Run Watchers: 基于仿真的洪水管理自动决策系统
Run Watchers: Automatic Simulation-Based Decision Support in Flood Management
Artem Konev, Jürgen Waser, Bernhard Sadransky, Daniel Cornel, Rui A.P. Perdigão,
Zsolt Horváth, and M. Eduard Gröller
VAST 2014
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。
主要贡献有四：
一、基于规则的自动仿真，在参数空间内高效遍历；
二、基于决策聚类的可扩展多重仿真；
三、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；
四、加速了整个洪水防治方案寻找和确定的流程。
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：
一、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。
二、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。
图一 仿真执行流程
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）。
图二 浓缩决策聚类视图
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）。
图三 故事面板视图
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。
