CN110532952B - 基于gis定位技术的洪灾风险预警及撤离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离系统和方法，包括：信息存储模块用于：向地理信息模块提供河道两岸地貌的航拍图片，向洪水动态监控模块提供预测的特定时间点的洪水流量，向洪灾区域划分模块提供预测的单次洪峰最大流量。地理信息模块用于：向洪水动态监控模块提供河道剖面信息，向洪水区域划分模块提供河道两岸地理信息，这些信息都是由地理信息模块中的公共坐标地图上提供。洪水动态监控模块用于：向洪水区域划分模块提供淹没水位。洪水区域划分模块用于：向预警撤离模块提供洪水淹没区、洪水影响区范围信息。本发明优点在于：实现三维特征曲面信息以及三种洪水区域范围信息与公共坐标地图相结合、灵活方便主动发布预警信息和撤离方案的过程。

Description

基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离系统

技术领域

本发明涉及灾害应急避险技术领域，特别涉及一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及应急撤离系统。

背景技术

洪灾是由暴雨、急骤融冰化雪、风暴潮等自然因素引起的江、河、湖、库水量迅速增加或水位迅猛上涨，堤坝漫溢或溃决，水流入境而造成的灾害。洪灾是我国发生频率高、危害范围广、对国民经济影响最为严重的自然灾害，亦是威胁人类生存的十大自然灾害之一。

按照洪灾成因可以分为暴雨洪灾、冰凌融雪洪灾、风暴潮灾害、海啸灾害、溃坝洪灾、泥石流灾害等六类，其中暴雨洪灾是最常见、影响最大的一种灾害。

因洪水引发的灾害显著，主要包括：一、淹没房屋和人口，造成大量人员伤亡；二、淹没农田，卷走粮食，毁坏作物，造成饥荒；三、破坏建筑、通讯与交通等设施，造成财产损失；四、引发次生灾害，如：滑坡、泥石流、疫病等。所以洪灾一旦发生，将严重威胁人民的生命财产安全。

无人机图传技术对于航拍产生大量图像数据的传输较为关键。该技术主要是通过无人机平台挂载的光学仪器设备进行图像数据的捕获和信息流转换，最终发送回地面，并进行不同类型不同品类的数据储存。

多视角倾斜航拍就是利用光学仪器在无人机载体工作环境下进行多个视角拍摄地面影像，获取不同侧面的多视角图像信息。该种设备通过设有1个下视镜头+4个倾斜镜头的匹配式撬装光学设备(例如AOS相机、三线阵CCD扫描相机)，进行五视角或三视角式的地毯式航拍探测，多个镜头一定要成规律性不射，并保证其关系的稳固性。

地理信息系统(GIS，Geographic Information System)是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理(即对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析)。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起。

遥感数据是GIS的重要数据源，无人机航拍获得图片属于一种遥感数据。遥感数据含有丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地质物理等方面的信息进行信息复合和综合分析，遥感数据(影象数据)可用于提取线划数据和生成数字正射影象数据、DEM数据。

GIS数据处理应具有数据转换装载的功能，即能把其它GIS或专题数据库中的数据通过转换装载到当前的GIS系统中。数据处理工作主要是几何纠正、图形和文本数据的编辑、图幅的拼接、拓扑关系的生成等，即完成GIS的空间数据在装入GIS的地理数据库前的各种工作。遥感图像不能直接被GIS识别，需要转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。图片处理的数据涉及到矢量地图数据，将数据输入到相应设备中，可用平板数字化仪，采用手扶跟踪的方法输入，也可用扫描仪扫描成图像后，用栅格数据矢量化的方法自动追踪输入。

手机导航就是通过手机的导航功能，把你从目前所在的地方带到另一个你想要到达的地方。手机导航能够告诉你在地图中所在的位置，以及你要去的那个地方在地图中的位置，并且能够在你所在位置和目的地之间选择最佳路线，方便快捷到达目的地。现在智能手机的普及为建立一种更精确、更智能、更方便的手机导航系统成为可能。

基站(即公用移动通信基站)是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)。

基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。

关于洪灾各个方面的专项研究还在开展且有相应进展，但未能形成成熟快捷的洪灾预警预报体系，并且有关洪灾的避险技术方案不灵活方便主动，只是人力通过电话、电视、广播等手段对洪灾涉及区的人员发出的预警及相应避险撤离信息，手段方式较为传统。

