ARCNEWS

Giải pháp 3D GIS giúp Đài Loan chuẩn bị ứng phó với các tình huống lũ lụt

Đài Loan, một hòn đảo 14.000 dặm vuông ở Thái Bình Dương, khoảng 100 dặm ngoài khơi bờ biển của Trung Quốc, có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, thường xuyên đối mặt với các trận mưa lớn và lũ lụt. Để giúp đánh giá khả năng tồn tại của các kế hoạch và quy trình ứng phó khẩn cấp với lũ lụt, Trung tâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia về phòng chống thiên tai (NCDR-National Science and Technology Center for Disaster Reduction) mô phỏng các tình huống xử lý sự cố khẩn cấp trong quân đội. Sử dụng giải pháp 3D GIS, trung tâm đã đưa ra một mô phỏng cho các tình huống khi xảy ra lũ lụt.

Nền tảng mô phỏng các kịch bản lũ lụt để huấn luyện và ứng phó khẩn cấp dựa trên các kịch bản của cuộc tập trận chiến đấu trong quân sự, trong đó phác thảo cách các binh sĩ sẽ thực hiện các thao tác cụ thể khi họ gặp phải một số tình huống. Áp dụng khái niệm này cho phòng chống lũ lụt được thiết kế để giúp các nhà lãnh đạo hiểu được các tình huống thảm họa khác nhau và xác định xem các kế hoạch và quy trình ứng phó khẩn cấp của họ bao gồm triển khai tài nguyên, hỗ trợ sơ tán và lập kế hoạch phân phối hàng cứu trợ có phù hợp để giảm tác động của thảm họa lũ lụt hay không. Chìa khóa của giải pháp này là phải làm cho mô phỏng giống như một thảm họa thực sự nhất có thể.

arcnews-article-3dgis-1-768x554

Các khu vực dễ bị lũ lụt xung quanh Trường tiểu học Guishan được lập bản đồ 3D bằng cách sử dụng Nền tảng mô phỏng lũ lụt Wargame cho huấn luyện và ứng phó khẩn cấp.

Để làm điều này, NCDR đã làm việc với công ty RiChi Technology để sử dụng ArcGIS Enterprise, ArcGIS Pro và ArcGIS API for JavaScript để xây dựng Nền tảng mô phỏng lũ lụt Wargame cho huấn luyện và ứng phó khẩn cấp. Sử dụng 3D GIS, nền tảng sẽ mô phỏng các loại thảm họa lũ lụt khác nhau. Giờ đây, các sĩ quan tại các trung tâm hoạt động khẩn cấp (EOC) trên khắp 22 thành phố, quận và thành phố đặc biệt của Đài Loan có thể sử dụng nền tảng này để phân tích rủi ro thiên tai và lập các kế hoạch chuẩn bị khi bị lũ lụt.

Trải nghiệm mô hình 3D được tối ưu hóa

Nhóm nghiên cứu tại NCDR và ​​nhân viên của RiChi Technology đã xây dựng nền tảng 3D của Flooding Wargame Simulation thành hai phần. Họ đã tạo ra mô hình 3D xử lý và hiển thị các tòa nhà, đồng thời, tích hợp trực quan hóa đó vào chức năng của nền tảng.

Để xây dựng mô hình 3D, nhóm đã sử dụng ArcGIS Pro để kết hợp các hình dạng khối xây dựng với chiều cao của tòa nhà trong một lớp tính năng. Với mục đích của mình, nhóm đã xuất bản lớp này cho ArcGIS Enterprise và sử dụng API ArcGIS forJavaScript để tạo một ứng dụng cho thấy chiều cao của tòa nhà bị ngập.

Để phù hợp với các máy tính hiệu suất thấp hơn được sử dụng bởi một số bên liên quan của NCDR, nhóm đã triển khai một mẫu giới hạn số lượng tòa nhà được truy xuất tại một thời điểm trong mô phỏng. Điều này giúp các môi trường đô thị cô đọng hơn, ví dụ, điều chỉnh hiệu suất của mô hình một cách linh hoạt theo từng trường hợp mô phỏng lũ lụt cụ thể. Vị trí của vùng lũ được đặt ở trung tâm bản đồ và hệ thống chỉ hiển thị các tòa nhà 3D trong bán kính 500 mét tính từ điểm này. Khi người dùng xoay bản đồ, các tòa nhà 3D hình thành dần trên màn hình.

Một nền tảng nhanh chóng và dễ sử dụng

Khi thiết kế chức năng của nền tảng, trọng tâm chính của NCDR là làm cho nó nhanh và dễ sử dụng. Nhóm nghiên cứu muốn đảm bảo rằng nền tảng có thể cung cấp kết quả phân tích chỉ trong vài bước. Họ cũng muốn trình bày những kết quả đó như các bản đồ chuyên đề cho thấy các khu vực lũ lụt, dân số bị ảnh hưởng, bất kỳ đối tượng được bảo vệ nào (ví dụ, cư dân dễ bị tổn thương cần được hộ tống ra khỏi vùng lũ lụt), nơi trú ẩn khẩn cấp, mạng lưới các cơ quan cứu trợ thiên tai, và hình dung hóa của tất cả những điều này với mô hình 3D.

