優(yōu)化城市公共空間格局提升應急管理體系建設(shè)
——記上海師范大學環(huán)境與地理科學學院教授於家

謝更好

工作閑暇時，上海師范大學環(huán)境與地理科學學院教授於家總會帶著自己的孩子去家周圍的廣場、公園、綠地玩耍。孩子喜歡看公園中的花花草草，看螞蟻忙碌工作，看小鳥飛撲覓食。每當這個時候，於家總會對孩子說：“爸爸在計算機編程中也學習小螞蟻、小鳥尋找食物的聰明辦法，以后你要學會多思考，多向大自然學習。”其實，大自然和這些貼近我們生活的公共場所，正是於家的研究對象。

城市空間，這一看似空泛的概念，卻蘊含著十分復雜的科學問題，其科學管理與應急體系的建立與我們國家的發(fā)展和社會穩(wěn)定息息相關(guān)。事實上，早在2019年11月29日習近平總書記在主持中央政治局第十九次集體學習時就強調(diào)，應急管理是國家治理體系和治理能力的重要組成部分，承擔防范化解重大安全風險、及時應對處置各類災害事故的重要職責，擔負保護人民群眾生命財產(chǎn)安全和維護社會穩(wěn)定的重要使命。

在這一大背景下，於家從地理學視角出發(fā)，將城市空間優(yōu)化和應急疏散避難決策建模這兩方面相結(jié)合，以解決城市安全防范和應急管理中的一系列科學問題。在優(yōu)化城市公共空間與構(gòu)建應急管理體系的道路上，於家所從事科研工作的價值正在一步步得以實現(xiàn)。

以地理學為起點的科研之旅

有地而生，有理而存。一直以來，地理都是我們生活的根基。從小於家就受偉人“江山如此多嬌，引無數(shù)英雄競折腰”的情懷影響。他于2000年高考后，如愿進入了華東師范大學地理系地理科學師范班。大學時期，在接觸了多媒體地圖的神奇魅力后，他暗下決心，要為自己的專業(yè)學習插上計算機技術(shù)的翅膀。

21世紀初，信息科學展現(xiàn)了迅速發(fā)展的態(tài)勢。在國家的號召下，於家考入了華東師范大學何積豐院士擔任院長的全國第一批軟件學院，從原來的地理科學轉(zhuǎn)到了華東師范大學軟件工程專業(yè)。

2005年於家從軟件學院畢業(yè)時，軟件工程正是社會趨之若鶩的熱門專業(yè)，許多單位向他發(fā)出了邀請。在這種情況下，於家卻始終不忘初心，心無旁騖地考研，回到華東師范大學地理系成為吳健平教授的研究生。這期間，於家不僅學到了地理信息系統(tǒng)應用方法與開發(fā)技術(shù)，也開始領(lǐng)悟地理信息科學的思想、感受地理信息科學的魅力。最為重要的是，吳健平教授的言傳身教，堅定了於家把地理信息科學從“專業(yè)”上升為“事業(yè)”的決心。

為了能學到更多的前沿專業(yè)知識，於家在導師的推薦下，來到澳大利亞聯(lián)邦科學院水土研究所接受聯(lián)合培養(yǎng)。在導師陳蕓研究員和夏澤翰（Shahbaz Khan）教授的指導下，於家參與了澳大利亞政府的決策項目。在這一項目中，他們對墨累河流域的灌溉性農(nóng)田是進行改造還是讓其退化，進行了甄別和鑒定。導師不辭勞苦、認真踏實的工作作風和一絲不茍的研究精神，為於家樹立了勤奮而執(zhí)著的楷模形象。可以說，在跟隨導師陳蕓學習的一年半時間里，於家開始了從“學生”到“學者”的轉(zhuǎn)型，為他后續(xù)的學術(shù)道路奠定了堅實的基礎(chǔ)。

獨辟蹊徑構(gòu)建公共空間應急體系

城市公共空間是有節(jié)奏、有序列、有空間拓撲關(guān)系的。城市空間優(yōu)化與應急疏散涉及城市應急管理的預防、準備、響應、恢復等多個階段，要想建立完整的應急體系，必須運用多領(lǐng)域、多學科的交叉研究，而地理信息科學便是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵基底學科。

經(jīng)過多年在城市空間優(yōu)化與應急疏散決策建模研究中深耕，於家厚積薄發(fā)，并提出了新的研究角度。“我嘗試從地理學視角出發(fā)，將城市空間優(yōu)化與應急疏散避難決策建模結(jié)合起來，解決城市安全防范和應急管理中的一系列科學問題。此前，應急疏散決策領(lǐng)域的研究大多基于網(wǎng)絡(luò)模型、元胞自動機模型、社會力模型或多智能體模型優(yōu)化應急疏散的過程，而我的研究則是進一步將城市用地和公共設(shè)施格局綜合優(yōu)化，還更多地考慮人群聚集風險和應急疏散風險因素的影響，大幅降低安全風險，提高城市應急管理能力。”於家說。在這一創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)上，他開展了大量的科研實踐。

