارد. شکل 1 ب جهت مسیر تخلیه را با فلش نشان می دهد، اما مشخص نیست که زمان تخلیه یا پناهگاه هایی که در کوتاه ترین زمان می توان به آنها رسید. به عبارت دیگر، اگر چندین پناهگاه مجاور وجود داشته باشد، بر اساس اطلاعاتی که در نقشه فاجعه در شکل 1 نشان داده شده است، تعیین اینکه کدام پناهگاه در کوتاه ترین زمان قابل دسترس ترین است، غیرممکن است . این کمبود اطلاعات ممکن است منجر به از دست رفتن زمان ارزشمند مورد نیاز برای تخلیه و افزایش خسارات شود [ 6 ].
در این زمینه، این مقاله یک روش جایگزین برای ساخت یک نقشه تخلیه سیل با ترکیب زمان سفر واقعی برای یک مسافت معین در طول یک وضعیت سیل، و یک روش تجسم موثرتر برای یک کارتوگرام فاصله زمانی پیشنهاد میکند. ما یک نقشه موثر تخلیه سیل برای شهر Siheung در کره جنوبی به عنوان یک مثال تجربی ارائه می دهیم. در این مکان، باران شدید متمرکز مکانی اغلب به صورت فصلی رخ می دهد. برای نقشه تخلیه سیل، ابتدا پناهگاه ها و مسیرهای بهینه سیل را به طور خاص بر اساس زمان تخلیه حاصل از شبکه عابر پیاده در مناطق مسکونی استخراج کردیم. کارتوگرام زمان تخلیه که با جایگزینی فاصله جغرافیایی بین مناطق مسکونی و پناهگاه های تخلیه سیل با ویژگی زمان تخلیه ایجاد شده است. برای تجسم مسیرهای تخلیه و پناهگاه های بهینه به طور موثر ایجاد شد. کارتوگرام تخلیه سیل پیشنهادی اطلاعات بصری بسیار شهودی و موثری در مورد پناهگاه ها و مسیرهای تخلیه بهینه برای کسانی که پناهگاه بهینه را نمی شناسند و حتی برای کسانی که اطلاعات تخلیه محدودی دریافت کرده اند ارائه می دهد. علاوه بر این، بینش های قابل توجهی را برای سیاست گذارانی که مایل به ایجاد طرح های تخلیه سیل خود هستند، فراهم می کند.
این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است. در بخش 2 ، مطالعات قبلی مربوط به تخلیه سیل و مفهوم کارتوگرام زمانی مورد بحث قرار گرفته است. سپس، یک روش جایگزین برای ایجاد نقشه تخلیه سیل در بخش 3 پیشنهاد شده است . در بخش 4 ، کاربرد تجربی این رویکرد برای نقشه برداری تخلیه سیل با استفاده از شهر سیهونگ در کره به عنوان مثال نشان داده شده است. در نهایت، نتیجه گیری و کار آینده در بخش 5 مورد بحث قرار می گیرد .
2. آثار مرتبط
مطالعات مختلفی در مورد موقعیتهای تخلیه در مناطق سیلزده برای دههها انجام شده است، از جمله تجزیه و تحلیل منطقه خدماتی و دسترسی به پناهگاهها و همچنین استخراج مسیرهای تخلیه بهینه. به عنوان مثال، ماسویا و همکاران. [ 7 ] مناطق آسیب پذیر در برابر سیل را تجزیه و تحلیل کرد و میزان دسترسی آنها به پناهگاه ها را محاسبه کرد. علاوه بر این، ژانگ و همکاران. [ 8 ] روشی از برنامه ریزی تخلیه امکان پذیر برای سیل شکستن دایک با استخراج جاده های سیل زده و شبیه سازی سیل را بررسی کرد. کولز و همکاران [ 9 ] مدلسازی سیل یکپارچه با تجزیه و تحلیل منطقه خدمات خدمات اضطراری و تجزیه و تحلیل دسترسی مناطق در طول سیل از طریق تجزیه و تحلیل شبکه. کولکارنی [ 10] از داده های ارتفاعی برای ارزیابی ایمنی مسیرها با توجه به عمق طغیان استفاده کرد. سیستم مورد استفاده برای انتخاب مسیر در شرایط سیل برای استخراج مسیر تخلیه بهینه از طریق مسیر و الگوریتمهای جریمه قطعه تصادفی طراحی شده است. با این حال، تشخیص اینکه کدام مسیر بر اساس زمان تخلیه مناسبتر است دشوار است، زیرا همه مسیرها به طور مساوی در نقشه توپوگرافی بدون در نظر گرفتن وزنهای زمانی برای تخلیه نشان داده میشوند.
علاوه بر این، تا کنون هیچ مطالعه ای انجام نشده است که به طور موثر نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل تخلیه سیل را برای افرادی که واقعاً در تلاش برای فرار هستند ارائه دهد. اگرچه قابل توجه است که Uno و Kashiyama [ 11 ] یک سیستم شبیهسازی تخلیه برای بلایا را با تجسم وضعیت تخلیه با استفاده از انیمیشن سه بعدی پیشنهاد کردند، اما هنوز اطلاعات شهودی در مورد پناهگاههای بهینه که افراد میتوانند به آن فرار کنند، وجود ندارد. برای تجسم نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل تخلیه سیل، Leskens و همکاران. [ 12] یک ابزار شبیه سازی و تجسم تعاملی برای تجزیه و تحلیل سیل ایجاد کرد. زمان رسیدن سیل شبیه سازی شده و دسترسی به جاده ها به تصویر کشیده شد، در حالی که اطلاعات مسیر تخلیه در نتایج گنجانده نشد. به طور مشابه، اگرچه ژانگ و همکاران. [ 8 ] اطلاعاتی را در مورد جاده های پر تراکم و روستاهای آسیب پذیر و Masuya و همکاران ارائه کرد. [ 7 ] خانههای مسکونی آسیبپذیر را تجزیه و تحلیل کرد، زمان تخلیه به صورت بصری در هر دو مطالعه بیان نشد.