目前，有关防灾的应急处理措施主要包括工程、非工程两大类。工程措施是指为控制或抵御洪水以减少洪灾损失而修建各类工程的一种措施，是一种直接作用于洪水的防洪手段，主要包括水库、堤防、防洪墙、滞蓄洪区、泵站、水闸、河道整治工程等。各类工程措施在很多排险上颇有成效，但是仍然存在以下弊端：第一，任何防洪工程措施的防洪能力总是有限的，只能防御一定标准的洪水，不可能抵御超标准的稀遇洪水；第二，洪水产生具有随机性、不可预见性，工程措施可能无法处理突发灾害；第三，防洪工程设施的建设对生态环境会产生一定的负面影响。

非工程措施能够很好弥补工程措施的弊端，灵活处理突发洪灾，是一种不直接作用于洪水的防洪手段，主要包括：上下游人员转移避险、通信保障系统及必要的设备、物资供应、运输保障措施等，旨在分析可能的受灾区域及其受灾严重性，采用预警预报、合理疏散居民避险以降低受灾程度的措施。

考虑到非工程措施便于灵活实施且目前无法灵活方便全面地提供预警信息且撤离方案较为传统，设计构建洪灾预警避险技术，对洪水流过的河道两岸区域进行灾害预测，从而快速灵活主动地发布预警信号以及撤离路线，为决策部门排险或避险方案的定制提供有力的依据，指导居民安全避险，对保护百姓的生命财产安全具有重大的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的空白，提供了一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离系统，能够有效的保护居民的生命财产安全。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离系统，包括：信息输入模块、地理信息模块、洪水动态监控模块、洪灾区域划分模块和预警撤离模块。

信息输入模块：获取预测的河道洪水流量，以及通过无人机航拍技术获取河道两岸地貌的航拍图片，实现洪灾风险预警及撤离系统中基础数据的输入。

地理信息模块：从信息输入模块中提取河道两岸的航拍图片。由航拍图片利用GIS图像识别技术，提取河道两岸的三维高程坐标点，然后形成具有三维特征的曲面信息，最后将三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图。

洪水动态监控模块：从地理信息模块中提取河道剖面，从信息输入模块中提取特定时间点的洪水流量。由河道剖面和洪水流量利用水力学中的曼宁公式和计算洪水演进的SMS软件进行水面线计算，确定各个河道剖面的淹没水位。

洪灾区域划分模块：从信息输入模块提取单次洪峰最大流量，从洪水动态监控模块中提取淹没水位，从地理信息模块中提取河道两岸的地理信息。由淹没水位和河道两岸的地理信息确定洪水淹没区范围。由单次最大洪峰预测流量确定洪水影响区，由洪水淹没区内的基站确定淹没区域内的人数，由相关部门确定预期降雨量、预期洪水流速、流量等洪水预期性因素。根据洪水淹没区范围、淹没区域内人数、洪水预期性等因素，确定洪水预警等级。根据洪水淹没区和洪水影响区结合河道两岸地理信息确定洪水安全区。由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能在公共坐标地图上显示。

预警撤离模块：从洪水区域划分模块中提取洪水淹没区、洪水影响区及洪水安全区的范围。由区域附近通讯信号基站向区域内手机发射预警信息，当基站发射预警信息后即可定位出手机在区域内的位置，从而确定区域内洪水影响人员分布情况。手机用户端接受到预警信息后，可以主动在网页或者手机APP上进行查询洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区和安全点的信息，并可用手机导航软件导航撤离到洪水安全区内的安全点位置，实现洪灾风险预警及撤离系统中预警撤离信息的输出。

本发明建立了一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离系统，包括以下步骤：

步骤一：通过获取预测的河道洪水流量，以及通过无人机航拍技术获取河道两岸地貌，实现预警及撤离系统中基础数据的输入。

步骤二：利用地理信息系统GIS的图像识别技术提取河道两岸的三维坐标控制点，然后形成具有三维特征的曲面信息，最后将三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图中，完成地理信息的分类提取。

步骤三：从步骤二的公共坐标地图中提取河道剖面，以及从步骤一中提取特定时间点的河道洪水流量。根据河道剖面和特定时间点的河道洪水流量利用计算洪水演进的SMS软件和曼宁公式进行水面线计算，确定各个断面的淹没水深。

步骤四：根据步骤二中的公共坐标地图和步骤三中河道剖面的淹没水位确定出洪水淹没区，由单次最大洪峰预测流量确定洪水影响区，由洪水淹没区内的基站确定淹没区域内的人数，由相关部门确定预期降雨量、预期洪水流速、流量等洪水预期性因素。然后根据洪水淹没区范围、淹没区域内人数、洪水预期性等因素，确定洪水预警等级，并根据洪水淹没区和洪水影响区确定洪水安全区。最后由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能在公共坐标地图上显示。

