论文:Run Watchers: Automatic Simulation-Based Decision Support in Flood Management**
作者:Artem Konev, Jürgen Waser, Bernhard Sadransky, Daniel Cornel, Rui A.P. Perdigão,Zsolt Horváth, and M. Eduard Gröller
发表:VAST 2014
简介
自然灾害由于其不可预知性及对基础设施的破坏,威胁着人类生存。其中洪水防治是灾害防治中重要的一环。面对突发的洪水灾害,政府机构需要迅速反应制定防治方案,以最大限度地降低危害。这之中的需求有二:一是怎样构建防线保住重要的基础设施以及尽可能多的区域;二是如果不能构建起防线,必须要做出对象保护的方案。
具体来说,洪水防治专家希望解决的问题为:
Q1:给定一个溃坝事故,能够及时搭建的第二道防线是否存在?若有多种搭建选择,何为最佳?搭建方案的细节为何?
Q2:若这样的防线不存在,是否能够有针对对象保护的方案?搭建方案的细节为何?
Q3:某些特定方案的原理是什么?为何某些建筑不能保全。
本文致力于提供给用户自动的决策支持工具,省时省力制定洪水防治方案,解决上述的问题。
主要贡献
- 基于规则的自动仿真,在参数空间内高效遍历;
- 基于决策聚类的可扩展多重仿真;
- 自动生成的故事面板,用以理解应急预案以及解释决策的生成过程;
- 加速了整个洪水防治方案寻找和确定的流程。
本文方法
Run Watcher的仿真模式有二,分别为正常模式和贪心模式。正常模式下,从某个时间点新开的仿真不会中断原仿真,而贪心模式则相反。
每个新开的仿真都会遵循如下步骤:
- 初始周界设定。通过用户设置参数(反应时间、事件持续时间、重要建筑集合、重要建筑防御半径)自动生成,单次仿真无屏障溃坝事件。
用户设置事件持续时间,首次波及面(在保证反应时间之后的),最终波及面(持续时间之后的),重要建筑之后,假设首次波及区域内的建筑不可保护,最终波面以外的区域不用保护,重要建筑需要特别保护。
这样根据防御半径参数就可以建立凸包和作用区域,最终采用特定算法得到防线的位置。 - 屏障放置。系统在之前得到的防线位置上尝试采用不同的屏障(表一),主要参数有:屏障的防御能力、最大吃水深度、屏障设置的最大地形坡度、屏障建造时间、加载时间、卸载时间、装配时间、单位货运数量。
可以从吃水浅的屏障开始尝试,若洪水漫过则可以尝试下一个,若建造时间不足也可判定屏障无效。表一 各种屏障及其特性参数
三、周界收缩。当所有的屏障都不合适,则调整周界(即防线),可以删除周界片段,然后重复之前的算法得到新的周界。
图一描述了上述决策生成的过程。
为了更好地可视化上述的仿真流程,Run Watcher设置了防治方案3D视图,浓缩决策聚类视图以及故事面板,全面帮助用户审视仿真过程和结果。
3D视图主要采用了3D的视角直接地显示防线以及屏障设置等等信息,这在作者以前的工作中也有运用。
浓缩决策聚类视图是本文在可视化上的创新之一,其不是如传统方式将所有的仿真过程依次排列下来(图二 a),而是将仿真过程分成周界设置、屏障设置、周界片段调整三部分,用颜色高亮仿真的进程,帮助用户追踪整个仿真,最后对结果进行排序(图二 b)。
故事面板将决策和结果联系起来,并运用不同的布局方式或者体现决策和结果之间的联系,或者从不同的角度解释一个应急预案,比如为何某建筑难以保护等等。
如图三上所示,用户可以通过故事面板直观地理解如之前所述仿真的各个步骤,或者直观查看每次屏障设置产生的结果(图三下)。
总结
总体来说,Run Watcher是一个有效的洪水仿真模拟评测,决策生成工具,其需求出自真实环境,要求解决的问题也非常具体,而且从行文表述上来说,对各个问题的解决也比较到位,因而能够得到领域专家的认可。
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