در میان طیف وسیعی از تکنیکهای تجسم، در زمینه تخلیه سیل، یکی از روشهای مفید کارتوگرام است که اطلاعات مربوط به زمان تخلیه واقعی را به جای اطلاعات مکانی دقیق برای پناهگاهها برجسته میکند. کارتوگرام ها در زمینه های مختلف کاربردی برای تکمیل نقشه های موجود محبوب شده اند [ 13 ، 14 ]. آنها از تجسم اطلاعات جغرافیایی با اطلاعات آماری به طور همزمان بهره می برند [ 15 ]. اگرچه یک کارتوگرام ممکن است هندسه واقعی نقشه را تحریف کند، اما برای درک ویژگی مورد نظر پدیده ها مفیدتر است. به خصوص برای اطلاعات زمانی، نقشه برداری اطلاعات زمانی به صورت مکانی منجر به درک بهتر درک و الگوهای سفر می شود.16 ]. در مورد نقشه تخلیه سیل، کارتوگرام فاصله مناسب است زیرا زمان و مسافت نسبی را به تصویر می کشد و بنابراین برای شناسایی حرکت واقعی مسیرها و نزدیکترین پناهگاه ها در یک شبکه عابر پیاده در هنگام سیل مفید است. مطالعات زیادی معرفی شدهاند که با جایگزین کردن فاصله جغرافیایی با ویژگیهای دیگر، کارتوگرامهای فاصله را نشاندهنده روابط فضایی مختلف میسازند. روشهایی که قبلا معرفی شدهاند عمدتاً به دلیل سطوح غیرقابل تشخیص تحریف یا عدم قطعیت اطلاعات محدود شدهاند [ 17 ]. علاوه بر این، تکنیک های مختلف تجسم بر پدیده های ارائه شده توسط داده ها تأکید می کنند، اما برای بیان اطلاعات زمانی مناسب نیستند [ 18 ، 19 ]]. کارتوگرام زمانی نقشه ای است که فاصله جغرافیایی بین مکان ها را با ویژگی های مربوط به زمان جایگزین می کند. بنابراین، جغرافیا در پاسخ به آن ویژگی دگرگون می شود [ 20 ].
مطالعات زیادی در رابطه با ایجاد کارتوگرام های زمانی با استفاده از اطلاعات از ویژگی های مختلف انجام شده است. Shimizu و Inoue [ 17 ] فرآیندی را برای ایجاد کارتوگرام های فاصله بصری و با استفاده آسان ارائه کردند، که در آن بلبرینگ به مقدار اولیه اعمال شد تا روش Levenberg-Marquardt اصلاح شود. با این حال، این روش تنها نحوه تبدیل شبکه را در طول زمان سفر توضیح می دهد. بوچین و همکاران [ 21 ] مدلی مناسب برای تجسم زمان سفر با استفاده از شبکه های جاده ای پیشنهاد کرد. زمان سفر از طریق طول بخش ها با استفاده از منحنی های سینوسی بیان شد، اما تشخیص شهودی زمان سفر دشوار بود زیرا موقعیت ثابت بود و هیچ تغییر شکلی برای فواصل مستقیم وجود نداشت. قیصر و همکاران [ 22] یک الگوریتم تغییر شکل فاصله زمانی اصلاحشده برای شبکههای جادهای چند مقیاسی پیشنهاد کرد. این تکنیک را می توان برای تصویرسازی استفاده کرد که می تواند ادراک فضایی را بهبود بخشد، اما پیچیدگی عملیات زمانی که در محدوده وسیعی از شبکه ها اعمال می شود محدود است. کراک و همکاران [ 23 ] نوعی کارتوگرام خط را با ترکیب کارتوگرامهای زمان و فاصله برای شناسایی ویژگیهای اولیه رفتار حرکتی معرفی کرد و به کاربران این امکان را میدهد تا این ویژگیها را مستقیماً از طریق تجسم مبتنی بر وب از حرکات کشف کنند. با این حال، شبکه برای جنبش حفظ نشد.
اولا و کراک [ 20] تکنیکی را برای تولید کارتوگرام زمان متمرکز با استفاده از داده های حرکت برنامه ریزی شده پیشنهاد کرد. با اعمال این روش، ایستگاه، راهآهن و مرز شبکه راهآهن هلند تغییر شکل داده و کارتوگرام ایجاد میشود. مکان ایستگاه ها متناسب با زمان سفر از نقطه عزیمت به هر ایستگاه جابه جا می شوند و زمان سفر با استفاده از دایره های متحدالمرکز نشان داده می شود. برای شبکه های راه آهن و مرز نقشه، هومومورفیسم و توپولوژی توسط بصری پیوسته و صاف حفظ شد. از آنجایی که معیار تغییر شکل پیوندهای راه آهن و گره های ایستگاه در همان شبکه راه آهن متفاوت است، کارتوگرام حاصل ممکن است به شدت مخدوش شود. علاوه بر این، محاسبه پیچیده است زیرا تغییر شکل باید به طور جداگانه انجام شود. برعکس، لی و همکاران. [ 24] دسترسی مبتنی بر فاصله زمانی را با استفاده از داده های ترافیک تجزیه و تحلیل و تجسم کرد. نمودار حرکت برای جستجوی کوتاه ترین مسیر و محاسبه دسترسی بر اساس زمان سفر مسیر ساخته شده است. با این حال، محدودیتی برای ارائه موثر اطلاعات مسیر خطی وجود داشت، زیرا نتایج با استفاده از یک شکل منطقه ای تجسم شدند.