步骤五：利用地理信息系统GIS查找洪水淹没区、洪水影响区附近的基站，由基站主动向无线电覆盖的区域内的手机用户端发射预警信息。当基站发射预警信息后就可定位出手机所在区域内的位置，从而确定区域内洪水影响人员分布情况。预警信息的接收对象是基站无线电信号覆盖的手机用户端，洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区、安全点的信息此时可主动发布到网页或者手机APP上。洪水淹没区和洪水影响区内的手机用户端在接收到预警信息后，可以主动在网页或者手机APP上进行查询洪水区域范围和安全点信息，并可利用涵盖三种区域范围信息和安全点信息的手机导航软件导航到安全点。导航路径包含有路和无路两种情况。

进一步地，步骤一具体为：由于洪灾具有突发性和不确定性，当洪灾爆发时或即将爆发时，利用无人机进行航拍获取河道两岸地貌是来不及的。所以应要提前利用无人机平台和图传系统并由地面控制台进行远程遥控拍摄，获取河道两岸地貌。对于同一河道地貌，无人机应要进行多视角航拍，利用光学仪器在无人机载体工作环境下进行多个视角拍摄地面影像，获取河道两岸地貌的多视角图像信息。向有关部门获取河道洪水流量，包括特定时间点的洪水流量和单次洪峰最大流量，且单次洪峰最大流量大于等于特定时间点的洪水流量。

进一步地，步骤二具体为：利用地理信息系统GIS的图像识别技术将无人机航拍的河道两岸地貌图片进行处理。首先在航拍图片中提取控制点，将航拍图片处理形成具有一定数量控制点的图片，这些控制点具有三维坐标信息。然后把图片中高程相等的控制点连接起来，将具有控制点的图片处理形成具有一定数量的三维特征曲面信息的图片，形成曲面的曲线就是等高线。最后将GIS图像识别形成的三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图中，公共坐标地图具有河道两岸的地理信息并可提取河道剖面。

进一步地，步骤三具体为：在公共坐标地图上，河道内部和河岸线上具有控制点，根据相应控制点识别和确定出河道范围，然后进行河道剖面处理。在图上顺着河道方向每隔一定距离在河道内作垂直河道方向的垂线，垂线长度为此处河道的宽度。垂线与河道内和河岸线上的控制点和等高线相交，交点具有高程信息。根据交点的高程信息和垂线距离将交点在平面上显示并依次连接，得到此处的河道剖面。根据相关部门模拟预测的洪水流量以及处理提取的河道剖面，利用计算洪水演进的SMS软件和曼宁公式计算此处河道剖面的洪水水位，即为淹没水位。利用同样的方法可以确定出河道各个断面的淹没水位。

曼宁公式如下：

式中，V是断面流速(m/s)；k是转换系数，国际单位制中值为1；n是糙率，综合反映明渠壁面粗糙情况对水流影响的一个系数；R_h是水力半径，是流体截面积与湿周长的比值(m)；J是水力坡度。

流量公式如下：

Q＝AV

式中，Q是通过断面的流量(m³/s)；A是断面面积(m²)；V是通过断面的流速(m/s)。

进一步地，步骤四具体为：确定出各个河道剖面的淹没水位后，将公共坐标地图中的所有剖面的垂线延长至高程为相应淹没水位的位置处，然后将所有延长的垂线端点连接得到的区域为洪水淹没区。根据相关部门模拟预测的单次最大洪峰流量利用步骤三的方法计算各个河道剖面相应的水位，并由确定洪水淹没区的方法确定洪水影响区。利用地理信息系统GIS查找洪水淹没区内的基站，由基站定位手机信号源位置，确定出洪水淹没区内手机用户端的分布，进而确定出洪水淹没区内的洪水影响人数。由有关部门获取模拟预测的预期降雨量、预期洪水流速和流量的洪水预期性因素。根据洪水淹没区域的范围、洪水影响人数和洪水预期性因素确定洪水预警等级。洪水影响区以外的区域为洪水安全区。运用GIS技术能在洪水安全区内确定并调用安全点，方便处于洪水淹没区和洪水影响区的人们向安全点处撤离避险。最后由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能够在公共坐标地图中显示。

进一步地，所述步骤二和步骤四中公共坐标地图涵盖河道两岸的地理信息、河道剖面信息、三种洪水区域范围信息以及安全点信息，公共坐标地图中将这些信息显示出来，可以在网页上查询，也可利用手机APP查询。

进一步地，步骤四中预测的单次洪峰最大流量要大于等于步骤三中预测的特定时间点的洪水流量，两种流量都属于步骤一基础数据中的河道洪水流量(属于信息输入模块)，并且都要进行实时矫正。

