CN110555069A - 一种基于hec-hms模型的实时在线洪水预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于HEC‑HMS模型的实时在线洪水预报方法，在该方法中，包括以下步骤：S10：通过降水预报接口读取降水预报信息，将降水预报数据逐站点地写入到HEC‑HMS模型的数据库；S20：修改模型的输入文件，包括控制文件（*.control）和站点文件（*.gage）；S30：通过HEC‑HMS脚本系统以后进程的形式运行HEC‑HMS模型；S40：利用数据存储系统脚本系统将S30步骤产生的预报结果提取出来，并按JSON发布洪水预报结果；S50：洪水预报客户端按一定间隔查询最新洪水预报结果，并以动态的形式将最新的预报结果以Web图表形式展现。本发明以HEC‑HMS模型作为洪水预报引擎，从而有效利用分布式水文模型能反映气象及下垫面条件的时空异质性和较好模拟预报的确定性的优势，克服HEC‑HMS模型在使用中需要较多人为干预的不足，提供一种在线、自动及实时的洪水预报服务。
Description
技术领域
本发明涉及洪水预报技术领域，尤其涉及一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法。
背景技术
基于流域水文模型和气象历史和预报数据实现洪水预报是当前洪水预报的主要途径，其一般思路是：通过历史气象水文资料构建和检验流域水文模型，结合不同气象预报情景，进行流域降水—径流过程的模拟和预报。目前，流域洪水预报模型主要是集总式或概念性模型，如新安江模型、萨克拉门托模型等。集总式模型由于不能较好的反映流域下垫面的空间异质性，因此在人类活动影响日益加剧的背景下，洪水预报模拟的精度不高，难以满足要求。而分布式水文模型因其较高的模型确定性，且能反映气象及下垫面条件的时空异质性，已成为模拟、预测变化环境下水循环与水资源演化规律的重要工具。近年来，在信息技术、水文学及其他相关领域发展驱动下，利用分布式水文模型进行流域的洪水预报和灾害评估在文献当中已经有很多实例。这些运用取得了很好的成果，但也存在一定的局限性。由于模型是对流域整个系统的近似模拟，需要同时兼顾人为因素和自然因素的影响，其操作界面比较复杂，应用过程繁琐，对模型的使用者有较高的要求。因而，利用分布式水文模型构建流域的洪水模拟预在线平台，提供实时、便捷、精确洪水预报服务是洪水预报发展的必然趋势。
HEC-HMS模型是由美国联邦政府出资，美国陆军兵团（USACE）水文工程中心（HEC）研制的降雨径流模型，模型考虑下垫面的时空变异性，根据DEM及水系特征将流域划分成若干自然子流域或格网单元，依次计算每个子流域的产流量，最后演算到流域的出口断面，是较为全面的次降雨径流模拟模型，被广泛应用于洪水预报服务。然而，由于HEC-HMS是一种桌面人机交互应用程序，用户在使用其进行洪水模拟或预报时，需要很多的人机交互过程，如用户需要手动输入降水预报数据、调用模型、查看和分析预报结果等等。因此，洪水预报的实时性差；此外，桌面应用程序设计形式不利于实时地分享洪水预报信息。
发明内容
本发明旨在提供一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，不仅能够有效利用分布式水文模型能反映气象及下垫面条件的时空异质性和较好模拟预报的确定性的优势，还可以克服HEC-HMS模型在使用中需要较多人为干预的不足，提供一种在线、自动及实时的洪水预报服务。其实现思路为利用HEC-HMS服本系统实现模型边界条件（如预报降水）的自动录入、模型自动运行、提取及在线展现预报结果等。
具体方案如下：
一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，包括以下步骤：
S10：通过降水预报接口读取降水预报信息，将降水预报数据逐站点地写入到HEC-HMS模型的数据库当中，所述的数据据为美国陆军兵团水文工程中心研制专有的数据存储系统（Data Storage System，DSS）；
S20：修改模型的输入文件，包括控制文件（*.control）和站点文件（*.gage），其中在控制文件中修改模型运行的开始和结束时间，在站点文件中修改与气象站点相对应的预报据的路径信息（降水数据在数据存储系统位置）；
S30：通过HEC-HMS脚本系统以后进程的形式运行HEC-HMS模型，此步骤是实现在线洪水预报的关键，通过Web调用应用程序前提是应用程序能够以后台进程（无界面）形式运行；
S40：利用数据存储系统脚本系统将S30步骤产生的预报结果（存储在DSS中）提取出来，并按JSON发布洪水预报结果；
S50：洪水预报客户端按一定间隔查询最新洪水预报结果，并以动态的形式将最新的预报结果以Web图表形式展现。
一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，包括所述基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法的步骤及按其步骤开发的计算机程序。
本发明采用如上技术方案，并具有如下有益效果：
1)有效利用HEC-HMS模型能反映气象及下垫面条件的时空异质性和较好模拟预报的确定性的优势；
2)克服HEC-HMS模型在使用中需要较多人为干预的不足，全程无需用户参与和干预；
3)HEC-HMS模型边界条件（如预报降水）的录入、模型运行、模拟提取及预报结果展现过程均自动化执行和更新；
所述洪水预报以Web服务在线形式提供，便于预报结果分享。
附图说明
图1所示为本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