3. روش ها: نقشه برداری تخلیه سیل و تجسم کارتوگرام
هنگامی که یک فاجعه سیل رخ می دهد، تخلیه فوری ضروری است، اما استفاده از وسایل نقلیه و سایر اشکال حمل و نقل عمومی برای تخلیه دشوار است. بنابراین، یافتن مسیر کوتاهترین مسافتی که در سطح عابر پیاده به عنوان یک مسیر فرار بهینه وجود دارد، ضروری است [ 5 ]. در این مطالعه، موقعیتی را فرض کردیم که در آن تخلیه عابران پیاده مانند سیلابهای آهسته افزایش مییابد. این مطالعه زمان تخلیه را محاسبه کرده و مسیر فرار را بر اساس شبکههای عابر پیاده که با مسیرهای پیادهروی دقیقتر مشخص میشوند، استخراج میکند تا نقشه تخلیه مناسبتری برای یک موقعیت واقعی ایجاد کند ( شکل 2 ).
کیم و لی [ 5 ] منطقه خدماتی پناهگاه را پس از تخمین زمان تخلیه عابر پیاده مطابق با تأثیر عمق آبگرفتگی و شیب استخراج کردند. به طور مشابه، به عنوان اولین گام در تولید نقشه تخلیه سیل، شبکه عابر پیاده و داده های مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) برای محاسبه زمان فرار واقعی که منعکس کننده شیب مسیر است، استفاده شد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.. هنگام محاسبه زمان تخلیه، کاهش سرعت راه رفتن به دلیل سیل برای کسانی که در منطقه غرقاب مورد انتظار هستند در نظر گرفته می شود که در نقشه طغیان نشان داده شده است. علاوه بر این، برای منطقه ای با عمق عمیق تر از عمق بحرانی سیل، هزینه زمانی بسیار بالایی به عنوان زمان تخلیه برای جلوگیری از عبور از آن مناطق در نظر گرفته شد. پس از تعیین پناهگاه ها و منشاء سیل، و تعیین منطقه مورد انتظار سیل به عنوان منطقه ممنوعه، ماتریس مبدا و مقصد (OD) بین هر اقامتگاه و سرپناه فردی را می توان با استفاده از نزدیک ترین تجزیه و تحلیل تسهیلات ایجاد کرد. ستاد مرکزی مقابله با بلایا و ایمنی و آژانس ملی مدیریت اضطراری کره، تخلیه اضطراری 30 دقیقه ای را توصیه کرده اند. بنابراین، برای استخراج امکان پذیرترین مسیر تخلیه، مسیرهایی با کل زمان سفر 30 دقیقه یا کمتر به عنوان مسیرهای بهینه با پناهگاه بهینه انتخاب شدند. پس از آن، پناهگاه بهینه بر اساس زمان تخلیه جابجا شد و مسیر تخلیه با توجه به پناهگاه تغییر شکل داده شد تا نقشه تخلیه سیل ایجاد شود.
3.1. محاسبه زمان تخلیه
از آنجایی که زمان پیادهروی با شیب رو به بالا افزایش مییابد، قانون لانگمویر اصلاح شده [ 25 ] برای محاسبه زمان سفر با توجه به شیب برای هر پیوند اعمال شد. جدول 1 معادلات زمان راه رفتن را با توجه به شیب داده شده توسط قانون اصلاح شده Naismith-Langmuir نشان می دهد. طبق قانون جدول 1 ، اختلاف ارتفاع باید محاسبه و در شبکه عابر پیاده ذخیره شود تا افزایش و کاهش زمان تخلیه توسط شیب منعکس شود. افزایش زمان تخلیه را می توان با همپوشانی شبکه عابر پیاده و DEM، تخصیص مقادیر ارتفاعی به هر گره و محاسبه اختلاف ارتفاع بین هر دو گره انتهایی هر پیوند محاسبه کرد. [ 5 ]
علاوه بر این، با عبور افراد تخلیه شده از منطقه سیل زده، زمان تخلیه افزایش می یابد. در این مطالعه، معادله در [ 26 ] برای محاسبه سرعت راه رفتن اصلاح شده است vدر طول غوطه وری که به صورت خطی با عمق سیل کاهش می یابد به شرح زیر است:
جایی که vسرعت راه رفتن در عمق سیل است. دعمق آب است؛ 0.011 نرخ کاهش با عمق غرقاب در معادله [ 26 ] است. 2 میانگین سرعت راه رفتن در حالت عادی است. در مطالعات قبلی [ 27 ، 28 ، 29 ]، میانگین سرعت راه رفتن سریع برای بزرگسالان در محدوده 1.32-2.53 متر بر ثانیه است. برای تخمین زمان سفر که با شیب و عمق غوطه وری افزایش می یابد، استاندارد پیاده روی سریع در این مطالعه 2 متر بر ثانیه تعیین شده است. علاوه بر این، زمانی که عمق غوطه وری آن به 0.55 متر می رسد، تنها با تکیه بر یک جسم ثابت در آبراه می توان راه رفت [ 30 ]]. بنابراین، عمق بحرانی آب برای تخلیه 0.55 متر تعیین شده است، بنابراین مسیرهای تخلیه را می توان با استفاده از مسیر انحرافی برای مناطقی که انتظار می رود سیل در آنها بالاتر از عمق بحرانی رخ دهد، محاسبه کرد.
