该模型可以准确预测城市道路网络中洪水的扩散和衰退过程李璇

该模型可以准确预测城市道路网络中洪水的扩散和衰退过程

得益于用来预测大流行病传播的相同建模和数学定律，得克萨斯州A＆M大学的研究人员创建了一个模型来准确预测城市道路网络中洪水的传播和衰退过程。通过这种新方法，研究人员创建了一种简单而强大的数学方法来解决复杂的问题。

“我们受到以下事实的鼓舞：卫生科学，流行病学和其他领域的人们已经研究了社区中流行病和大流行的传播，他们确定了一些原则和规则来控制复杂社会网络中的传播过程” Zachry土木与环境工程系副教授Ali Mostafavi博士。“因此，我们问自己，这些扩散过程与城市洪水扩散是否相同？我们进行了测试，令人惊讶的是，我们发现答案是肯定的。”

这项研究的发现最近发表在《自然科学报告》上。

传染模型，易感暴露-感染-恢复，用于对传染病的传播进行数学建模。关于洪水泛滥，Mostafavi和他的团队将SEIR模型与网络传播过程集成在一起，其中路段泛洪的可能性取决于附近路段的泛洪程度。

在洪水泛滥的情况下，易受影响的道路可以在洪水泛滥的地方泛滥。裸露的道路因雨水或附近渠道的溢出而泛滥；被感染的道路被淹没，无法使用；并恢复了洪水退去的道路。

研究团队使用2017年哈维飓风期间哈里斯县道路洪水的高分辨率历史数据验证了该模型的使用。结果表明，该模型可以监视和预测随时间推移洪水道路的演变。

莫斯塔法维说：“这种方法的强大之处在于它提供了一种简单而强大的数学方法，并具有巨大的潜力来支持应急管理人员，政府官员，居民，急救人员和其他决策者进行道路网络的洪水预报。”

所提出的模型可以实现较高的精度，并可以恢复被淹道路的空间分布。

“如果您查看哈里斯县的洪水监控系统，它可以向您显示某个频道当前是否正在溢出，但是他们无法预测接下来的四个小时或接下来的八个小时的任何情况。此外，现有的洪水监控系统提供的有关道路网络中洪水泛滥及其对城市交通影响的信息有限，但我们的模型以及该道路网络的特定模型在预测洪水的未来扩散方面非常有力。” “除了城市网络中的洪水预测外，这项研究的结果还提供了关于网络在各种社会，自然，物理和工程系统中传播过程的普遍性的非常重要的见解；这对于更好地建模和管理复杂的城市具有重要意义。系统。”

该洪水预测模型的唯一局限性在于它无法确定初始洪水将在何处开始，但是Mostafavi说，还有其他机制可以使用，例如洪水表上的传感器可以解决这一问题。

“一旦这些地区发生洪水，我们可以使用与水力和水文模型相比非常简单的模型来预测未来几小时的洪水传播。道路淹没和交通中断的预测对于告知居民至关重要。为避免避开高风险的道路，并使应急管理人员和响应者根据有关道路通行性和流动性的预测信息，在受灾地区优化救援和救援。该预测可能是危机应对期间生与死的差异。”

土木工程学博士研究生和研究生研究助理Chao Fan以及在Mostafavi的UrbanResilience.AI实验室工作的计算机科学研究生Jiang XiangqiJiang领导了飓风Harvey数据的分析和建模。

“通过进行这项研究，我意识到了数学模型在解决工程问题和现实挑战中的强大作用。

范说，这项研究将扩大我的研究能力，并将对我的职业生涯产生长期影响。此外，我也为我的研究能够减少自然灾害对基础设施服务的负面影响感到非常兴奋。

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