CN111798644A - 一种便携式山洪灾害预警方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于山洪监测预警的方法及系统。在本申请实例中，提出一种适用于移动端且复杂度低的山洪预警算法—时间序列算法。所述系统由便携式山洪灾害预警包和数据采集终端两个部分组成。数据采集终端用于收集和上传地质环境数据。山洪预警包通过LoRa网关收集各个LoRa节点的地质环境数据，山洪灾害预警包负责山洪数据预处理。该系统可实现现场处理，现场预警，实时上传云服务器，实现快速的山洪危险预警。

Description

一种便携式山洪灾害预警方法与系统
技术领域
本发明属于山洪防治工程技术领域，具体涉及一种山洪灾害预警方法与系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展与进步，在现有技术背景下运用各种各样的智能化设备进行数据采集与测量，已经成为自然灾害防治领域中一种高效便捷的手段。但在目前的山洪灾害防治领域，应用智能设备进行数据采集、测量和分析，仍然存在着众多需要克服的问题，如山区通信基础差、监测数据单一、卫星通信运行成本高等。
目前已有众多山洪预警系统大量应用在山洪灾情防治中，但是乡镇村庄作为山洪灾害防治的一线，许多地区位置偏远，道路、网络通信、电力设施等基础设施不够完善，且在恶劣的天气中极易造成设备损坏及故障，从而导致数据丢失或通信中断，最终造成信息延迟甚至信息孤岛，在以上情况下就不能保证该区域山洪灾害预警的准确性。
通过对目前国内山洪灾害预警系统的分析与总结可以发现其普遍存在的问题有：第一，数据关联性差。不同数据采集之后，彼此分割，缺乏联系，采集雨量仅根据雨量预警值进行判断，没有进一步分析山洪灾害与水位等因素之间的关系。第二，成本较高。现有山洪预警系统如果完成有效建设，投资需近千万，且后期维护成本也非常高。第三，时效性较差。目前预警的方式还是将监测到的数据发送至县级中心服务器进行判断后再向基层发出预警，对于基层监测人员来说，时效性明显滞后。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种便携式山洪灾害预警系统，以解决现有方法中预警时延大及关联性差的问题。其具体方案如下：
第一方面，本申请实例提供了一种山洪灾害预警模型，包括：
在保证一定的准确率情况下，提出一种适用于移动端且复杂度低的山洪预警算法—时间序列算法。本设计预警模型主要分为五部分，从采集数据到分析出各个时间点的预警等级。模型整体分为五部分：采集数据、模糊判定、危险区域划分、预测数据、输出预警等级。
时间序列算法主要以时间作为因变量，通过对过去事物发展的规律来对未来发生的事物做出相应的预测。由于山洪预警最重要的指标是前期的雨量、水位、土壤温湿度，所以利用此算法能充分的挖掘这些数据的发展规律，分析出这些参数变化的趋势，并能很好的预测未来状态下的相应数值。同时在此算法的基础上，使用了层次分析法与模糊评价法，对预测得到的参数与先验数据（例如：地形分布、河水走向等）提出了一种划分为严重、较重、一般、低的四种不同等级的山洪灾害预警模型。
预警模型主要是对采集到的数据进行预测，根据预测出来的值再次预测未来发生危险的可能性，图3是山洪灾害预警模型的算法流程图。
第二方面，本申请实例提供了一种山洪灾害预警系统，包括：
便携式山洪灾害预警包，由ARM核心底板，Flash,电源管理，内存组成，负责对现场接收到的数据进行预处理，执行基本逻辑运算。
数据采集节点，用于采集雨量、水位、土壤温湿度数据。
４G通信模块，上传预处理数据到远端服务器，接收远端服务器相应命令。
LoRa通信模块，用于接收发送数据采集节点采集的相应山洪环境数据。
现场预警通信模块，用于在山洪危急情况下与现场预警设备进行通信，负责现场预警。
优选地，通信协议包括蓝牙通信，串口通信。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实例提供的一种山洪预警方法流程图。
图2为本申请实例提供的一种山洪预警系统工作流程图。
图3 是山洪灾害预警模型的算法流程。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种山洪预警方法，图1为本申请实提供的一种山洪预警方法流程图，其主要包括以下步骤。
步骤101：系统进行初始化，包括LoRa模块参数配置，4G通信模块参数配置。
本申请实施例，通过自定地参数配置，建立LoRa通信和4G通信，相关参数也可通过4G网络命令配置。
步骤102：检测是否能搜索到LoRa节点，若成功进入步骤103，若失败重新搜索LoRa节点。
步骤103：接收数据采集节点所发出的数据，包括雨量、水位、土壤温湿度等数据。并对接收到的数据进行校验，保留校验通过的数据。
步骤104：根据层次分析法和模糊判定法得出的权重值，计算出现预警等级；
步骤105：根据节点的经纬度信息定位出节点的位置，借助 ArcGIS软件分析出当前位置节点的附近位置地形数据，划分出危险区域；
步骤106：根据时间序列预测计算出未来时间点的各个参数数值；
步骤107：根据模糊判定计算出预警等级以及标记出预警区域。
步骤108：若山洪预警等级大于某一设定阈值，执行步骤109，否则执行步骤102。
步骤109：通过4G通信模块上传预警信息，现场预警模块启动。
与上述方法实例相对应，本申请还提供了一种山洪灾害预警系统，图2为本申请实例提供的一种山洪灾害预警系统结构示意图。所述系统由数据采集节点，便携式山洪灾害预警包，云平台监控三个部分组成，主要包括以下模块。
数据采集节点201，山洪预警数据采集模块主要用于采集雨量、水位、土壤温湿度数据，MCU进行数据读取和数据管理。其采用太阳能供电。
LoRa通信模块202，用于发送监测地Lora节点发送的环境监测信息。
LoRa通信模块203，用于接收监测地Lora节点发送的环境监测信息，向数据采集节点发送配置指令。
现场预警通信模块204，用于近地发送山洪预警信息和近距离现场数据收发。通信协议包括蓝牙无线传输，串口有线传输。
现场预警设备205，接收近地预警信息并以声音、灯光、无线电等方式向近地发送预警信息。与便携式预警包通信。
4G数据模块206，用于无线连接互联网，桥接LoRa局域网与4G互联网，传输现场预警信息，接收服务器配置指令。
运营商基站207，本系统使用移动通信商基站进行远距离传输。
云端服务器208，接收并处理便携式山洪灾害预警包传回的数据。
终端显示界面209，实时显示山洪预警有关信息，方便相关人员操作。

Claims (9)

1.一种便携式山洪预警方法及系统，其特征在于，包括：山洪灾害预警包、４G通信模块、LoRa通信模块、现场预警通信模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于山洪灾害预警包对接收到的山洪数据进行预处理，计算出各个地区山洪发生概率，预测未来各个时段的山洪发生可能性等级以及危险区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于根据层次分析法和模糊判定法得出的权重值，计算出现预警等级。
4.根据权利要求２所述的方法，其特征在于根据节点的经纬度信息定位出节点的位置，借助ArcGIS软件分析出当前位置节点的附近位置地形数据，划分出危险区域。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于根据时间序列预测计算出未来时间点的各个参数数值。
6.根据权利要求２所述的方法，其特征在于根据模糊判定计算出预警等级以及标记出预警区域。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，4G通信模块，上传预处理数据到远端服务器，并接收远端服务器相应命令。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，LoRa通信模块，用于接收发送数据采集节点采集的相应山洪环境数据。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，现场预警通信模块，用于在山洪危急情况下与现场预警设备进行通信，负责现场预警。
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