CN103927439A - 一种可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法，属于市政工程城市内涝灾害防治技术领域，适用于实时在线水力模型的降雨输入数据采集和输入。系统包括降雨采集器（1）、输水管道（2）、集水器（3）、电子称重设备（4）、数据传输设备（5）、托架结构（6）和计算机（7）；输水管道（2）将降雨采集器（1）采集的雨水输送到集水器（3）；电子称重设备（4）根据集水器（3）的容积大小和所需要的精度选配；数据传输设备（5）选用与电子称重设备（4）集成在一起的产品或分体式产品；托架结构（6）起到组装的作用；安装有实时在线水力模型软件计算机（7）与数据传输设备（5）连接，实时在线接收降雨数据，并根据设定的时段进行模拟计算，不断循环，直至降雨结束。

Description

一种可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法

技术领域

本发明涉及一种可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法，属于市政工程城市内涝灾害防治技术领域，适用于实时在线水力模型的降雨输入数据采集和输入。

背景技术

随着城市内涝灾害问题的加剧、城市防灾减灾和城市安全对暴雨灾害应对措施的严格要求以及实时预测预报准确程度的要求逐渐增加，对水力模型的方法运用和时效性提出了更高的要求。如何研究开发高精度效、实时在线降雨数据采集装置与实时在线水力模型连接已成为当前城市内涝灾害预测预警领域重要的研究课题。

传统降雨数据采集装置一般称为自记雨量计，有虹吸式和翻斗式两种。虹吸式自记雨量计采用虹吸原理，将降雨过程记录在记录纸上。这种装置有两个问题，其一只能事后处理降雨记录，无法实现实时在线功能；其二是在虹吸段会造成部分数据丢失。翻斗式自记雨量计根据单位时间内翻斗次数计量降雨过程，可以实现实时在线传输降雨数据，但是对安装条件有一定要求，无法实现可移动性。与传统的两种自记雨量计相比，本发明装置不仅可以实现实时采集和传输降雨过程数据，而且可以安装在可以移动的运载工具内，对安装条件没有特殊要求，这样，本发明装置就可以配备到可以移动的城市内涝现场指挥车内，在现场进行实时在线模拟和预测预警，在降雨过程中进行城市内涝灾害防灾减灾指挥和调度。因此具有可移动、实时在线、与水力模型模拟计算结合、采集数据精度高及适合现场指挥等优点的可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法已成为实时在线模拟技术和城市内涝防灾领域的研究重点和热点。

如何准确、实时预测预报城市内涝灾害已成为世界各国城市内涝灾害防灾减灾领域的研究热点，其中如何实时精确采集降雨信息和与水力模型有机结合的方法研究的已经成为焦点和难点。但是，到目前为止，采用实时精确采集降雨信息和与水力模型有机结合的方法进行城市内涝灾害实时在线模拟和预测预警的成功应用并不多见。其主要原因是传统的自记雨量计无法满足与水力模型有机结合的方法进行城市内涝灾害实时在线模拟和预测预警的目的。

传统的自记雨量计一般采用容量法进行计量，其记录结果只能用于进行事件模拟，而无法进行实时在线模拟，传统的自记雨量计主要参数如下：

《翻斗式雨量计》为降水量测量一次仪表，其性能符合国家标准GB/T11832-2002和国家标准GB/T11831-2002《水文测报装置遥测雨量计》相关要求。

主要技术参数

承雨口径：φ200mm；刃口锐角：40°～45°

分辨力：0.5mm；

测量准确度：≤±3%

雨强范围：0.01mm～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min）

发讯方式：两路干簧管通断信号输出

工作环境：

环境温度：-10℃～50℃

相对湿度；<95%(40℃)

《虹吸式雨量计》为降水量测量一次仪表，虹吸式雨量计适用于水文、气象等行业使用。国家气象局标准仪器，为传统产品。

技术参数

发明内容

经过长期的探索研究，发现实时在线水力模型可以准确的模拟和预报城市内涝灾害发生的位置和发生的时间，对有效应对城市内涝灾害具有积极作用。开发具有实时模拟功能的水力模型软件和可以方便进行实时在线采集降雨信息的可移动实时在线降雨数据采集系统，将两者有机结合，在暴雨降雨过程中进行城市内涝灾害发生的地点和时间进行准确预测预报，有效支撑城市内涝防汛指挥调度。

在降雨过程中，实现每1min降雨量实时传输到计算机的水力模型软件之中，作为模型软件的输入降雨信息，每5min作为一个计算时段，模拟到这一时段为止的汇水流域产流和雨水管网内的汇流过程，根据计算结果，预测可能会发生城市内涝灾害的位置和预计发生的时间。

可移动实时在线降雨数据采集系统可以将每1min降雨的累积量通过重量传感器获得准确的数值，并通过数据传输设备传输到计算机中。该装置可以根据不同的暴雨级别选用不同的称重设备和装水容器，实现连续测量和准确计量。