进一步地，步骤二中运用地理信息系统GIS的图像识别技术，将航拍的河道两岸地貌图片提取三维信息之前，要根据无人机多视角航拍同一河道两岸地貌的图片进行地物信息的识别，将房屋等高层建筑位置识别出来，并在房屋等高层建筑位置处的控制点高程基础上减去建筑高度，处理成新的控制点高程，从而形成较精准的地形条件。地形条件越精准，步骤三中处理的河道断面也会更加精确，最后计算出来的成果也会更加精确。

进一步地，步骤四中洪水淹没区和洪水影响区的确定方法相同。安全区内的安全点为房屋、学校等建筑物以及本身作为受灾安置的地方，这些安全点能够满足人们吃住，方便接收外界物资援助，同时这些安全点能够在公共坐标地图上显示。

进一步地，步骤五中洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区三种区域信息发布到网页上或手机APP上，不仅洪灾发生地区能够查询，其它不受洪灾影响地区也能够查询。基站发射的预警信息包括：自己所在区域发生洪灾；洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区三种区域的范围；自己处于哪一种区域。预警信息的发布也要通过电视、广播、LED信息广告牌等方式进行发布。撤离方案不仅可以用手机导航，同时也可以结合广播、电视等传统方式指导撤离。无路的导航路径主要是针对在山区里面以及周围道路不通时，可供人们安全攀爬的情况。

进一步地，在预警系统内部必须要进行实时校正，从而保证各个核心模块的准确性，进而确保灾害预警撤离信息的准确。实时校正主要涉及一方面内容：对于步骤一(信息输入模块)中的河道洪水流量的校正，是指根据有关部门模拟预测的河道剖面通过特定时间点的洪水流量和单次洪峰最大流量，每隔一段时间对其进行校正。

进一步地，在预警系统内部必须要进行实时更新，从而保证各个核心模块的时效性，进而确保灾害预警撤离信息的准确。实时更新主要涉及到三方面内容：一、对于步骤三(洪水动态监控模块)中的淹没水位的更新，是指根据提取的河道剖面和校正后特定时间点的洪水流量，利用SMS软件和曼宁公式进行水面线计算，对淹没水位加以更新。二、对于步骤四(洪水区域划分模块)中的洪水淹没区、预警等级的更新，是指是指根据更新后的淹没水位利用步骤四的方法对其加以更新。对于步骤四(洪水区域划分模块)中的洪水影响区、洪水安全区以及洪水影响分区图的更新，是指根据校正后的单次洪峰最大流量利用步骤三和步骤四的方法对其加以更新。三、对于步骤五(预警撤离模块)中基站发布的预警信息以及洪水影响人员分布的更新，是指根据更新后的洪水淹没区和洪水影响区内的基站发布预警信息加以更新，以及由基站根据手机用户端位置确定洪水影响人员分布加以更新。

进一步地，预警系统内的河道洪水流量进行实时校正，淹没水位、三种区域的范围、洪水影响分区图、预警等级、预警信息、洪水影响人员分布进行实时更新，涉及到校正时间和更新时间的修订，校正时间和更新时间的修订长短要根据计算机后台运算速度确定，运算速度越快，时间越短；反之，时间则越长。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

整合了信息输入模块、地理信息模块、洪水动态监控模块、洪灾区域划分模块、预警撤离模块五个主要过程。整个系统构建成一个完整的平台，可以实现三维特征曲面信息以及三种洪水区域范围信息与公共坐标地图相结合、灵活方便主动发布预警信息和撤离方案的过程。

附图说明

图1为本发明实施例预警及撤离系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离系统，包括信息输入模块、地理信息模块、洪水动态监控模块、洪灾区域划分模块、预警撤离模块。

模块用处：

信息输入模块：获取预测的河道洪水流量，以及通过无人机航拍技术获取河道两岸地貌的航拍图片，实现洪灾风险预警及撤离系统中基础数据的输入。

地理信息模块：从信息输入模块中提取河道两岸的航拍图片。由航拍图片利用GIS图像识别技术，提取河道两岸的三维高程坐标点，然后形成具有三维特征的曲面信息，最后将三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图。

洪水动态监控模块：从地理信息模块中提取河道剖面，从信息输入模块中提取特定时间点的洪水流量。由河道剖面和洪水流量利用水力学中的曼宁公式和计算洪水演进的SMS软件进行水面线计算，确定各个河道剖面的淹没水位。

