洪災(zāi)避險(xiǎn)安置區(qū)與轉(zhuǎn)移單元匹配

征 程，王山東，毛澤紅，于大超，徐志遠(yuǎn)

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

洪災(zāi)避險(xiǎn)安置區(qū)與轉(zhuǎn)移單元匹配

征 程1，王山東1，毛澤紅1，于大超1，徐志遠(yuǎn)1

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

利用ArcGIS在洪災(zāi)避險(xiǎn)決策方面的優(yōu)勢，通過對洪水風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算得到的淹沒信息、安置區(qū)規(guī)劃和道路通行時(shí)間的分析，結(jié)合轉(zhuǎn)移單元人口、安置區(qū)容量和安全系數(shù)等影響因素，研究了避險(xiǎn)安置區(qū)與轉(zhuǎn)移單元匹配的問題，最終得到最佳安置區(qū)。

影響因素；匹配；安置區(qū)；轉(zhuǎn)移單元

近些年對洪災(zāi)防御和洪災(zāi)避險(xiǎn)的研究取得了重要的成果，已逐漸形成了一套研究體系和理論方法，但在防洪決策的過程中仍然存在一些問題[1]。本文利用層次分析法、線性規(guī)劃決策和雙向匹配方法，結(jié)合ArcGIS的空間分析功能，根據(jù)轉(zhuǎn)移單元的分布、人口數(shù)量，兼顧行政隸屬關(guān)系，按照就近原則和最優(yōu)匹配原則，完成了洪災(zāi)避險(xiǎn)安置區(qū)與轉(zhuǎn)移單元的匹配。

1 轉(zhuǎn)移單元和轉(zhuǎn)移人口的確定

在洪災(zāi)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移過程中，首先要確定轉(zhuǎn)移單元和轉(zhuǎn)移單元人口數(shù)量。利用ArcGIS的空間分析能力，確定需要轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移單元和轉(zhuǎn)移人口數(shù)量。

設(shè)研究區(qū)域的平面空間為Ω1，根據(jù)計(jì)算得到的可能的洪水淹沒范圍的平面空間為Ω2，通過ArcGIS的圖層空間疊置分析，可以得到研究區(qū)域內(nèi)需要進(jìn)行避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移單元集合X=（x1，x2，…，xm），m為需要轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移單元數(shù)量，每個(gè)轉(zhuǎn)移單元中包含該轉(zhuǎn)移單元的人口數(shù)量。

2 安置區(qū)初選

洪水到達(dá)前，受災(zāi)群眾在進(jìn)行避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的過程中，應(yīng)當(dāng)爭取在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)避險(xiǎn)安置區(qū)。每個(gè)轉(zhuǎn)移單元的避險(xiǎn)安置區(qū)都有多種方案可供選擇，為了能夠短時(shí)間內(nèi)安全到達(dá)，必須對決策方案進(jìn)行初步篩選[2]。確定合理的安置區(qū)需要考慮轉(zhuǎn)移時(shí)間、轉(zhuǎn)移距離、安置區(qū)的人口容量和安全系數(shù)等影響因素。

Y=（y1，y2，…，yn）為避險(xiǎn)安置區(qū)的集合，n為避險(xiǎn)安置區(qū)的數(shù)量，則安置區(qū)方案選擇的約束條件為：①轉(zhuǎn)移距離約束，d為距離閾值，則約束條件為：di≤d；②轉(zhuǎn)移時(shí)間約束，t為時(shí)間閾值，則約束條件為：Ti≤t；③安置區(qū)安全系數(shù)約束，s為最低安全系數(shù)，則約束條件為：Si≥s；④安置區(qū)人口容量約束，c為安置區(qū)的最大人口容量，則約束條件為：Ci≥c。

根據(jù)上述的約束條件，利用ArcGIS進(jìn)行疊加分析，可初步篩選得到滿足條件的安置區(qū)集合[3]。

3 最佳安置區(qū)的選擇

層次分析法，是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)的、層次化的多目標(biāo)決策分析的方法[4]。首先按照被評(píng)價(jià)對象內(nèi)在的相互關(guān)系，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)并劃分層次，然后根據(jù)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造判斷矩陣再通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax和相應(yīng)的特征向量，將特征向量進(jìn)行歸一化處理，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量V；最后對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[5]。

以上符合約束條件的安置區(qū)，每個(gè)轉(zhuǎn)移單元都可進(jìn)行多種選擇，但在實(shí)際轉(zhuǎn)移過程中，需要確定一個(gè)最佳的安置區(qū)。而這個(gè)選擇過程中，其實(shí)是安置區(qū)和轉(zhuǎn)移單元的雙向選擇。

3.1 轉(zhuǎn)移單元選擇安置區(qū)

3.1.1 安置區(qū)選擇的權(quán)重確定

本研究選取轉(zhuǎn)移時(shí)間、轉(zhuǎn)移距離、安置區(qū)人口容量和安全系數(shù)4個(gè)影響因素參與最終的決策評(píng)價(jià)。

