城市内涝应急场景下
不同类型用户关注模型构建

洪帅、沈洁、王家峰、陈曦 地球信息科学学报 · 2026 · 28(7): 2013 DOI: 10.12082/dqxxkx.2026.260028 城市内涝 / 应急场景 / 用户关注 / 领域本体

本文面向城市内涝应急场景中“同一灾害信息难以满足多类型用户差异化需求”的问题,构建了面向应急决策者、救援人员和社会公众的用户关注模型。研究将城市内涝过程划分为孕育、发生、发展和恢复四个阶段,结合微博文本、应急预案和专业访谈数据,采用 LDA、Word2Vec 与 PageRank 进行用户关注信息抽取,并通过用户群体关注本体 UGC_Ont 与场景要素本体 SE_Ont 融合,建立用户类型、灾害阶段与场景要素之间的语义映射关系。以郑州“7·20”特大暴雨为案例,验证了该模型在降低信息冗余、提升响应效率和增强应急场景适配性方面的有效性。

城市内涝 应急响应 用户关注模型 文本挖掘 领域本体 场景要素
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01 · 研究背景与问题

内涝模拟不只要“算得准”,还要“给对人看对信息”

受气候变化和快速城镇化影响,城市内涝已成为威胁城市安全的重要灾害类型。水动力模拟可以精细刻画降雨、径流、管网和积水过程,但传统应急场景往往采用“一张图给所有人看”的模式,忽略了不同用户在不同灾害阶段的信息需求差异。

决策者需要全局态势

应急管理部门、交通部门和市政部门更关注管网负荷、泵站状态、道路通行能力、资源调度和风险扩散态势。

救援者需要行动信息

消防、医疗和专业救援力量更关注救援路径、装备状态、受困位置、积水深度、流速和现场可达性。

公众需要安全指引

普通居民、通勤者和脆弱群体更关注小区门口水深、避险路线、避难场所、水电中断和自救互救信息。

92,570
微博文本数据
3
官方应急预案
52
访谈与问卷样本
86.5%
抽取模型 F1

02 · 方法框架

用文本挖掘识别关注点,用本体融合连接场景要素

研究框架包括用户类型划分、关注信息抽取、场景要素分析和本体融合四个环节。其核心目标是将“不同用户想知道什么”与“内涝场景中有哪些可表达要素”进行结构化语义连接。

U1
用户类型与灾害阶段划分

论文将应急管理四阶段与城市内涝物理演化过程对应,划分为孕育、发生、发展和恢复四个阶段;同时将用户分为应急决策者、应急救援者和社会公众三大类,形成“阶段—角色”双维度分析框架。

Incubation Onset Development Recovery
T2
多源文本挖掘用户关注信息

研究整合郑州“7·20”事件微博文本、官方应急预案和专业访谈问卷。为避免大语言模型在高风险应急语境中的幻觉问题,采用 LDA 进行主题发现,Word2Vec 学习语义向量,PageRank 对关键词重要性排序。

LDA Word2Vec PageRank Text Mining
S3
城市内涝场景要素建模

将内涝应急场景理解为水动力过程与人类活动的耦合系统,场景要素包括自然地理要素、社会基础设施要素和行动导向要素,如降雨、地形、水深、流速、管网负荷、泵站状态、交通拥堵、避难场所和救援路线。

Rainfall Water Depth Pipe Network Evacuation Route
O4
UGC_Ont 与 SE_Ont 本体融合

构建用户群体关注本体 UGC_Ont 和场景要素本体 SE_Ont,并利用 Jaccard 相似系数度量概念重叠,再通过人工规则修正完成语义映射,最终形成用户—阶段—场景要素的关注模型。

Domain Ontology Jaccard Similarity Ontology Fusion UWES-E

用户关注本体 UGC_Ont

  • 表达不同用户群体的身份、任务和信息需求。
  • 刻画决策者、救援者和公众在不同阶段的关注痛点。
  • 将微博、预案和访谈中的关注词转化为结构化概念。
  • 为个性化应急场景表达提供语义基础。

场景要素本体 SE_Ont

  • 表达城市内涝环境中的自然、设施和行动要素。
  • 包括水深、流速、管网、泵站、道路、避难所等对象。
  • 支持从物理灾害变量到人类决策需求的映射。
  • 为应急场景的动态筛选与展示提供结构化依据。

03 · 郑州“7·20”案例与验证

面向不同用户的适配场景显著提升响应效率

论文以 2021 年郑州“7·20”特大暴雨为案例开展验证。该事件造成重大人员伤亡和经济损失,具有强代表性。研究通过原型系统、专家问卷和对比实验验证模型的准确性、完整性和实用效果。

0.923
准确性评价
0.945
完整性评价
0.879
满意度评价
91.7%
综合有效性
用户类型 典型关注信息 响应时间降低 任务成功率提升
应急管理者 管网负荷、泵站状态、溢流节点、道路通行能力、资源调度。 32.2% 15.5%
应急救援者 救援装备状态、受困人员位置、可达路径、现场水深与流速。 31.7% 14.5%
社会公众 小区水深、安全撤离路径、避难场所、水电中断和生活保障。 41.0% 21.5%

原型系统验证

  • 基于 Unity 和 Jena ARQ 查询引擎构建原型系统。
  • 系统可根据用户角色动态筛选和展示场景要素。
  • 公众端呈现简化安全信息,降低认知负荷。
  • 指挥端呈现更完整的基础设施和调度信息。

效率实验发现

  • 对比传统综合场景与用户适配场景。
  • 30 名受试者覆盖决策者、救援者和公众三类角色。
  • 适配场景显著缩短任务响应时间。
  • 公众群体收益最大,说明信息过滤对非专业用户尤其重要。
核心发现:内涝应急可视化的关键不是展示越多信息越好,而是按照用户角色和灾害阶段展示“当前最需要的信息”。关注模型通过本体映射将复杂场景转化为差异化、可理解、可行动的应急表达。

04 · 结论与未来方向

用户关注建模让应急场景从“通用展示”走向“认知适配”

本文通过文本挖掘与本体融合,将城市内涝场景要素与多类型用户关注需求建立语义关联,为用户适配型应急场景构建提供了可解释、可扩展的模型基础。

用户划分更精细

研究不再仅按粗粒度社会属性划分用户,而是结合应急阶段、用户角色和任务需求构建层次化用户体系。

语义映射更稳健

通过 UGC_Ont 与 SE_Ont 融合,将用户关注点与水深、管网、交通、避难所等场景要素建立语义连接。

应用效果更明显

适配场景显著降低响应时间并提升任务成功率,尤其能帮助公众快速理解风险并采取行动。

应用价值

  • 支撑城市内涝应急平台的角色化信息展示。
  • 帮助指挥人员减少信息冗余,提高决策效率。
  • 帮助救援人员快速获取行动相关场景要素。
  • 帮助公众理解风险、规划避险路径并减少恐慌。

未来方向

  • 将本体模型作为知识图谱约束大语言模型,降低应急 Agent 幻觉风险。
  • 与实时水动力模拟引擎耦合,实现水位变化下的动态场景更新。
  • 利用 Action 与 Event 关系驱动虚拟角色行为,用于应急演练仿真。
  • 进一步扩展到台风、洪水、地震等多灾种应急场景。