可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法科学的将暴雨信息采集和水力模型有机的结合，开发出一种准确预测预报城市内涝灾害的方法，即可移动实时在线降雨数据采集与实施方法和装置。该方法针对传统降雨信息采集装置的缺陷，不仅能够准确实现降雨信息的实时在线采集与传输，使实时在线水力模型可以获得准确的降雨信息输入，使应用水力模型的方法进行实时在线预测预报成为可能，而且具有费用低廉、运行管理灵活和可以安装在移动载体上等优点。

本发明的技术方案：

本发明设计的可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法其特征在于：

可移动实时在线降雨数据采集系统与实时在线水力模型方法的集成，可以构建基于实时在线水力模型预测功能的城市暴雨内涝灾害预测预报系统，并从根本上实现实时在线预测预报城市内涝灾害从而实现有效应对和防灾减灾，科学合理的进行城市内涝灾害现场指挥和调度。

1.一种可移动实时在线降雨数据采集系统，其特征在于：包括降雨采集器（1）、输水管道（2）、集水器（3）、电子称重设备（4）、数据传输设备（5）、托架结构（6）和计算机（7）；

输水管道（2）将降雨采集器（1）采集的雨水输送到集水器（3）；电子称重设备（4）根据集水器（3）的容积大小和所需要的精度选配；数据传输设备（5）选用与电子称重设备（4）集成在一起的产品或分体式产品；托架结构（6）起到组装的作用；安装有实时在线水力模型软件计算机（7）与数据传输设备（5）连接，实时在线接收降雨数据，并根据设定的时段进行模拟计算，不断循环，直至降雨结束。

2.应用权利要求1所述的可移动实时在线降雨数据采集系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）运行水力模型软件：根据天气预报信息和实际天气状况，确定开始运行模型软件的时间；根据流域条件和计算精度要求，确定模拟计算时间段长度；在运行水力模型软件初期，由于实际降雨还没有开始，所以降雨输入值为0，模拟输出值为设定的最小流量输出值；

（2）降雨数据采集：有降雨进入降雨采集器（1），通过输水管道（2）送到集水器（3），电子称重设备（4）每1min采集一个降雨量信息；

（3）降雨数据传输：数据传输设备（5）将实时在线接收降雨数据传输到安装有实时在线水力模型软件计算机（7）；

（4）模拟流域产汇流计算：根据数据传输设备（5）传输的数据和设定的计算时段，进行模拟流域产汇流模拟计算，不断循环，直至降雨结束；

5）城市内涝灾害预测预报：当模拟计算的流量值超过了管网的排水能力时，计算机自动绘制会产生内涝地点的集水区范围地图，进行城市内涝灾害预测预报。

本发明设计的可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法与现有技术相比，具有下列优点：

（1）实现了实时降雨数据与计算机水力模型的有机结合，可以在可移动设施中实时在线预测预报城市内涝灾害，目前还没有类似的成套技术。

（2）可移动实时在线降雨数据采集系统与现有的翻斗式和虹吸式自记雨量计相比，具有可移动、实时在线、与水力模型模拟计算结合、采集数据精度高及适合现场指挥等优点。另外，传统的自记雨量计都是固定式的，本项发明是可以移动的。

（3）实时在线水力模型是水力模型中最新研究结果。

（4）在城市内涝灾害应急处置和防汛应急指挥调度中，可以提供准确的信息保证。

本发明可广泛应用于城市内涝灾害应急处置和防汛应急指挥调度中心建设和移动应急抢险指挥车的装备建设之中，具有广泛的市场前途。

附图说明

图1是本发明采用的可移动实时在线降雨数据采集系统与实施方法示意图；

图2是利用可移动实时在线降雨数据采集系统装置实现实时在线预测预报城市内涝灾害从而实现有效应对和防灾减灾的方法示意图；

图3是可移动实时在线降雨数据采集系统装置结构示意图；

1.降雨采集器、2.输水管道、3.集水器、4.电子称重设备、5.数据传输设备、6.托架结构、7.计算机

具体实施方式

降雨采集器（1）是圆形的漏斗形承接雨水的装置，其直径与单位水体的重量成正比，直径越大放大的倍数越大，可以得到的精度也越大；输水管道（2）采用柔性材料，将降雨采集器（1）采集的雨水输送到集水器（3），输送距离较远时，应进行时间校正；集水器（3）的容积大小与一次承接的降雨量和降雨采集器（1）断面大小有关，可以根据不同精度要求和一场降雨过程的总降雨量计算得到，与输水管道（2）采用非连接方式；电子称重设备（4）根据集水器（3）的容积大小和所需要的精度选配；数据传输设备（5）可以选用与电子称重设备（4）集成在一起的产品或分体式产品；托架结构（6）起到组装的作用；安装有实时在线水力模型软件计算机（7）与数据传输设备（5）连接，实时在线接收降雨数据，并根据设定的时段（本专利建议采用5min）进行模拟计算，不断循环，直至降雨结束。

