CN112099016A - 一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法，其中系统包括数据获取模块，还包括以下模块：预处理模块：用于对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息；数据处理模块：用于基于所述雷达数据水体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达；还用于基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达；预测模块：用于以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加，并进行洪水淹没区域预测。本发明实现了洪涝灾害发生期间的河流水位监测数据、洪涝淹没范围等洪涝灾情信息的展布、空间定位、灾情标绘等功能。

Description

一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法
技术领域
本发明涉及洪涝灾害监测的技术领域，特别是一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法。
背景技术
现在世界上洪涝灾害发生越来越最频繁，每年发生的洪涝灾害都会对各国的国民经济和人民经济财产安全带来严重威胁。由于洪水灾害的突发性、发生时间和范围的不确定性，使得洪水灾害防治有很大的难度。
一般洪涝信息的采集主要是通过地面采集系统采集的水位、流量等水情信息和工情信息，水情采集系统提供的这些地面监测信息在洪水预报、防灾减灾中发挥了重要作用。遥感技术，尤其是雷达卫星，可以全天候、大范围的获取地表下垫面信息，可为防汛减灾决策部门提供大量的洪涝地区背景信息、洪涝受灾区域分布、防洪工程受损信息和淹没过程的实时信息。如何利用先进的遥感监测技术，结合传统的地面实时观测方法，发布天地协同、点面结合的洪涝灾情速报信息，为防汛减灾部门高效应对、处置洪涝灾害事件提供科学支撑是亟待解决的问题。
公开号为108647454A的发明专利申请公开了《基于水文模拟的流域洪涝灾情信息处理方法及系统》，该方法包括：步骤1，构建遥感数据驱动的流域水文模型，步骤2，利用构建的流域水文模型进行径流量模拟，步骤3，提供流域洪涝灾害灾情信息服务。该系统包括：遥感数据驱动的流域水文模型构建单元，基于流域水文模型的径流量模拟单元，流域洪涝灾情信息服务提供单元。该方法是将遥感技术得到的数据作为水文模拟的输入，提供的预报结果还是点上的结果。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提出的一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法，实现了洪涝灾害发生期间的河流水位监测数据、洪涝淹没范围等洪涝灾情信息的展布、空间定位、灾情标绘等功能，从天、地对各洪涝受灾区域内的灾情信息、水情信息、水利工程信息、地理信息、环境信息（影像）以及未来洪水淹没区域预测信息进行综合展示。
本发明的第一目的是提供一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统，包括数据获取模块，其特征在于，还包括以下模块：
预处理模块：用于对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息；
数据处理模块：用于基于所述雷达数据实体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达；还用于基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达；
预测模块：用于以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加，并进行洪水淹没区域预测。
优选的是，所述数据获取模块用于获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据和洪涝灾害灾前雷达卫星数据，还用于获取洪涝灾害洪水期间的地面水文信息。
在上述任一方案中优选的是，所述预处理模块还用于对所述洪涝灾害洪水期间的雷达卫星数据进行预处理，提取洪水期雷达数据水体信息。
在上述任一方案中优选的是，所述预处理模块还用于对所述洪涝灾害灾前雷达卫星数据进行预处理，提取灾前雷达数据水体信息。
在上述任一方案中优选的是，所述预处理模块还用于通过所述洪水期雷达数据水体信息和所述灾前雷达数据水体信息或洪水期前一时间点洪水淹没信息进行比较，得到所述洪水淹没信息和/或洪水消退信息。
在上述任一方案中优选的是，所述洪涝灾害洪水期间的地面水文信息包括雷达影像覆盖范围内河流的地面水文站点信息和防洪工程信息，以及雷达影像拍摄时间点的水文站点水位信息和工程运行情况监测信息。
在上述任一方案中优选的是，所述洪水期洪水淹没信息图形表达包括以下内容：
1）原有水体表达，即灾前信息水体表达；
2）洪水淹没信息表达；
3）洪水消退信息表达；