Thật vậy, hoạt động bao gồm ba bước: người dùng chỉ định một khu vực phân tích không gian, đặt điểm ngập khả thi và nhập vào độ sâu của lũ. Sau đó, hệ thống sẽ tính toán các khu vực có độ cao thấp hơn xung quanh điểm ngập lụt để chỉ ra vị trí nào có thể bị ảnh hưởng.

arcnews-article-3dgis-2-768x724

Sau khi cơn bão Typhoon Soud tấn công Đài Loan vào năm 2015, Trường tiểu học Guishan đã bị ngập lụt và hầu như không thể tiếp cận. Hình ảnh vệ tinh cho thấy trường học trước thảm họa (phải) và sau (trái). (Ảnh được cung cấp bởi Trường tiểu học Guishan.)

Dữ liệu địa hình xuất phát từ mô hình địa hình kỹ thuật số (DTM - digital terrain model) với lưới 20 x 20 mét cách đều nhau. Mức độ chi tiết này khiến cho việc tính toán hiệu quả khó khăn. Để giảm lượng thời gian cần thiết để tính toán những gì sẽ xảy ra trong mỗi phần của lưới, DTM được phân tách thành các phân đoạn theo thị trấn. Các lưới cho các con sông cũng được bỏ qua khỏi DTM để giảm lượng dữ liệu mà nền tảng phải xử lý.

Sau khi tìm thấy các khu vực dễ bị lũ lụt, hệ thống sẽ tính toán các mức độ sâu khác nhau của lũ lụt ở nhiều nơi bằng cách giao các khu vực có độ cao thấp hơn với các yếu tố tác động, bao gồm cả dân số và các đối tượng được bảo vệ sẽ bị ảnh hưởng. Điều này cho phép người dùng thấy bao nhiêu dân số có thể sẽ cần được giải cứu. Ngoài ra, hệ thống đánh giá số lượng cư dân mà các nơi trú ẩn khẩn cấp gần đó có thể nhận được và thực hiện phân tích mạng lưới các tài nguyên cứu hộ.

Tất cả điều này được trình bày trong các bản đồ chuyên đề 2D cũng cho thấy sự phân phối của các vật tư khẩn cấp và cứu hộ, vị trí của các thiết bị xây dựng lớn, nơi đặt các cơ quan cứu trợ thiên tai, v.v. Các chỉ huy từ Trung tâm điều hành khẩn cấp trung tâm của Đài Loan (CEOC-Central Emergency Operations Center) và 22 EOC địa phương sau đó có thể xem các bản đồ này trên máy tính và màn hình cảm ứng để xác định phạm vi dịch vụ cứu trợ cần thiết và sắp xếp phân phối.

Hình ảnh 3D

Người dùng cũng có thể sử dụng Nền tảng mô phỏng lũ lụt Wargame để trực quan hóa các mô phỏng thảm họa lũ lụt trong 3D. Phần này của nền tảng dựa trên DTM, hình ảnh vệ tinh, bản đồ đường phố và mô hình 3D của các tòa nhà. Nó cũng tích hợp các nguồn cấp dữ liệu video theo thời gian thực từ các camera (CCTV) của Đài Loan. Trong suốt các bài tập mô phỏng lũ, điều này giúp các đơn vị cứu hộ tại chỗ liên lạc và phối hợp với nhau để họ có thể phát triển các giải pháp khẩn cấp có tính đến mức độ nghiêm trọng của thiệt hại về xây dựng, lũ lụt và giao thông, cũng như khả năng cứu hộ và các tuyến đường thoát hiểm tiềm năng.

Ngoài ra, nền tảng này giúp người dùng dễ dàng kết nối vào việc lập kế hoạch thảm họa lũ lụt tập trung vào những cư dân dễ bị ảnh hưởng hơn. Ví dụ, tất cả các tổ chức phúc lợi cho người đã về hưu được hiển thị trên màn hình và những tổ chức nằm ở tầng một được đánh dấu cụ thể để xem xét những người cao tuổi có khả năng thể chất thấp hơn. Những chi tiết này sau đó có thể giúp các tổ chức phúc lợi xã hội đánh giá mức độ rủi ro thảm họa của chính họ và hỗ trợ các tổ chức khác thiết lập Chương trình Phòng chống và Sơ tán của chính phủ, sắp xếp nhà ở khẩn cấp, và huấn luyện các đội cứu hộ và ứng phó.

Có thể thực hiện các biện pháp phòng ngừa này và chuẩn bị được nhiều hơn nữa trước một thảm họa lũ lụt thực sự sẽ đảm bảo rằng Đài Loan đã chuẩn bị tốt để vượt qua những cơn bão lớn.

Để biết thêm thông tin về Nền tảng mô phỏng Wargame cho huấn luyện và ứng phó khẩn cấp, hãy gửi email cho nhà nghiên cứu NCDR Wen-Ray Su tại wrsu@ncdr.nat.gov.tw .