3.2. استخراج پناهگاه ها و مسیرهای بهینه
در این مطالعه، خوشههای مسکونی در منطقهای که در آن سیل در گذشته رخ داده یا در آینده انتظار میرود، برای تعریف نقاط تخلیه برای تحلیل نزدیکترین تأسیسات استفاده میشود. خوشه های مسکونی بر اساس مناطق مسکونی با توزیع متراکم تشکیل می شوند. از آنجایی که مناطق مسکونی با توزیع متراکم مناطقی با جمعیت زیاد هستند، می توان آنها را به عنوان مناطقی در نظر گرفت که تخلیه در آنها به طور کلی فوری است. برای ایجاد خوشههای مسکونی، انواع مسکن، مانند خانههای تکخانواره، خانههای چند خانواری، یا ساختمانهای آپارتمانی از لایههای ساختمانی پایگاه داده نقشه آدرس نام جاده کره که توسط وزارت کشور و ایمنی کره ارائه شده است استخراج میشوند. خانه هایی با احتمال زیاد سیل با همپوشانی ساختمان ها، نقشه ردیابی طغیان [ 31 ] انتخاب می شوند.] و نقشه طغیان و بر اساس کوتاه ترین زمان تخلیه به نزدیکترین پناهگاه اختصاص داده می شوند. نقشه آبگرفتگی مناطق سیل زده مورد انتظار، محدوده خسارت مورد انتظار و عمق آبگرفتگی را با در نظر گرفتن آثار سیل در گذشته، از جمله عواملی مانند سونامی ناشی از زلزله، بارندگی شدید، و فروریختن و سرریز سدها نشان می دهد. در همین حال، نقشههای ردیابی آبگرفتگی برای نشان دادن مناطق سیلابی قبلی ایجاد میشود و ویژگیهای عمق و زمان سیل بر روی نقشههای توپوگرافی کاداستری و دیجیتالی پیوسته نشان داده میشود. از آنجایی که ساختمان های مجاور به یک پناهگاه اختصاص داده شده اند و بنابراین مسیر فرار بسیار مشابهی دارند، خوشه های مسکونی برای گروه های ساختمانی مجاور ایجاد می شود و مرکز هر خوشه به عنوان مبدأ تخلیه تعیین می شود.
در این مطالعه، تنها پناهگاه های سیل که به ویژه در معرض شرایط ارتفاعی هستند استخراج و به عنوان یک لایه تاسیساتی برای انجام نزدیک ترین تحلیل تاسیسات وارد شدند. در مورد تخلیه واقعی، لازم است مسیر تخلیه با تعیین منطقه غرقابی به عنوان منطقه ممنوعه تجزیه و تحلیل شود، زیرا ممکن است دسترسی به منطقه سیل زده ممنوع باشد. بنابراین، مناطق سیلزده مورد انتظار برای نزدیکترین تجزیه و تحلیل تسهیلات بهعنوان محدود شده وارد میشوند تا مسیر انحرافی برای آن مناطق سیلزده بالاتر از عمق بحرانی آب مشخص شود.32 ]. با استفاده از مبدأ تخلیه و منطقه محدود شده برای تأسیسات و عابران پیاده، میتوان نزدیکترین تحلیل تسهیلات را با تعریف زمان سفر هر پیوند به عنوان هزینه انجام داد و سپس ماتریس OD ایجاد میشود. در نتیجه، پناهگاه ها و مسیرهای بهینه با زمان تخلیه کمتر از 30 دقیقه بر اساس ماتریس OD انتخاب می شوند.
3.3. ساخت کارتوگرام زمان – فاصله تخلیه سیل
برای ارائه اطلاعات بصری و موثر در مورد پناهگاه بهینه و مسیر آن در حین تخلیه افراد، تغییر نقشه تخلیه بر اساس زمان سفر به پناهگاه ضروری است. برای هر مبدا تخلیه، مسیر به پناهگاه بهینه با استفاده از زمان تخلیه تغییر شکل میدهد و پناهگاه برای ایجاد کارتوگرامهای فاصله زمانی برای استفاده در خلال تخلیه سیل تغییر شکل میدهد. فرآیند ساخت کارتوگرام فاصله زمانی در الگوریتم 1 نشان داده شده است. اگر بسیاری از پناهگاه های بهینه برای یک مبدا در دسترس باشد، همه مسیرهای مربوطه را می توان در یک لایه ترکیب کرد و در یک زمان پردازش کرد.
الگوریتم 1 الگوریتم کارتوگرام تخلیه سیل |
- (1)
-
پیوندهای مسیر را در نقطهای که جهت تغییر میکند به بخشهایی تقسیم کنید و گرههایی را در مکانهای تقسیمبندی شده ایجاد کنید.
- (2)
-
گره های پیوندهای مسیر و پناهگاه ها را به مجموعه ای از نقاط اختصاص دهید پ
- (3)
-
فاصله زمانی تخلیه را محاسبه کنید دتیمنو ضریب فاصله زمانی rتیبر اساس معادله زیر:
دتیمن=rتی×دمن، wساعتهrه rتی=∑n=1کلn/∑متر=1کتیمتر
جایی که،
- آ.
-
محل مبدا = [ایکس0 ، Y0]
- ب
-
محل نقطه من=[ایکسمن ، Yمن]∀ من=1،…، ک
- ج.
-
فاصله مستقیم از مبدا تا هر نقطه من=لمن
- د
-
زمان سفر از مبدأ به نقطه دیگر من=تیمن
- ه.
-
فاصله زمانی تخلیه = دتیمن
- f.
