CN110111538B - 一种山洪灾害动态监测预警分析系统 - Google Patents

一种山洪灾害动态监测预警分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种山洪灾害动态监测预警分析系统，以山洪灾害防治为主线、以监测信息为数据基础，利用信息化新技术，结合地理信息系统、物联网技术、统计分析技术、机器学习技术，实现山洪灾害动态预警的信息化系统。该系统以站点监测信息为基础数据，包括实时雨情子系统、实时水情子系统、洪水动态预警分析系统、分布式管理子系统四个子系统。本发明提高了山洪灾害预警精度、效率，提升了水利水电行业的科技水平。

Description

一种山洪灾害动态监测预警分析系统
技术领域
本发明涉及山洪灾害预警领域，尤其是一种山洪灾害动态监测预警分析系统。
背景技术
目前大多数小流域缺乏高精度基础地理信息资料和实测水文资料，山丘区小流域暴雨洪水计算理论尚不完善，特别是小流域下垫面条件及特征参数，小流域基础属性参数，产汇流机制等尚需继续开展研究。另一方面局部地区强降雨导致洪水发生具有一定的随机性和可变性，需要将物理过程概化清晰，且自由度适中用于无资料地区或者资料较少山区洪水分析的模型。而且小流域暴雨洪水分析模型的参数存在不确定性，导致小流域预警指标的确定及预警信息的发布等存在很大技术难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种山洪灾害动态监测预警分析系统，以实现山洪灾害动态预警为目标，实现雨情展示信息化、水情展示信息化、山洪灾害预警动态化、智能化、模型计算管理可控化，从而解决山洪灾害监测预警中存在的前述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种山洪灾害动态监测预警分析系统，该系统以站点监测信息为基础数据，包括实时雨情子系统、实时水情子系统、洪水动态预警分析子系统、分布式管理子系统；
所述实时雨情子系统，用于实时雨情数据的采集、展示和雨情数据的综合统计分析与展示；
所述实时水情子系统，用于实时水情数据的采集、展示和水情数据的综合统计分析与展示；
所述洪水动态预警分析子系统，用于对洪水的预警，根据雨情信息和水情信息，依据DEM、地貌和土壤质地将研究区流域分为若干水文响应区域，根据每个水文响应区域占主导的产汇流过程，搭建以相似产流过程为单位的子流域集成模型，再以汇流过程算法为纽带链接子流域集成模型最终形成整个流域尺度的水文过程集成模型，基于流域的洪水和径流观测验证模型，利用集成模型评价不同降水情景对研究区洪水过程的影响；所述洪水动态预警子系统通过将预警区域模块化，根据不同区域的产汇流特征结合实时雨水情观测数据，实现洪水动态预警功能；
所述分布式管理子系统，用于对不同服务器端及服务器端的运行的多种程序的管理，实现对服务器的启停控制。
进一步，所述实时雨情子系统，包括实时雨情查询展示模块、雨情等值线查询展示模块、雨情等值面查询展示模块，所述实时雨情子系统综合应用GIS技术、物联网技术、统计分析技术，实现对雨情信息的综合分析与展示。
进一步，所述实时水情子系统，包括河道水情查询展示模块和水库水情查询展示模块，所述实时水情子系统综合应用GIS技术、物联网技术、统计分析技术，实现对不同水文站水情信息的综合分析与展示。
进一步，所述洪水动态预警分析子系统，基于不同地貌的识别、提取和表达算法，将不同地貌单元与产流机制相关联，建立模块化降水-产流模型同时基于标准化单位线方法对小流域坡面产汇流特征进行表征；预警方式分为两种，流量预警和水位预警；所述洪水动态预警分析子系统综合应用机器学习技术、图像识别技术、GIS技术，实现洪水动态预警分析功能。
进一步，所述分布式管理子系统，包括服务器控制和服务器计算程序控制，所述分布式管理子系统综合应用网络接口技术，可视化技术，实现对服务器和计算程序的启停控制。
本发明的有益效果是：通过本发明使山洪灾害预警精度得到提升，实现山洪的动态监测预警，提出山区的产汇流原理机制(自动化)和计算方法，将物理过程概化清晰，为无资料地区或者资料较少山区洪水预警分析提供参考。
附图说明
图1是本发明的山洪灾害动态监测预警分析系统的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
随着山洪灾害监测预警的建设和研究，对预警精度的要求越来越高，迫切需要一个能够实现雨情展示信息化、水情展示信息化、山洪灾害预警动态化、智能化、模型计算管理可控化的信息系统
如图1所示，本发明的山洪灾害动态预警分析系统，以山洪灾害防治为主线、以监测信息为数据基础，利用信息化新技术，结合地理信息系统、物联网技术、统计分析技术、机器学习技术，实现山洪灾害动态预警的信息化系统。该系统以站点监测信息为基础数据，包括实时雨情子系统、实时水情子系统、洪水动态预警分析子系统、分布式管理子系统四个子系统。
实时雨情子系统，用于解决雨情数据展示的信息化，将雨情数据进行实时展示和综合统计分析，综合应用GIS技术、物联网技术、统计分析技术，将雨情监测站点的实时雨情数据在图层中进行展示，同时对历史雨情数据进行综合统计分析，清晰直观的展示雨情信息规律。
实时水情子系统，用于解决水情数据展示的信息化，将河道水情和水库水情进行实时展示和综合统计分析，综合应用GIS技术、物联网技术、统计分析技术，将水文站点的实时水情数据在图层中进行展示，同时对历史水情数据进行综合统计分析，清晰直观的展示水情信息规律。
洪水动态预警分析子系统，用于解决山洪灾害预警动态化、智能化，根据建立的水文区域地貌单元和产汇流关联机制，结合雨情、水情监测站点的实时数据，综合应用机器学习技术、图像识别技术、GIS技术，实现洪水动态预警分析功能。
分布式管理子系统，用于解决模型计算管理可控化，通过网络接口技术对服务器端及服务器上运行的计算模块进行启停管理，对系统进程进行统一控制。
以下通过具体实例结合图1对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明的山洪灾害动态监测预警分析的信息化系统包括以下几个子系统：
实时雨情子系统：实时雨情子系统中建立实时雨情监测数据库，雨情监测站点将实时雨情监测数据传输到数据库中。利用实时雨情监测数据库中的实时雨情监测数据和历史数据在图层中对监测站点位置及监测站点雨情数据进行展示。本系统主要结合GIS技术、物联网技术、综合统计分析技术进行开发。实现了将实时雨情信息在GIS图层中进行展示及历史雨情数据的统计分析，使得雨情监测数据变得直观、清晰。雨情展示方式包括实时雨情展示、等值线展示、等值面展示和雨情统计分析展示。
实时水情子系统：实时水情子系统中建立实时水情监测数据库，监测站点将实时水情监测数据传输到数据库中。利用实时水情监测数据库中的实时水情监测数据和历史数据在图层中对河道和水库等水文监测站点位置及水情数据进行展示。本系统主要结合GIS技术、物联网技术、综合统计分析技术进行开发。实现了将实时水情信息在GIS图层中进行展示及历史水情数据的统计分析，使得水情监测数据变得直观、清晰。水情展示包括河道水情展示、水库水情展示、水情统计分析展示。
洪水动态预警分析子系统：本系统的算法基础是地貌识别及划分技术、地貌单元与产汇流机制关联技术。以采集的实时雨情和水情信息为数据基础，进行自动产汇流计算，与预警指标进行对比，实现山洪动态监测预警。具体过程为，通过地貌单元划分，将沿河村落关联到流域节点，实时雨情、实时水情作为输入数据，输入到产汇流计算模型中，得到各流域节点的水位、流量，即模型输出结果。通过将模型计算得到的各节点水位、流量结果与关联到各流域节点的沿河村落预警指标进行对比，得出预警结果，实现洪水动态预警分析。预警方式分为两种：流量预警和水位预警。
分布式管理子系统：对服务器及服务器中的计算单元进行可视化管理，实现可控制的服务器及计算单元启停操作。避免对硬件资源的浪费，便于对服务器和计算单元的统一控制。
通过本发明提高了山洪灾害预警精度，提升了水利水电行业的科技水平。将物理过程概化清晰，为无资料地区或者资料较少山区洪水预警分析提供参考。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (5)