表1 判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

3.1.2 線性規(guī)劃決策方法

線性規(guī)劃是一種重要的系統(tǒng)優(yōu)化方法，首先確定變量，然后確定目標(biāo)函數(shù)和約束條件，最后計(jì)算得到符合目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

實(shí)際選擇過程中應(yīng)是轉(zhuǎn)移時(shí)間和距離越小，安置區(qū)安全系數(shù)和人口容量越大，越適合作安置區(qū)，因此，采用越小越優(yōu)的模型，模型函數(shù)如下：

計(jì)算得到的wij最小值，則為該轉(zhuǎn)移單元的最佳安置區(qū)。

3.2 安置區(qū)選擇轉(zhuǎn)移單元

通過安置區(qū)選擇轉(zhuǎn)移單元，同樣需要考慮轉(zhuǎn)移時(shí)間和距離，還要考慮轉(zhuǎn)移單元的人口數(shù)量。以上3個(gè)影響因素的權(quán)重分配同樣可通過層次分析法得到，模型函數(shù)為：

轉(zhuǎn)移單元的匹配程度也可通過線性規(guī)劃決策方法得到。

3.3 雙向選擇中的最優(yōu)匹配

雙向選擇問題,就是對于兩個(gè)集合X=（x1，x2，…，xn）和Y=（y1，y2，…，ym），X中的xi計(jì)劃在Y中擇優(yōu)選取yj作為自己的合作對象，如果xi對于選取的yj的滿意程度不低于其他任意合作的對象，則yj為xi的最優(yōu)分配；對于Y集合亦然。

用pij和qij分別表示xi選擇yj的意愿程度和yj選擇xi的意愿程度，這樣可以得到兩個(gè)矩陣：

二者的匹配意愿數(shù)字之和矩陣與數(shù)字之差絕對值矩陣分別為C= （cij）、 D=（dij），其中cij=pij+qij，在 cij越小的情況下，若dij越小，則越匹配，最終可確定最優(yōu)匹配[7]。

4 實(shí)例分析

以研究區(qū)內(nèi)太慈鎮(zhèn)為例，太慈鎮(zhèn)轄15個(gè)行政村，根據(jù)計(jì)算得到的待轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移單元有8處，附近安置區(qū)為7個(gè)，見表2、3。

4.1 轉(zhuǎn)移單元選擇安置區(qū)

1）以白蓮洲村為示例，設(shè)定約束條件：

通過疊加分析，得到滿足條件的安置區(qū)（A、B、C）。

2）權(quán)值計(jì)算。根據(jù)分析得到判斷矩陣：

表2 待轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移單元及人數(shù)

表3 各安置區(qū)指標(biāo)

歸一化處理，得到 V=（0.214，0.644，0.071，0.071），λmax=4.001；再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：CR=0.000 4＜0.1，滿足一致性檢驗(yàn)；得到各影響因素的權(quán)重： V=（0.214，0.644，0.071，0.071）。

3）最佳安置區(qū)的確定。根據(jù)表4，利用模型函數(shù)計(jì)算可得wij=（633.97，982.28，647.83），因此合適白蓮洲村的安置區(qū)優(yōu)先順序?yàn)锳、C、B。

表4 安置區(qū)影響因素

4.2 安置區(qū)選擇轉(zhuǎn)移單元

1）以A安置區(qū)為例，設(shè)定約束條件：

di≤d=10 000，Ti≤t=30，Ci≥c=4 000

通過疊加分析，得到滿足條件的轉(zhuǎn)移單元（白蓮洲村、沈沖村、馬山村和桃?guī)X村）。

2）通過計(jì)算得到轉(zhuǎn)移距離、轉(zhuǎn)移時(shí)間和轉(zhuǎn)移人口數(shù)量等影響因素的權(quán)重值為：V=（0.231，0.692，0.077）。

3）轉(zhuǎn)移單元影響因素見表5。通過模型函數(shù)計(jì)算可 得wij=（601.03，1 988.62，1 676.77，750.49），可跟安置區(qū)A匹配的順序?yàn)榘咨徶薮?、桃?guī)X村、馬山村和沈沖村。

表5 轉(zhuǎn)移單元影響因素

4.3 雙向匹配

根據(jù)雙向匹配，安置區(qū)A和白蓮洲村都作為各自的首選，滿意程度pij和qij均為1，cij=2，dij=0，即安置區(qū)A為白蓮洲村的最佳安置區(qū)。計(jì)算得到表6，可知安置區(qū)C為馬山村的最佳安置區(qū)。

但桃?guī)X村對于安置區(qū)A和B的pij和qij均相等。通過對各影響因素值和加權(quán)值的比較得出：桃?guī)X村到安置區(qū)A的距離更近，時(shí)間更短，且wij更小，在安置區(qū)A仍有足夠容量的前提下，安置區(qū)A比B更適合成為桃?guī)X村的最佳安置區(qū)。本區(qū)域內(nèi)的最終匹配情況見表7。

P208

B

1672-4623（2016）07-0045-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.013

2015-03-06。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41271538）。