洪水区域划分模块：从信息输入模块中提取单次洪峰最大流量，从洪水动态监控模块中提取淹没水位，从地理信息模块中提取河道两岸的地理信息。由淹没水位和河道两岸的地理信息确定洪水淹没区范围。由单次最大洪峰预测流量确定洪水影响区，由洪水淹没区内的基站确定淹没区域内的人数，由相关部门确定预期降雨量、预期洪水流速、流量等洪水预期性因素。根据洪水淹没区范围、淹没区域内人数、洪水预期性等因素，确定洪水预警等级。根据洪水淹没区和洪水影响区结合河道两岸地理信息确定洪水安全区。由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能在公共坐标地图上显示。

预警撤离模块：从洪水区域划分模块中提取洪水淹没区、洪水影响区及洪水安全区的范围。由区域附近通讯信号基站向区域内手机发射预警信息，当基站发射预警信息后即可定位出手机在区域内的位置，从而确定区域内洪水影响人员分布情况。手机用户端接受到预警信息后，可以主动在网页或者手机APP上进行查询洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区和安全点的信息，并可用手机导航软件导航撤离到洪水安全区内的安全点位置，实现洪灾风险预警及撤离系统中预警撤离信息的输出。

模块与模块之间的关系：

信息输入模块用于：向地理信息模块提供河道两岸地貌的航拍图片，向洪水动态监控模块提供预测的特定时间点的洪水流量，向洪灾区域划分模块提供预测的单次洪峰最大流量。

地理信息模块用于：向洪水动态监控模块提供河道剖面信息，向洪水区域划分模块提供河道两岸地理信息，这些信息都是由地理信息模块中的公共坐标地图上提供。

洪水动态监控模块用于：向洪水区域划分模块提供淹没水位。

洪水区域划分模块用于：向预警撤离模块提供洪水淹没区、洪水影响区和洪水安全区范围信息。

一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离方法，包括以下步骤：

步骤一：通过获取预测的河道洪水流量，以及通过无人机航拍技术获取河道两岸地貌，实现预警及撤离系统中基础数据的输入。

由于洪灾具有突发性和不确定性，当洪灾爆发时或即将爆发时，利用无人机进行航拍获取河道两岸地貌是来不及的。所以应要提前利用无人机平台和图传系统并由地面控制台进行远程遥控拍摄，获取河道两岸地貌。对于同一河道地貌，无人机应要进行多视角航拍，利用光学仪器在无人机载体工作环境下进行多个视角拍摄地面影像，获取河道两岸地貌的多视角图像信息。向有关部门获取河道洪水流量，包括特定时间点的洪水流量和单次洪峰最大流量，且单次洪峰最大流量大于等于特定时间点的洪水流量。

步骤二：利用地理信息系统GIS的图像识别技术提取河道两岸的三维坐标控制点，然后形成具有三维特征的曲面信息，最后将三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图中，完成地理信息的分类提取。

利用地理信息系统GIS的图像识别技术将无人机航拍的河道两岸地貌图片进行处理。首先在航拍图片中提取控制点，将航拍图片处理形成具有一定数量控制点的图片，这些控制点具有三维坐标信息。然后把图片中高程相等的控制点连接起来，将具有控制点的图片处理形成具有一定数量的三维特征曲面信息的图片，形成曲面的曲线就是等高线。最后将GIS图像识别形成的三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图中，公共坐标地图具有河道两岸的地理信息并可提取河道剖面。

步骤三：从步骤二的公共坐标地图中提取河道剖面，以及从步骤一中提取特定时间点的洪水流量。根据河道剖面和河道洪水流量利用计算洪水演进的SMS软件和曼宁公式进行水面线计算，确定各个断面的淹没水深。

在公共坐标地图上，河道内部和河岸线上具有控制点，根据相应控制点识别和确定出河道范围，然后进行河道剖面处理。在图上顺着河道方向每隔一定距离在河道内作垂直河道方向的垂线，垂线长度为此处河道的宽度。垂线与河道内和河岸线上的控制点和等高线相交，交点具有高程信息。根据交点的高程信息和垂线距离将交点在平面上显示并依次连接，得到此处的河道剖面。根据相关部门模拟预测的洪水流量以及处理提取的河道剖面，利用计算洪水演进的SMS软件和曼宁公式计算此处河道剖面的洪水水位，即为淹没水位。利用同样的方法可以确定出河道各个断面的淹没水位。

曼宁公式如下：

式中，V是断面流速(m/s)；k是转换系数，国际单位制中值为1；n是糙率，综合反映明渠壁面粗糙情况对水流影响的一个系数；R_h是水力半径，是流体截面积与湿周长的比值(m)；J是水力坡度。