1.一种山洪灾害动态监测预警分析系统，其特征在于，该系统以站点监测信息为基础数据，包括实时雨情子系统、实时水情子系统、洪水动态预警分析子系统、分布式管理子系统；
所述实时雨情子系统，用于实时雨情数据的采集、展示和雨情数据的综合统计分析与展示；
所述实时水情子系统，用于实时水情数据的采集、展示和水情数据的综合统计分析与展示；
所述洪水动态预警分析子系统，用于对洪水的预警，根据雨情信息和水情信息，依据DEM、地貌和土壤质地将研究区流域分为若干水文响应区域，根据每个水文响应区域占主导的产汇流过程，搭建以相似产流过程为单位的子流域集成模型，再以汇流过程算法为纽带链接子流域集成模型最终形成整个流域尺度的水文过程集成模型，基于流域的洪水和径流观测验证模型，利用集成模型评价不同降水情景对研究区洪水过程的影响；所述洪水动态预警子系统通过将预警区域模块化，根据不同区域的产汇流特征结合实时雨水情观测数据，实现洪水动态预警功能；
所述分布式管理子系统，用于对不同服务器端及服务器端的运行的多种程序的管理，实现对服务器的启停控制。
2.根据权利要求1所述山洪灾害动态监测预警分析系统，其特征在于，所述实时雨情子系统，包括实时雨情查询展示模块、雨情等值线查询展示模块、雨情等值面查询展示模块，所述实时雨情子系统综合应用GIS技术、物联网技术、统计分析技术，实现对雨情信息的综合分析与展示。
3.根据权利要求1所述山洪灾害动态监测预警分析系统，其特征在于，所述实时水情子系统，包括河道水情查询展示模块和水库水情查询展示模块，所述实时水情子系统综合应用GIS技术、物联网技术、统计分析技术，实现对不同水文站水情信息的综合分析与展示。
4.根据权利要求1所述山洪灾害动态监测预警分析系统，其特征在于，所述洪水动态预警分析子系统，基于不同地貌的识别、提取和表达算法，将不同地貌单元与产流机制相关联，建立模块化降水-产流模型同时基于标准化单位线方法对小流域坡面产汇流特征进行表征；预警方式分为两种，流量预警和水位预警；所述洪水动态预警分析子系统综合应用机器学习技术、图像识别技术、GIS技术，实现洪水动态预警分析功能。
5.根据权利要求1所述山洪灾害动态监测预警分析系统，其特征在于，所述分布式管理子系统，包括服务器控制和服务器计算程序控制，所述分布式管理子系统综合应用网络接口技术，可视化技术，实现对服务器和计算程序的启停控制。
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