一般來說，大都市的開放性公共空間，具有邊界開放及內(nèi)部人群流動性強的特點，很難像封閉的景區(qū)或主題公園那樣，能對聚集人群進行應急疏散管理以及局面控制。而此時，如能有熟悉公共空間格局的引導人對疏散人群加以引導，則可以充分減小疏散人員的恐慌與騷亂，使聚集人群迅速撤離。於家說：對于大都市開放性公共空間而言，應該統(tǒng)籌考慮公共空間內(nèi)外部的人群聚集情況及疏散風險。他認為應急疏散時，將人員引導到公共空間外部遠遠不是結(jié)束，而將人群引導到安全的安置點才是疏散引導過程的終結(jié)。但是由于開放性公共空間內(nèi)外部人群聚集的動態(tài)變化大、聯(lián)動效應強，空間格局對疏散也有顯著影響，要及時地實現(xiàn)人員安全疏散存在很大難度。

為了攻克這一難題，於家在國家自然科學基金面上項目“時空大數(shù)據(jù)支持下的大都市開放性公共空間內(nèi)外一體化應急疏散引導研究”支撐下，深入研究與規(guī)劃應急疏散策略，包括與之密切相關(guān)的空間格局、安全設(shè)施、管理水平、引導人空間配置、疏散人員狀態(tài)及其行為特點等因素，優(yōu)化城市公共空間格局，提升應急管理體系建設(shè)。他不僅采用隨機森林算法、經(jīng)典風險分析理論，構(gòu)建時空大數(shù)據(jù)支持下的大都市開放性公共空間內(nèi)外人群聚集密度估算方法，還運用多智能體模型和蟻群算法、粒子群算法等仿生學算法，構(gòu)建公共空間一體化應急疏散引導方法，優(yōu)化疏散引導的策略及途徑。如今，於家團隊已取得了上海市開放性公共空間人群聚集風險評估的相關(guān)成果，并發(fā)表了理論文章。他們自主研發(fā)的模擬人群疏散引導的相關(guān)軟件，正在申報國家專利。

將研究成果扎根于社會

科研需要長期堅守。在於家看來，這份堅守既是職責也是使命，更是對科研工作者的考驗與淬煉。雖然國內(nèi)外已有比較好的數(shù)據(jù)獲取平臺，但這些平臺還是很難提供有效的專業(yè)數(shù)據(jù)。為了獲取第一手科研數(shù)據(jù)，不管是炎夏還是寒冬，在室外長達數(shù)十小時的數(shù)據(jù)采集，已是於家團隊的工作常態(tài)。雖然勞苦，但只要能獲取準確的實驗數(shù)據(jù)，對于他們來說，這一切都是值得的。

多年來，於家和研究團隊還將上海的靜安、徐匯、寶山等中心城區(qū)作為核心研究區(qū)，進行了城市應急避難場所選址、游憩空間格局優(yōu)化、土地利用潛在適宜性分析等研究，為城市發(fā)展藍圖提供了規(guī)劃支持。他們研究的成果，已經(jīng)在上海市城區(qū)發(fā)展中得到了應用。

步履不停的科研之路

科研之路永無止境。現(xiàn)如今，於家科研團隊的腳步還走出上海，延伸到長三角等地區(qū)。作為長三角城市濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站地理信息科學專業(yè)負責人，於家親歷了學生專業(yè)實習基地的建立，在青浦金澤鎮(zhèn)和浙江德清縣等地，他多次帶隊指導本科生野外實習。他指導的本科生、研究生還屢屢在國際、國內(nèi)專業(yè)大賽中獲獎。

通過多年的研究開拓，於家及其團隊在國內(nèi)外樹立了知名度，他們提出的疏散預動作時間估算、晝夜人口分布估算、應急疏散決策框架等成果得到了國內(nèi)外學者的廣泛認可，并被中國科學院地理科學與資源研究所、香港中文大學及英國拉夫堡大學、美國俄亥俄州立大學、美國康涅狄格大學等國內(nèi)外頂尖高校或研究機構(gòu)的學者采用，獲得了很好的應用效果和學術(shù)評價。

現(xiàn)如今，於家及其科研團隊正積極投身上海市第一次自然災害綜合風險普查中，面對未來的地震、洪澇等災害，於家團隊將著力開發(fā)城市空間優(yōu)化模型及應急決策模型，為城市風險防范和應急響應提供科學支撐。他們還將進一步耦合空間智能和地球大數(shù)據(jù)技術(shù)，研發(fā)城市居民區(qū)和公共空間一體化疏散引導和應急物資調(diào)度決策模型，為構(gòu)建城市智慧應急系統(tǒng)提供解決方案與科學智庫。

哲人說：人的知識好比一個圓圈，圓圈里面是已知的，圓圈外面是未知的。你知道得越多，圈內(nèi)越大，你不知道的圈外也就越多。科學無止境，需要在扎實基本功的基礎(chǔ)上，一步步走向尖端。在於家看來，只有沉下心來做學問，才能真正造福于社會。展望未來，於家還將努力踐行自己的科研使命，帶領(lǐng)團隊將成果落地到祖國乃至世界更多地方。