上述图形表达都用不同颜色的面状多边形显示。
在上述任一方案中优选的是，所述地面站点的水位监测信息空间表达包括水位监测数据表达、水位超警信息表达和水位趋势表达。
在上述任一方案中优选的是，所述预测模块还用于将洪涝淹没区域发生的具体地理位置、范围、淹没水体动态变化、地表类型和洪涝淹没区域内的河流水位情势、防洪工程情况中至少一种天地协同洪涝灾情监测信息清晰进行展示，生成灾情展示初始图。
在上述任一方案中优选的是，所述预测模块还用于根据实时动态的洪涝淹没区域遥感动态监测结果，利用测地线活动区域模型，同时结合地面站点的水位预报结果预测未来的洪水淹没区域，生成淹没预测信息。
在上述任一方案中优选的是，所述预测模块还用于生成天地协同的洪涝灾情应急专题动态图。
在上述任一方案中优选的是，所述天地协同的洪涝灾情应急专题动态图的生成方法为在所述灾情展示初始图上叠加所述淹没预测信息，同时增加雷达数据成像时间、卫星类型、行政界线、重要河湖名称、比例尺、图例、制图单位中至少一种附加信息。
本发明的第二目的是提供一种天地协同的洪涝灾情应急监测方法，包括获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据和洪涝灾害灾前雷达卫星数据，还包括以下步骤：
步骤1：对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息；
步骤2：获取洪涝灾害洪水期间的地面水文信息；
步骤3：基于所述雷达数据水体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达；
步骤4：基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达；
步骤5：以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加；
步骤6：进行洪水淹没区域预测。
优选的是，所述步骤1包括对所述洪涝灾害洪水期间的雷达卫星数据进行预处理，提取洪水期雷达数据水体信息。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤1还包括对所述洪涝灾害灾前雷达卫星数据进行预处理，提取灾前雷达数据水体信息。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤1还包括通过所述洪水期雷达数据水体信息和所述灾前雷达数据水体信息或洪水期前一时间点洪水淹没信息进行比较，得到所述洪水淹没信息和/或洪水消退信息。
在上述任一方案中优选的是，所述洪涝灾害洪水期间的地面水文信息包括雷达影像覆盖范围内河流的地面水文站点信息和防洪工程信息，以及雷达影像拍摄时间点的水文站点水位信息和工程运行情况监测信息。
在上述任一方案中优选的是，所述洪水期洪水淹没信息图形表达包括以下内容：
1）原有水体表达，即灾前信息水体表达；
2）洪水淹没信息表达；
3）洪水消退信息表达；
上述图形表达都用不同颜色的面状多边形显示。
在上述任一方案中优选的是，所述地面站点的水位监测信息空间表达包括水位监测数据表达、水位超警信息表达和水位趋势表达。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤5还包括将洪涝淹没区域发生的具体地理位置、范围、淹没水体动态变化、地表类型和洪涝淹没区域内的河流水位情势、防洪工程情况中至少一种天地协同洪涝灾情监测信息清晰进行展示，生成灾情展示初始图。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤6包括根据实时动态的洪涝淹没区域遥感动态监测结果，利用测地线活动区域模型，同时结合地面站点的水位预报结果预测未来的洪水淹没区域，生成淹没预测信息。
在上述任一方案中优选的是，所述洪涝灾情应急监测方法还包括生成天地协同的洪涝灾情应急专题动态图。
在上述任一方案中优选的是，所述天地协同的洪涝灾情应急专题动态图的生成方法为在所述灾情展示初始图上叠加所述淹没预测信息，同时增加雷达数据成像时间、卫星类型、行政界线、重要河湖名称、比例尺、图例、制图单位中至少一种附加信息。
本发明提出了一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法，能够为洪涝自然灾害的灾情评估、应急处置等提供支持，为公众及时、直观了解灾情信息提供良好的平台和产品。
附图说明
图1为按照本发明的天地协同的洪涝灾情应急监测系统的一优选实施例的模块图。
图2为按照本发明的天地协同的洪涝灾情应急监测方法的一优选实施例的流程图。
图3为按照本发明的天地协同的洪涝灾情应急监测方法的另一优选实施例的技术流程图。
图4为按照本发明的天地协同的洪涝灾情应急监测方法的水位监测信息空间的一实施例的表达示意图。
图5为按照本发明的天地协同的洪涝灾情应急监测方法的洪涝灾情应急专题的一实施例的样例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一