流量公式如下：

Q＝AV

式中，Q是通过断面的流量(m³/s)；A是断面面积(m²)；V是通过断面的流速(m/s)。

步骤四：根据步骤二中的公共坐标地图和步骤三中河道剖面的淹没水位确定出洪水淹没区，由单次最大洪峰预测流量确定洪水影响区，由洪水淹没区内的基站确定淹没区域内的人数，由相关部门确定预期降雨量、预期洪水流速、流量等洪水预期性因素。然后根据洪水淹没区范围、淹没区域内人数、洪水预期性等因素，确定洪水预警等级，并根据洪水淹没区和洪水影响区确定洪水安全区。最后由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能在公共坐标地图上显示。

确定出各个河道剖面的淹没水位后，将公共坐标地图中的所有剖面的垂线延长至高程为相应淹没水位的位置处，然后将所有延长的垂线端点连接得到的区域为洪水淹没区。根据相关部门模拟预测单次最大洪峰流量利用步骤三的方法计算各个河道剖面相应的水位，并由确定洪水淹没区的方法确定洪水影响区。利用地理信息系统GIS查找洪水淹没区内的基站，由基站定位手机信号源位置，确定出洪水淹没区内手机用户端的分布，进而确定出洪水淹没区内的洪水影响人数。由有关部门获取模拟预测的预期降雨量、预期洪水流速和流量的洪水预期性因素。根据洪水淹没区域的范围、洪水影响人数和洪水预期性因素确定洪水预警等级。洪水影响区以外的区域为洪水安全区。运用GIS技术能在洪水安全区内确定并调用安全点，方便处于洪水淹没区和洪水影响区的人们向安全点处撤离避险。最后由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能够在公共坐标地图中显示。

步骤五：利用地理信息系统GIS查找洪水淹没区、洪水影响区附近的基站，由基站主动向无线电覆盖的区域内的手机用户端发射预警信息。当基站发射预警信息后就可定位出手机所在区域内的位置，从而确定区域内洪水影响人员分布情况。预警信息的接收对象是基站无线电信号覆盖的手机用户端，洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区、安全点的信息此时可主动发布到网页或者手机APP上。洪水淹没区和洪水影响区内的手机用户端在接收到预警信息后，可以主动在网页或者手机APP上进行查询洪水区域范围和安全点信息，并可利用涵盖三种区域范围信息和安全点信息的手机导航软件导航到安全点。导航路径包含有路和无路两种情况。

所述步骤二和步骤四中公共坐标地图涵盖河道两岸的地理信息、河道剖面信息、三种洪水区域范围信息以及安全点信息，公共坐标地图中将这些信息显示出来，可以在网页上查询，也可利用手机APP查询。

步骤四中单次洪峰最大流量要大于等于步骤三中特定时间点的洪水流量，两种流量都属于步骤一基础数据中的河道洪水流量(属于信息输入模块)，并且都要进行实时矫正。

步骤二中运用地理信息系统GIS的图像识别技术，将航拍的河道两岸地貌图片提取三维信息之前，要根据无人机多视角航拍同一河道两岸地貌的图片进行地物信息的识别，将房屋等高层建筑位置识别出来，并在房屋等高层建筑位置处的控制点高程基础上减去建筑高度，处理成新的控制点高程，从而形成较精准的地形条件。地形条件越精准，步骤三中处理的河道断面也会更加精确，最后计算出来的成果也会更加精确。

步骤四中洪水淹没区和洪水影响区的确定方法相同。安全区内的安全点为房屋、学校等建筑物以及本身作为受灾安置的地方，这些安全点能够满足人们吃住，方便接收外界物资援助，同时这些安全点能够在公共坐标地图上显示。

步骤五中洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区三种区域信息发布到网页上或手机APP上，不仅洪灾发生地区能够查询，其它不受洪灾影响地区也能够查询。基站发射的预警信息包括：自己所在区域发生洪灾；洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区三种区域的范围；自己处于哪一种区域。预警信息的发布也要通过电视、广播、LED信息广告牌等方式进行发布。撤离方案不仅可以用手机导航，同时也可以结合广播、电视等传统方式指导撤离。无路的导航路径主要是针对在山区里面以及周围道路不通时，可供人们安全攀爬的情况。

预警系统实时校正

在预警系统内部必须要进行实时校正，从而保证各个核心模块的准确性，进而确保灾害预警撤离信息的准确。实时校正主要涉及一方面内容：对于步骤一(信息输入模块)中的河道洪水流量的校正，是指根据有关部门模拟预测的河道剖面通过的特定时间点的洪水流量和单次洪峰最大流量，每隔一段时间对其进行校正。