本发明还提供了一种利用上述装置实现实时在线预测预报城市内涝灾害从而实现有效应对和防灾减灾的方法，其步骤包括：

（1）运行水力模型软件：根据天气预报信息和实际天气状况，确定开始运行模型软件的时间。根据流域条件和计算精度要求，确定模拟计算时间段长度（默认值为5min）。在运行水力模型软件初期，由于实际降雨还没有开始，所以降与输入值为0，模拟输出值为设定的最小流量输出值。

（2）降雨数据采集：有降雨进入降雨采集器（1），通过输水管道（2）送到集水器（3），电子称重设备（4）每1min采集一个降雨量信息。

（3）降雨数据传输：数据传输设备（5）将实时在线接收降雨数据传输到安装有实时在线水力模型软件计算机（7）。

（4）模拟流域产汇流计算：根据数据传输设备（5）传输的数据和设定的计算时段（本专利建议采用5min）进行模拟流域产汇流模拟计算，不断循环，直至降雨结束。

（5）城市内涝灾害预测预报：当模拟计算的流量值超过了管网的排水能力时，计算机自动绘制会产生内涝地点的集水区范围地图，进行城市内涝灾害预测预报。

下面结合附图及实施例详细说明本发明：

Ⅰ运行水力模型软件：根据天气预报信息和实际天气状况，确定开始运行模型软件的时间。根据流域条件和计算精度要求，确定模拟计算时间段长度（默认值为5min）。在运行水力模型软件初期，由于实际降雨还没有开始，所以降与输入值为0，模拟输出值为设定的最小流量输出值。

Ⅱ降雨数据采集：有降雨进入降雨采集器（1），通过输水管道（2）送到集水器（3），电子称重设备（4）每1min采集一个降雨量信息。

Ⅲ降雨数据传输：数据传输设备（5）将实时在线接收降雨数据传输到安装有实时在线水力模型软件计算机（7）。

Ⅳ模拟流域产汇流计算：根据数据传输设备（5）传输的数据和设定的计算时段（本专利建议采用5min）进行模拟流域产汇流模拟计算，不断循环，直至降雨结束。

Ⅴ城市内涝灾害预测预报：当模拟计算的流量值超过了管网的排水能力时，计算机自动绘制会产生内涝地点的集水区范围地图，进行城市内涝灾害预测预报。

实施实例

该装置可以采用不同的尺寸的降雨采集器和集水器，以及不同计量精度和称量范围的电子称重设备，生产一系列产品。以某一个特定尺寸的实际装置为例。所选择的降雨采集器有效内径200mm，与传统的自记雨量计尺寸相同，集水器有效内径300mm，高300mm，电子称重设备计量精度为±1g，则可以连续计量600mm的一次降雨过程，计量误差为±0.03185mm，均高于现有的自记雨量计产品。利用数据传输设备可以将采集的降雨量信息及时传输到计算机，从而实现了连续、实时、在线降雨计量和传输。通过计算机的水力模拟软件实时在线演算，实现及时准确的城市内涝灾害预测预报。将该装置安装在汽车上，就可以实现移动计量与现场模拟的目的。

Claims (2)

1.一种可移动实时在线降雨数据采集系统，其特征在于：包括降雨采集器（1）、输水管道（2）、集水器（3）、电子称重设备（4）、数据传输设备（5）、托架结构（6）和计算机（7）；

输水管道（2）将降雨采集器（1）采集的雨水输送到集水器（3）；电子称重设备（4）根据集水器（3）的容积大小和所需要的精度选配；数据传输设备（5）选用与电子称重设备（4）集成在一起的产品或分体式产品；托架结构（6）起到组装的作用；安装有实时在线水力模型软件计算机（7）与数据传输设备（5）连接，实时在线接收降雨数据，并根据设定的时段进行模拟计算，不断循环，直至降雨结束。

2.应用权利要求1所述的可移动实时在线降雨数据采集系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)运行水力模型软件：根据天气预报信息和实际天气状况，确定开始运行模型软件的时间；根据流域条件和计算精度要求，确定模拟计算时间段长度；在运行水力模型软件初期，由于实际降雨还没有开始，所以降雨输入值为0，模拟输出值为设定的最小流量输出值；

2)降雨数据采集：有降雨进入降雨采集器（1），通过输水管道（2）送到集水器（3），电子称重设备（4）每1min采集一个降雨量信息；

3)降雨数据传输：数据传输设备（5）将实时在线接收降雨数据传输到安装有实时在线水力模型软件计算机（7）；

4)模拟流域产汇流计算：根据数据传输设备（5）传输的数据和设定的计算时段，进行模拟流域产汇流模拟计算，不断循环，直至降雨结束；

5）城市内涝灾害预测预报：当模拟计算的流量值超过了管网的排水能力时，计算机自动绘制会产生内涝地点的集水区范围地图，进行城市内涝灾害预测预报。