如图1所示，一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统包括数据获取模块100、预处理模块110、数据处理模块120和预测模块130。
数据获取模块100：用于获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据、洪涝灾害灾前雷达卫星数据和洪水期前一时间点洪水淹没信息，还用于获取洪涝灾害洪水期间的地面水文信息。洪涝灾害洪水期间的地面水文信息包括雷达影像覆盖范围内河流的地面水文站点信息和防洪工程信息，以及雷达影像拍摄时间点的水文站点水位信息和工程运行情况监测信息。
预处理模块110：用于对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息，包括：1) 对所述洪涝灾害洪水期间的雷达卫星数据进行预处理，提取洪水期雷达数据水体信息；2）对所述洪涝灾害灾前雷达卫星数据进行预处理，提取灾前雷达数据水体信息；3）通过所述洪水期雷达数据水体信息和所述灾前雷达数据水体信息或洪水期前一时间点洪水淹没信息进行比较，得到所述洪水淹没信息和/或洪水消退信息。
数据处理模块120：用于基于所述雷达数据水体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达，洪水期洪水淹没信息图形表达包括以下内容：1）原有水体表达，即灾前信息水体表达；2）洪水淹没信息表达；3）洪水消退信息表达；上述图形表达都用不同颜色的面状多边形显示。
数据处理模块120还用于基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达。地面站点的水位监测信息空间表达包括水位监测数据表达、水位超警信息表达和水位趋势表达。
预测模块130具有以下功能：
1、用于以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加，并进行洪水淹没区域预测。
2、用于将洪涝淹没区域发生的具体地理位置、范围、淹没水体动态变化、地表类型和洪涝淹没区域内的河流水位情势、防洪工程情况中至少一种天地协同洪涝灾情监测信息清晰进行展示，生成灾情展示初始图。
3、用于根据实时动态的洪涝淹没区域遥感动态监测结果，利用测地线活动区域模型，同时结合地面站点的水位预报结果预测未来的洪水淹没区域，生成淹没预测信息。
4、用于生成天地协同的洪涝灾情应急专题动态图。天地协同的洪涝灾情应急专题动态图的生成方法为在所述灾情展示初始图上叠加所述淹没预测信息，同时增加雷达数据成像时间、卫星类型、行政界线、重要河湖名称、比例尺、图例、制图单位中至少一种附加信息。
本发明将地面水文监测站点数据和遥感技术获得的洪涝灾情大范围信息进行整合，天地洪涝灾情监测信息展现更加丰富、更加直观、更加完整。
实施例二
如图2所示，执行步骤200，获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据和洪涝灾害灾前雷达卫星数据。
执行步骤210，对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息。包括：1）对所述洪涝灾害洪水期间的雷达卫星数据进行预处理，提取洪水期雷达数据水体信息；2）对所述洪涝灾害灾前雷达卫星数据进行预处理，提取灾前雷达数据水体信息；3）通过所述洪水期雷达数据水体信息和所述灾前雷达数据水体信息或洪水期前一时间点洪水淹没信息进行比较，得到所述洪水淹没信息和/或洪水消退信息。
执行步骤220，获取洪涝灾害洪水期间的地面水文信息，洪涝灾害洪水期间的地面水文信息包括雷达影像覆盖范围内河流的地面水文站点信息和防洪工程信息，以及雷达影像拍摄时间点的水文站点水位信息和工程运行情况监测信息。
执行步骤230，基于所述雷达数据水体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达。洪水期洪水淹没信息图形表达包括以下内容：1）原有水体表达，即灾前信息水体表达；2）洪水淹没信息表达；3）洪水消退信息表达；上述图形表达都用不同颜色的面状多边形显示。
执行步骤240，基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达，地面站点的水位监测信息空间表达包括水位监测数据表达、水位超警信息表达和水位趋势表达。
执行步骤250，以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加。将洪涝淹没区域发生的具体地理位置、范围、淹没水体动态变化、地表类型和洪涝淹没区域内的河流水位情势、防洪工程情况中至少一种天地协同洪涝灾情监测信息清晰进行展示，生成灾情展示初始图。
执行步骤260，进行洪水淹没区域预测。根据实时动态的洪涝淹没区域遥感动态监测结果，利用测地线活动区域模型，同时结合地面站点的水位预报结果预测未来的洪水淹没区域，生成淹没预测信息。
执行步骤270，生成天地协同的洪涝灾情应急专题动态图，天地协同的洪涝灾情应急专题动态图的生成方法为在所述灾情展示初始图上叠加所述淹没预测信息，同时增加雷达数据成像时间、卫星类型、行政界线、重要河湖名称、比例尺、图例、制图单位中至少一种附加信息。