预警系统实时更新

在预警系统内部必须要进行实时更新，从而保证各个核心模块的时效性，进而确保灾害预警撤离信息的准确。实时更新主要涉及到三方面内容：一、对于步骤三(洪水动态监控模块)中的淹没水位的更新，是指根据提取的河道剖面和校正后的河道洪水流量，利用SMS软件和曼宁公式进行水面线计算，对淹没水位加以更新。二、对于步骤四(洪水区域划分模块)中的洪水淹没区、预警等级的更新，是指是指根据更新后的淹没水位利用步骤四的方法对其加以更新。对于步骤四(洪水区域划分模块)中的洪水影响区、洪水安全区以及洪水影响分区图的更新，是指根据校正后的单次洪峰最大流量利用步骤三和步骤四的方法对其加以更新。三、对于步骤五(预警撤离模块)中基站发布的预警信息以及洪水影响人员分布的更新，是指根据更新后的洪水淹没区和洪水影响区内的基站发布预警信息加以更新，以及由基站根据手机用户端位置确定洪水影响人员分布加以更新。

预警系统内部的河道洪水流量进行实时校正，淹没水位、三种区域的范围、洪水影响分区图、预警等级、预警信息、洪水影响人员分布进行实时更新，涉及到校正时间和更新时间的修订，校正时间和更新时间的修订长短要根据计算机后台运算速度确定，运算速度越快，时间越短；反之，时间则越长。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于GIS定位技术的洪灾风险预警及撤离方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过获取预测的河道洪水流量，以及通过无人机航拍技术获取河道两岸地貌，实现预警及撤离系统中基础数据的输入；

步骤二：利用地理信息系统GIS的图像识别技术提取河道两岸的三维坐标控制点，然后形成具有三维特征的曲面信息，最后将三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图中，完成地理信息的分类提取；

步骤三：从步骤二的公共坐标地图中提取河道剖面，以及从步骤一中提取特定时间点的河道洪水流量；根据河道剖面和特定时间点的河道洪水流量利用计算洪水演进的SMS软件和曼宁公式进行水面线计算，确定各个断面的淹没水深；

步骤四：确定出各个河道剖面的淹没水位后，将公共坐标地图中的所有剖面的垂线延长至高程为相应淹没水位的位置处，然后将所有延长的垂线端点连接得到的区域为洪水淹没区；根据相关部门模拟预测的单次最大洪峰流量利用步骤三的方法计算各个河道剖面相应的水位，并由确定洪水淹没区的方法确定洪水影响区；利用地理信息系统GIS查找洪水淹没区内的基站，由基站定位手机信号源位置，确定出洪水淹没区内手机用户端的分布，进而确定出洪水淹没区内的洪水影响人数；由有关部门获取模拟预测的预期降雨量、预期洪水流速和流量的洪水预期性因素；根据洪水淹没区域的范围、洪水影响人数和洪水预期性因素确定洪水预警等级；洪水影响区以外的区域为洪水安全区；运用GIS技术能在洪水安全区内确定并调用安全点，方便处于洪水淹没区和洪水影响区的人们向安全点处撤离避险；最后由三种区域的范围信息获得洪水影响分区图，并能够在公共坐标地图中显示；

步骤五：利用地理信息系统GIS查找洪水淹没区、洪水影响区附近的基站，由基站主动向无线电覆盖的区域内的手机用户端发射预警信息；当基站发射预警信息后就可定位出手机所在区域内的位置，从而确定区域内洪水影响人员分布情况；预警信息的接收对象是基站无线电信号覆盖的手机用户端，洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区、安全点的信息此时可主动发布到网页或者手机APP上；洪水淹没区和洪水影响区内的手机用户端在接收到预警信息后，可以主动在网页或者手机APP上进行查询洪水区域范围和安全点信息，并可利用涵盖三种区域范围信息和安全点信息的手机导航软件导航到安全点；导航路径包含有路和无路两种情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一具体为：提前利用无人机平台和图传系统并由地面控制台进行远程遥控拍摄，获取河道两岸地貌；对于同一河道地貌，无人机应要进行多视角航拍，利用光学仪器在无人机载体工作环境下进行多个视角拍摄地面影像，获取河道两岸地貌的多视角图像信息；向有关部门获取河道洪水流量，包括特定时间点的洪水流量和单次洪峰最大流量，且单次洪峰最大流量大于等于特定时间点的洪水流量；