本发明所述的一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法具体实施流程如图1所示，方法流程包括：（S10）降水预报数据获取及入库，（S20）模型文件更新，（S30）模型运行，（S40）预报结果提取和发布，（S50）预报结果展现。所述方法依次进行，不可缺失或位序调整。
S10：降水预报数据获取及入库的步骤如下：
S11：通过数据存储系统的脚本系统（JPython），打开HEC-HMS模型的输入数据库（*.dss文件），此步骤与传统关系数据库操作中的建立连接相似；
S12：对每一个气象站点，指定数据存储的路径，并存入气象预报的时间序列（包括气象预报的数据及相应的时间），此步骤与关系数据库操作中的插入数据到指定表格相似；
S13：重复S12步骤，直至所有气象站点的预报数据均入库为止；
S14：关闭HEC-HMS模型的输入数据库。
S20：模型文件更新主要指更新气象站点相对应的降水预报据的路径信息，HEC模型的数据存储系统使用A-F六个部分来确定数据存储的路径信息（位置），其中A为站点所在的流域，B为站点的名称，C为数据的类型（如降水、温度、蒸发）、D部分为时间序列的起止时间，E为时间序列数据的时间尺度（间隔），F为该数据的描述信息（如可用来标识数据来源）。随着S10步骤执行，模型数据库（*.dss）中降水预报的序列增长，需要相对应的更新气象站点相对应的降水预报据的路径信息，也就是D部分。同理，模型控制文件（确定模型模拟的起止时间）中也需要相应的更新模型运行的开始和结束时间，具体为将模型开始时间和结束时间后延，后延间隔与降水预报数据增加的间隔一致，从而保障模型的运行效率（模拟的总时间不变）。
S30：模型运行指通过HEC-HMS脚本系统运行HEC-HMS模型，包括如下步骤：
S31：通过脚本打开HEC-HMS的工程；
S32：调用指定的计算/模拟情景，HEC-HMS模型工程中可以存在多个计算/模拟情景，此步骤指定运行的情景；
S33：退出HEC-HMS工程，释放计算资源。
S40：预报结果提取和发布的步骤如下：
S41：通过数据存储系统的脚本系统，打开HEC-HMS模型的输出数据库（*.dss文件）；
S42：在磁盘上新建并打开一个用于存储指定水文站点的文件，并从模型输出数据库提取该水文站点的预报数据以JSON的格式进行组织并写入到新建的磁盘文件当中，然后并闭文件，并由Web服务器自动发布（将文件存放在Web服务的发布目录下）；
S43：重复S42步骤，直至所有水文站点的预报数据均序列化完成为止；
S44：关闭HEC-HMS模型的输出数据库。
S50：预报结果展现指的是洪水预报客户端通过Javascript脚本，以固定的周期通过异步调用的形式（利用AJAX技术）去获取S40步骤发布的最新的洪水预报数据，并以动态的形式将最新的预报结果以Web图表形式展现。
Claims (4)
1.一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，其特征在于：包括以下步骤：
S10：通过降水预报接口读取降水预报信息，将降水预报数据逐站点地写入到HEC-HMS模型的数据库当中，所述的数据据为美国陆军兵团水文工程中心研制专有的数据存储系统（Data Storage System，DSS）；
S20：修改模型的输入文件，包括控制文件（*.control）和站点文件（*.gage），其中在控制文件中修改模型运行的开始和结束时间，在站点文件中修改与气象站点相对应的预报据的路径信息（降水数据在数据存储系统位置）；
S30：通过HEC-HMS脚本系统以后进程的形式运行HEC-HMS模型，此步骤是实现在线洪水预报的关键，通过Web调用应用程序前提是应用程序能够以后台进程（无界面）形式运行；
S40：利用数据存储系统脚本系统将S30步骤产生的预报结果（存储在DSS中）提取出来，并按JSON发布洪水预报结果；
S50：洪水预报客户端按一定间隔查询最新洪水预报结果，并以动态的形式将最新的预报结果以Web图表形式展现。
2.根据权利要求1所述的基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，其特征在于：步骤S10中所述读取的步骤如下：
S11：通过数据存储系统的脚本系统（JPython），打开HEC-HMS模型的输入数据库（*.dss文件），此步骤与传统关系数据库操作中的建立连接相似；
S12：对每一个气象站点，指定数据存储的路径，并存入气象预报的时间序列（包括气象预报的数据及相应的时间），此步骤与关系数据库操作中的插入数据到指定表格相似；
S13：重复S12步骤，直至所有气象站点的预报数据均入库为止；
S14：关闭HEC-HMS模型的输入数据库。
3.根据权利要求1所述的基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，其特征在于：步骤S40中所述读取的步骤如下：
S41：通过数据存储系统的脚本系统，打开HEC-HMS模型的输出数据库（*.dss文件）；
S42：在磁盘上新建并打开一个用于存储指定水文站点的文件，并从模型输出数据库提取该水文站点的预报数据以JSON的格式进行组织并写入到新建的磁盘文件当中，然后并闭文件，并由Web服务器自动发布（将文件存放在Web服务的发布目录下）；
S43：重复S42步骤，直至所有水文站点的预报数据均序列化完成为止；
S44：关闭HEC-HMS模型的输出数据库。
4.一种基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法，包括所述基于HEC-HMS模型的实时在线洪水预报方法的步骤及按其步骤开发的计算机程序，所述计算机程序执行时实现如权利要求1~3所述方法的步骤。
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