-
ضریب فاصله زمانی = rتی
- (4)
-
تنظیم مکان های پبر اساس معادله زیر:
ایکستی”=(ایکسمن-ایکس0)·دتیمنلمن+ایکس0
Yتی”=(Yمن-Y0)·دتیمنلمن+Y0
که در آن مکان تنظیم نقطه من”=[ایکستی” ، Yتی”]
- (5)
-
با استخراج آخرین نقطه تنظیم شده، لایه پناهگاه جابجا شده را بسازید پ
- (6)
-
با اتصال مجدد گره های تنظیم شده پیوندهای مسیر، مسیرهای تخلیه را تغییر شکل دهید
|
ابتدا، پیوندهای مسیر برای هر مبدأ تخلیه، بر اساس نقطه ای که جهت پیوند در آن جابجا می شود، به بخش هایی تقسیم می شوند و گره ها در مکان های قطعه بندی شده ایجاد می شوند و با لایه پناهگاه بهینه ترکیب می شوند. از طریق ترکیب لایه های مربوطه، پناهگاه می تواند آخرین گره هر مسیر را تشکیل دهد. با توجه به اصل جابجایی ایستگاه از [ 20 ]، هر نقطه را می توان با تبدیل فواصل جغرافیایی به فواصل زمانی تخلیه و در عین حال حفظ اطلاعات جهت پناهگاه ها و گره ها از مبدا جابجا کرد. فاصله جغرافیایی از فاصله خط مستقیم از مبدأ تا نقطه مربوطه استفاده می کند. فاصله زمانی تخلیه دتیمنرا می توان برای منعکس کردن نسبت زمان لازم برای رسیدن به هر گره بخش در امتداد شبکه عابر پیاده به کل زمان تخلیه مورد نیاز برای سفر از یک مبدا به یک پناهگاه بهینه محاسبه کرد. در حالی که جهت هر نقطه از مبدأ حفظ می شود، فاصله خط مستقیم از مبدا تا هر نقطه جایگزین می شود دتیمنبرای تنظیم موقعیت نقطه لایه با پناهگاه های جابجا شده را می توان با استخراج آخرین گره از یک لایه نقطه که مکان آن تنظیم شده است ایجاد کرد. همچنین امکان پیکربندی مجدد گره هایی که برای تغییر شکل مسیرهای تخلیه جابجا شده اند نیز وجود دارد. حتی در مواردی که چندین مسیر تخلیه به پناهگاههای مختلف وجود دارد، اگر جهت پناهگاهها مشابه باشد، برخی از بخشها از طریق همان پیوندها جابهجا میشوند و اطلاعات مربوط به چنین مسیرهای اضافی باید پس از تغییر شکل پیوند حفظ شود. اگر پیوند با روش پیشنهادی اصلاح شود، می توان مسیر اضافی را حفظ کرد زیرا با اعمال ضریب فاصله زمانی یکسان اصلاح می شود. rتی. اگرچه شکل پیوند پس از تبدیل برای مسیر موجود تحریف شده است، تشخیص مسیر تخلیه آسان است زیرا اطلاعات جهت از مبدأ برای تمام نقاط تغییر مسیر پیوند، یعنی همه گرههایی که پیوند مسیر را تشکیل میدهند، حفظ میشود. .
پس از اینکه کارتوگرام مبتنی بر فاصله زمانی از طریق جابجایی پناهگاه ها و تغییر شکل پیوند ایجاد شد، فواصل پنج دقیقه ای از دایره های متحدالمرکز را می توان اضافه کرد تا اطلاعات مستقیم در مورد زمان تخلیه به پناهگاه های بهینه ارائه شود.
4. کاربردهای تجربی
4.1. نتایج کاربردهای تجربی
در این بخش، ما یک کاربرد تجربی برای رویکرد پیشنهادی برای نقشهبرداری تخلیه سیل با استفاده از مورد سیهونگ، یک شهر ساحلی در کره جنوبی ارائه میکنیم. Siheung به عنوان یک منطقه مطالعه که از آن نقشه های تخلیه سیل ایجاد می شود، مناسب است، زیرا به دلیل تعداد کم مناطق کوهستانی و تعداد زیاد سایت های احیای ساحلی در معرض خطر بالای سیل در نظر گرفته می شود [ 32 ]. بر اساس دستورالعمل نقشه های بلایا ارائه شده توسط وزارت اداره عامه و امنیت [ 33]، یک نقشه فاجعه باید برای موارد شدید طغیان ایجاد شود. علاوه بر این، سیهونگ تحت تأثیر طغیان رودخانه قرار گرفته است. بنابراین، منطقه مورد انتظار طغیان با استفاده از نقشه سیلاب تعیین می شود، که در آن 500 میلی متر حداکثر بارندگی و 10 سال حداکثر فراوانی است. شکل 3 a Siheung را در کره جنوبی نشان می دهد و شکل 3 b شبکه عابر پیاده را با منطقه طغیان آب مورد انتظار بر اساس فرکانس 500 میلی متر / 10 سال برای Siheung نشان می دهد.
در مجموع 38 پناهگاه تخلیه سیل در Siheung تعیین شد ( شکل 4 a). پناهگاه های سیل موجود در شکل 4a در سرتاسر سیهونگ، از جمله مناطق سیلابی مورد انتظار توزیع شده اند. پناهگاه های سیلاب به دلیل ماهیت سیل با ارتفاع کافی تعیین می شوند و پناهگاه های بیشتری در نزدیکی خوشه های مسکونی متراکم و منطقه سیلابی مورد انتظار متمرکز شده اند که احتمال خسارت بالایی دارد. لایه پناهگاه به عنوان داده های تسهیلات برای نزدیک ترین تجزیه و تحلیل تسهیلات استفاده شد. برای ایجاد نقاط مبدا تخلیه بر اساس خوشههای مسکونی، ابتدا گروهی از ساختمانهای طبقهبندی شده به عنوان «مسکن» از لایه ساختمان پایگاه داده نقشه آدرس جدید کره استخراج شدند. سپس مرکز ساختمانهای خوشهای استخراج شد و سرپناه بهینه و مسیر تخلیه متناظر از مرکز خوشه مسکونی با انجام نزدیکترین تحلیل تسهیلات استخراج شد. از آنجایی که تجزیه و تحلیل نشان می دهد که ساختمان های مجاور به یک پناهگاه اختصاص داده شده اند و مسیرهای تخلیه آنها نیز معادل است، منطقی است که ساختمان ها را در یک گروه برای ایجاد یک خوشه ترکیب کنیم. مرکز هر خوشه مسکونی به عنوان نقطه مبدا تخلیه استفاده شد، همانطور که در (شکل 4 ب) که 20 نقطه مبدا تخلیه سیهونگ را نشان می دهد. حتی مناطقی که به دلیل دور بودن از منطقه مورد انتظار طغیان احتمال سیل کمتری دارند نیز ممکن است به عنوان مبدأ انتخاب شوند زیرا آنها خوشه های مسکونی متراکم هستند که نیاز به برنامه های تخلیه از پیش تعیین شده دارند.