在对于步骤一中的河道洪水流量的校正，是指根据有关部门模拟预测的河道剖面通过特定时间点的洪水流量和单次洪峰最大流量，每隔一段时间对其进行校正。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤二具体为：利用地理信息系统GIS的图像识别技术将无人机航拍的河道两岸地貌图片进行处理；首先在航拍图片中提取控制点，将航拍图片处理形成具有一定数量控制点的图片，这些控制点具有三维坐标信息；然后把图片中高程相等的控制点连接起来，将具有控制点的图片处理形成具有一定数量的三维特征曲面信息的图片，形成曲面的曲线就是等高线；最后将GIS图像识别形成的三维特征曲面信息嵌入到公共坐标地图中，公共坐标地图具有河道两岸的地理信息并可提取河道剖面；

步骤二中运用地理信息系统GIS的图像识别技术，将航拍的河道两岸地貌图片提取三维信息之前，要根据无人机多视角航拍同一河道两岸地貌的图片进行地物信息的识别，将房屋高层建筑位置识别出来，并在房屋高层建筑位置处的控制点高程基础上减去建筑高度，处理成新的控制点高程，从而形成较精准的地形条件；地形条件越精准，步骤三中处理的河道断面也会更加精确，最后计算出来的成果也会更加精确。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤三具体为：在公共坐标地图上，河道内部和河岸线上具有控制点，根据相应控制点识别和确定出河道范围，然后进行河道剖面处理；在图上顺着河道方向每隔一定距离在河道内作垂直河道方向的垂线，垂线长度为此处河道的宽度；垂线与河道内和河岸线上的控制点和等高线相交，交点具有高程信息；根据交点的高程信息和垂线距离将交点在平面上显示并依次连接，得到此处的河道剖面；根据相关部门模拟预测的洪水流量以及处理提取的河道剖面，利用计算洪水演进的SMS软件和曼宁公式计算此处河道剖面的洪水水位，即为淹没水位；利用同样的方法可以确定出河道各个断面的淹没水位；

曼宁公式如下：

式中，V是断面流速m/s；k是转换系数，国际单位制中值为1；n是糙率，综合反映明渠壁面粗糙情况对水流影响的一个系数；R_h是水力半径，是流体截面积与湿周长的比值m；J是水力坡度；

流量公式如下：

Q＝AV

式中，Q是通过断面的流量m³/s；A是断面面积m²；V是通过断面的流速m/s。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤二和步骤四中公共坐标地图涵盖河道两岸的地理信息、河道剖面信息、三种洪水区域范围信息以及安全点信息，公共坐标地图中将这些信息显示出来，可以在网页上查询，也可利用手机APP查询。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤四中预测的单次洪峰最大流量要大于等于步骤三中预测的特定时间点的洪水流量，两种流量都属于步骤一基础数据中的河道洪水流量，并且都要进行实时矫正；

步骤四中洪水淹没区和洪水影响区的确定方法相同；安全区内的安全点为房屋、学校以及本身作为受灾安置的地方，这些安全点能够满足人们吃住，方便接收外界物资援助，同时这些安全点能够在公共坐标地图上显示。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤五中洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区三种区域信息发布到网页上或手机APP上，不仅洪灾发生地区能够查询，其它不受洪灾影响地区也能够查询；基站发射的预警信息包括：自己所在区域发生洪灾；洪水淹没区、洪水影响区、洪水安全区三种区域的范围；自己处于哪一种区域；预警信息的发布也要通过电视、广播、LED信息广告牌的方式进行发布；撤离方案不仅可以用手机导航，同时也可以结合广播、电视的传统方式指导撤离；无路的导航路径主要是针对在山区里面以及周围道路不通时，可供人们安全攀爬的情况。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在预警系统内部必须要进行实时更新，从而保证各个核心模块的时效性，进而确保灾害预警撤离信息的准确；实时更新主要涉及到三方面内容：一、对于步骤三中的淹没水位的更新，是指根据提取的河道剖面和校正后特定时间点的洪水流量，利用SMS软件和曼宁公式进行水面线计算，对淹没水位加以更新；二、对于步骤四中的洪水淹没区、预警等级的更新，是指根据更新后的淹没水位利用步骤四的方法对其加以更新；对于步骤四中的洪水影响区、洪水安全区以及洪水影响分区图的更新，是指根据校正后的单次洪峰最大流量利用步骤三和步骤四的方法对其加以更新；三、对于步骤五中基站发布的预警信息以及洪水影响人员分布的更新，是指根据更新后的洪水淹没区和洪水影响区内的基站发布预警信息加以更新，以及由基站根据手机用户端位置确定洪水影响人员分布加以更新；

预警系统内的河道洪水流量进行实时校正，淹没水位、三种区域的范围、洪水影响分区图、预警等级、预警信息、洪水影响人员分布进行实时更新，涉及到校正时间和更新时间的修订，校正时间和更新时间的修订长短要根据计算机后台运算速度确定，运算速度越快，时间越短；反之，时间则越长。

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