با استفاده از شبکه عابر پیاده و DEM با وضوح 90 × 90 متر [ 34 ]، مقدار ارتفاع به هر گره در شبکه اختصاص داده شد، به طوری که ارتفاع متغیر در مسیرهای عابر پیاده ذخیره می شود. سپس با استفاده از فرمول جدول 1 ، زمان تخلیه هر پیوند بر اساس شیب محاسبه شد.. با استفاده از نقشه طغیان، زمان تخلیه برای پیوندهایی که در مناطق غرقاب مورد انتظار گنجانده شده اند را می توان محاسبه کرد تا کاهش سرعت راه رفتن در منطقه سیل زده را در نظر بگیرد. علاوه بر این، بخشی از منطقه مورد انتظار سیلابی به عنوان منطقه ممنوعه تعریف شد که پس از فراتر رفتن از عمق بحرانی آب، به عنوان منطقه طبقه بندی شد. بر اساس شبکه عابر پیاده، که شامل زمان تخلیه و ویژگی های محدودیت است، نزدیک ترین تجزیه و تحلیل تسهیلات بین پناهگاه و مبدا تخلیه انجام می شود. “Origin 16” در نزدیکی منطقه طغیان قرار دارد و مسیر رسیدن به پناهگاه های مجاور اغلب از طریق منطقه طغیان است. شکل 5تغییر در مسیر تخلیه بهینه را هم با و هم بدون محدودیت منطقه طغیان برای «منبع 16» نشان میدهد. برای اینکه به طور شهودی نشان داده شود که پناهگاه و مسیر تخلیه بهینه توسط منطقه طغیان تغییر میکند، مسیر به 20 پناهگاه مجاور برای دو مورد بدون محدود کردن حداکثر زمان تخلیه برای “منبع 16” استخراج شد: (1) بدون بازتاب منطقه طغیان ( شکل 5 الف) و (2) بازتاب کاهش سرعت راه رفتن با توجه به عمق آب منطقه طغیان ( شکل 5 ب). همانطور که در شکل 5 ب نشان داده شده است، هنگامی که منطقه سیل زده معرفی می شود، می توان تایید کرد که مسیر جدیدی که آن منطقه را دور می زند، به عنوان یک مسیر تخلیه بهینه جدید استخراج می شود.
در مرحله بعد، کارتوگرام تخلیه سیل برای دستیابی به درک بهتری از کوتاه ترین مسیرهای تخلیه واقعی از نظر حالت پیاده روی و شناسایی سریع نزدیکترین پناهگاه در شرایط اضطراری سیل ایجاد شد. مدت زمان تخلیه نیم ساعت به عنوان آستانه استخراج پناهگاه های بهینه و مسیرهای آنها تعریف شد. سپس، جابجایی پناهگاه و تغییر شکل مسیر با استفاده از الگوریتم کارتوگرام فاصله پیشنهادی نشان داده شده در الگوریتم 1 به طور موثر انجام شد. شکل 6 نتیجه جابجایی پناهگاه و تغییر مسیر فرار را با جایگزینی فاصله جغرافیایی با فاصله زمانی با حفظ جهت اولیه نشان میدهد. “منشا 16”.
شکل 6 زمان مورد نیاز برای رسیدن به هر پناهگاه از مبدا 16 را با افزودن ایزوکرون به نتیجه نشان می دهد که از پناهگاه بهینه و مسیر آن بر اساس فاصله جغرافیایی به دست آمده است. مدرسه ابتدایی Siheung Maehwa که از نظر فاصله جغرافیایی نزدیکتر است پناهگاه بهینه به نظر می رسد. با این حال، در یک وضعیت واقعی، با توجه به منطقه ممنوعه و فاصله زمانی متفاوت برای تخلیه، مسیر فرار به «مدرسه ابتدایی Siheung Maehwa» در واقع طولانیتر خواهد بود زیرا مسیر از منطقه سیلزده مورد انتظار عبور میکند. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که “مدرسه راهنمایی Siheung Maehwa” به عنوان یک سرپناه بهینه مناسب تر است، همانطور که در کارتوگرام زمان تخلیه نشان داده شده است ( شکل 6 ب).
شکل 7 مسیرهای فرار اصلی را نشان می دهد که از «منبع 10» به پناهگاه های موجود و مسیرهای تغییر شکل یافته بر اساس زمان تخلیه واقعی منتهی می شوند. برای مسیرهای فرار تغییر شکل یافته، در صورت نیاز به زمان بیشتری برای رسیدن به آنها، مکان پناهگاه های موجود تغییر مکان داد. این به این دلیل است که طول پیوندهای مسیر بر اساس زمان واقعی فرار اصلاح شده است. علاوه بر این، از آنجایی که ضرایب فاصله زمانی یکسان برای همه گرههای مسیر اعمال شد، میتوان مسیرهای اضافی را که از طریق همان پیوندها به سمت «مرکز رفاه اجتماعی Siheung برای معلولان» و «مرکز رفاه اجتماعی Chongwang» عبور میکنند، حفظ کرد. بنابراین الگوریتم کارتوگرام اعوجاج ایجاد شده در اثر تبدیل مسیرها را به حداقل می رساند و خصوصیات توپولوژیکی را حفظ می کند.
4.2. بحث در مورد کارتوگرام های تخلیه سیل
جدول 2 نقشه های تخلیه سیل ایجاد شده برای پنج منبع مختلف را با استفاده از الگوریتم پیشنهادی برای کارتوگرام تخلیه سیل نشان می دهد. از مجموع بیست مبدا، 9 مورد هنوز به همان مکانهای پناهگاه و مسیرهای بهینه اختصاص داده شدهاند، زیرا تنها میتوان به یک پناهگاه در عرض 30 دقیقه رسید. علاوه بر این، شش مبدا از کارتوگرام حذف شدند، زیرا فواصل زمانی جغرافیایی و تخلیه تفاوت قابل توجهی ندارند. برای پنج مبدا (6، 9، 10، 13، 16)، که تفاوت قابل توجهی را بین فاصله زمانی جغرافیایی و تخلیه نشان میدهد، پناهگاههای بهینه جابهجا شدند و پیوندهای مسیر برای ایجاد یک کارتوگرام زمان تخلیه تغییر شکل دادند تا یک کارتوگرام بصری و مؤثر ارائه شود. نمایش اطلاعات مسیر فرار
برای “منبع 6″، اشاره شده است که پناهگاه های بهینه مبتنی بر فاصله جغرافیایی و پناهگاه های بهینه مبتنی بر فاصله زمان تخلیه کمی متفاوت هستند زیرا مبدا و پناهگاه بهینه تحت تأثیر مناطق سیل زده مورد انتظار قرار نمی گیرند. با این حال، واژگونی پناهگاه ها همچنان رخ می دهد. جالب توجه است، برای «منبع 9»، اگر طرح تخلیه با ارجاع به نقشه تخلیه مبتنی بر فاصله جغرافیایی طراحی شود، به احتمال زیاد تخلیهشدگان به نزدیکترین «مدرسه راهنمایی Nongok» هدایت میشوند، بنابراین ظرفیت آن پناهگاه بیشتر است. . همانطور که در کارتوگرام “منبع 9” نشان داده شده است، به راحتی می توان فهمید که فواصل تا پناهگاه ها متفاوت است، اما زمان تخلیه به آن پناهگاه ها مشابه است. به طور مشخص، می توان به صورت بصری مشاهده کرد که سه پناهگاه تخلیه قابل دوام همگی در مدت زمان سفر 30 دقیقه قرار دارند و بنابراین، راهنمایی برای مسیرهای تخلیه توزیع شده به هر یک از پناهگاه ها ارائه می شود. «Origin 10» همچنین احتمالاً افراد تخلیهشده را به «مدرسه ابتدایی Chongwang» که از نظر جغرافیایی نزدیکتر از پناهگاههای دیگر است، جذب میکند، اما در واقع، «مرکز رفاه اجتماعی Siheung برای معلولان» یا «Chongwang Social Welfare Center» گزینههای مناسبتری هستند. از زمان تخلیه بر اساس زمان تخلیه برای «منبع 13»، سرپناه بهینه «مدرسه ابتدایی موکگام» است که در «نونگوک-دونگ» قرار دارد، نه «مرکز رفاه اجتماعی موکگام» که از نظر جغرافیایی نزدیکتر است و در «چونام-دونگ» واقع شده است. همان منطقه اداری. اگرچه پناهگاه بهینه جابجا شده، ‘مدرسه راهنمایی Siheung Maehwa’، در یک منطقه اداری متفاوت از مناطق مسکونی که در آن “منبع 16” واقع شده است، به عنوان پناهگاه بهینه با زمان تخلیه کمتر انتخاب شده است. این نشان میدهد که کارتوگرام میتواند اطلاعات مربوط به یک پناهگاه بهینه و مسیر واقعی آن را به صورت شهودیتر از نقشه توپوگرافی کلاسیک ارائه کند، حتی اگر پناهگاهها در یک منطقه اداری مشابه مناطق مسکونی که مبدا در آن واقع شدهاند نباشد.
همه ویژگی های جغرافیایی، از جمله شبکه جاده ها و مرزهای اداری، به عنوان راه حل های تغییر شکل یافته بر اساس زمان تخلیه واقعی تغییر شکل ندادند. بنابراین، ممکن است بین مسیرهای تغییر شکل یافته و پناهگاه های آواره و واقعیتی که مردم با آن آشنا هستند، تفاوت بصری وجود داشته باشد. این در مورد تحریف مورد نظر واقعیت، که در کارتوگرام فاصله رخ می دهد، بسیار رایج است. از طرف دیگر، به طور کلی توصیه می شود از اطلاعات اضافی برای مقابله با عدم آشنایی بصری استفاده کنید تا افراد بتوانند بدون تاخیر در مسیر تغییر شکل یافته در نقشه تخلیه حرکت کنند. به عنوان مثال، افزودن برخی از اطلاعات مهم POI (نقطه مورد علاقه) در مسیرهای فرار می تواند برای واسطه اثر تغییر شکل پناهگاه و پیوند مفید باشد.
در این مطالعه، زمان تخلیه در هر پیوند با توجه به شیب با استفاده از DEM به عنوان داده مرجع برای مقدار ارتفاع محاسبه شد. فرض بر این است که وضوح DEM که مشابه طول متوسط قطعات است، برای تخصیص مقدار ارتفاع به گرههای انتهایی قطعات، خیلی کم نیست. با این حال، با استفاده از یک DEM با وضوح بالا، می توان گره های جدیدی را در نقطه تغییر مقدار ارتفاع ایجاد کرد و پیوند با آن گره ها تقسیم می شود. با استفاده از این گره ها و پیوندهای تازه پردازش شده به عنوان داده های ورودی، انتظار می رود که تغییرات در سرعت سفر و زمان تخلیه با توجه به شیب را بتوان با جزئیات اندازه گیری کرد. علاوه بر این، اگرچه این مطالعه وضعیت تخلیه عابر پیاده را برای بزرگسالان عادی فرض می کند، ممکن است جایگزین های مختلفی علاوه بر وسایل نقلیه و عابران پیاده وجود داشته باشد. برای مطالعه بیشتر،
5. نتیجه گیری ها
این مقاله به یک روش جایگزین برای تولید نقشههای تخلیه سیل پرداخته تا به طور مؤثر پناهگاهها و مسیرهای بهینه برای ساکنان در مواقع اضطراری ناشی از سیل را تجسم کند. برای استخراج پناهگاه ها و مسیرهای فرار بهینه، اطلاعات مربوط به ارتفاع و شبکه عابر پیاده برای بدست آوردن زمان واقعی تخلیه ترکیب شدند. علاوه بر این، مناطق سیلابی مورد انتظار نیز هنگام شناسایی یک مسیر فرار، محدود در نظر گرفته می شوند. بنابراین، زمان فرار واقعی، که واریانس سرعت راه رفتن را بر اساس عمق سیل در نظر میگیرد، برای ایجاد نقشه تخلیه سیل با موفقیت مدلسازی شد. علاوه بر این، مسیرهای بهینه به پناهگاه های قابل دسترس در حداکثر زمان استاندارد برای استفاده در تخلیه واقعی بر اساس مبدا تخلیه ارائه شد. علاوه بر این، الگوریتم مورد استفاده برای ایجاد کارتوگرام تخلیه سیل برای تجسم موثرتر پناهگاه ها و مسیرهای تخلیه بهینه توسعه داده شد. پناهگاههای بهینه در کارتوگرام پیشنهادی بسیار واضحتر و آسانتر از نزدیکترین گزینه بر اساس فاصله جغرافیایی تشخیص داده میشوند زیرا میتوانند اطلاعات جهتگیری مربوط به مبدا را حفظ کنند. از آنجایی که ضرایب فاصله زمانی یکسان برای همه گرهها در طول مسیر اعمال شده است، ویژگیهای توپولوژیکی بین مبدا و پناهگاه به خوبی حفظ میشوند. پناهگاههای بهینه در کارتوگرام پیشنهادی بسیار واضحتر و آسانتر از نزدیکترین گزینه بر اساس فاصله جغرافیایی تشخیص داده میشوند زیرا میتوانند اطلاعات جهتگیری مربوط به مبدا را حفظ کنند. از آنجایی که ضرایب فاصله زمانی یکسان برای همه گرهها در طول مسیر اعمال شده است، ویژگیهای توپولوژیکی بین مبدا و پناهگاه به خوبی حفظ میشوند. پناهگاههای بهینه در کارتوگرام پیشنهادی بسیار واضحتر و آسانتر از نزدیکترین گزینه بر اساس فاصله جغرافیایی تشخیص داده میشوند زیرا میتوانند اطلاعات جهتگیری مربوط به مبدا را حفظ کنند. از آنجایی که ضرایب فاصله زمانی یکسان برای همه گرهها در طول مسیر اعمال شده است، ویژگیهای توپولوژیکی بین مبدا و پناهگاه به خوبی حفظ میشوند.
برای نمونه ای از کاربرد تجربی آن، پنج نقشه تخلیه سیل برای شهر سیهونگ سئول ساخته شد. در نتیجه، یک معکوس موقعیت وجود دارد که در آن پناهگاه به طور قابل توجهی نزدیکتر و در کوتاهترین فاصله از مبدا قرار دارد، اما با زمان تخلیه نسبتاً طولانیتر از سایر پناهگاهها در کارتوگرام تخلیه سیل دورتر است. به عبارت دیگر، کارتوگرام تخلیه سیل میتواند اطلاعات مؤثرتر و شهودیتری را در مورد پناهگاه بهینه که در واقع بر اساس زمان تخلیه واقعی نزدیکتر است، منتقل کند، اگرچه فاصله جغرافیایی از مبدأ بیشتر است. علاوه بر این، از آنجایی که مسیرها با استفاده از ضرایب فاصله زمانی مشابه به عنوان پناهگاه های جابجا شده برای همه گره ها در پیوندهای مسیر تغییر شکل می دهند.
اگرچه کارتوگرام پیشنهادی می تواند به طور موثر پناهگاه ها و مسیرهای تخلیه را که به طور بهینه تعیین شده اند شناسایی کند، شکاف بصری مسیرهای تخلیه و واقعیت وجود دارد. با این حال، این می تواند با نمایش اطلاعات کمکی مانند POI در کارتوگرام تخلیه سیل تکمیل شود. علاوه بر این، در نظر گرفتن بیشتر عوامل پویاتر، مانند سرعت غوطه وری، ممکن است دقت محاسبات زمان تخلیه را بهبود بخشد. ما معتقدیم که کارتوگرام تخلیه سیل پیشنهادی قابل توجه است، زیرا اطلاعات عملی تخلیه سیل را به طور بسیار مؤثر و شهودی برای افرادی که در یک وضعیت سیل واقعی قرار دارند ارائه می دهد. نتایج تجربی ما همچنین بینشهای مفیدی را برای مقامات بحران یا سیاستگذاران فراهم میکند تا ایجاد طرحهای تخلیه کارآمدتر را تسهیل کنند.
بدون دیدگاه