实施例三
基于洪涝灾害发生时的雷达遥感影像数据和地面站点监测信息，本发明实现了一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统和方法。该系统实现了洪涝灾害发生期间的河流水位监测数据、洪涝淹没范围等洪涝灾情信息的展布、空间定位、灾情标绘等功能。从天、地对各洪涝受灾区域内的灾情信息、水情信息、水利工程信息、地理信息、环境信息（影像）以及未来洪水淹没区域预测信息进行综合展示，其可为洪涝自然灾害的灾情评估、应急处置等提供支持，为公众及时、直观了解灾情信息提供良好的平台和产品。
如图3所示，本发明的技术流程如下：
1）获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据，并进行辐射定标、几何纠正、影像裁切等预处理，利用阈值法、比值法等进行洪水期雷达数据水体信息提取。
2）获取洪涝灾害灾前雷达卫星数据，并进行辐射定标、几何纠正、影像裁切等预处理，利用阈值法、比值法等进行洪水期雷达数据水体信息提取。灾前数据也可为光学卫星数据。
3）通过洪水期水体信息和灾前水体信息或洪水期前一时间点（期）洪水淹没信息进行比较，得到洪水淹没/消退（退水）信息。
4）获取雷达影像覆盖范围内河流的地面水文站点和防洪工程等信息。
5）获取雷达影像拍摄时间点的水文站点水位、工程运行情况等监测信息。
6）基于遥感监测的洪水期洪水淹没信息图形表达，主要包括以下内容：
——原有水体信息表达，即灾前水体信息的表达，用深蓝色面状多边形显示；
——洪水淹没信息表达，一般以红色面状多边形显示；
——洪水消退信息表达，一般以黄色面状多边形显示。
7）基于地面站点的水位监测信息空间表达，主要包括以下内容：水位监测数据表达、水位超警信息表达、水位趋势表达等。实例如图4所示，其中：
a）小柳巷。站点名称；
b）17.14米。当前水位，若字体颜色为红色表示当前水位超警戒水位，若为黑色表示为不超警；
c）↑箭头表示当前水位相对于上一监测时间点或上一天的涨落趋势。若箭头向上表示相对上一监测时间点或上一天为水位上升，若箭头向下则表示相对上一监测时间点或上一天为水位下降；
d）警：16.50米。当前站点的警戒水位。
8）以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加。这样可将洪涝淹没区域发生的具体地理位置、范围、淹没水体动态变化、地表类型和洪涝淹没区域内的河流水位情势、防洪工程情况等天地协同洪涝灾情监测信息清晰的展示出来。
9）洪水淹没区域预测。根据实时动态的洪涝淹没区域遥感动态监测结果，利用测地线活动区域（geodesic active region，GAR）模型，同时结合地面站点的水位预报结果预测未来的洪水淹没区域。这里的水位预报信息可为洪涝淹没预测模型提供下一阶段的洪水涨退趋势。
10）最后，在8）和9）上增加雷达数据成像时间、卫星类型、行政界线、重要河湖名称、比例尺、图例、制图单位等附加信息，生产最终的天地协同的洪涝灾情应急专题图，如图5所示。
为了更好地理解本发明，以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。本说明书中每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (10)

1.一种天地协同的洪涝灾情应急监测系统，包括数据获取模块，其特征在于，还包括以下模块：
预处理模块：用于对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息；
数据处理模块：用于基于所述雷达数据水体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达；还用于基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达；
预测模块：用于以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加，并进行洪水淹没区域预测。
2.如权利要求1所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述数据获取模块用于获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据和洪涝灾害灾前雷达卫星数据，还用于获取洪涝灾害洪水期间的地面水文信息。
3.如权利要求2所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述预处理模块还用于对所述洪涝灾害洪水期间的雷达卫星数据进行预处理，提取洪水期雷达数据水体信息。
4.如权利要求3所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述预处理模块还用于对所述洪涝灾害灾前雷达卫星数据进行预处理，提取灾前雷达数据水体信息。
5.如权利要求4所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述预处理模块还用于通过所述洪水期雷达数据水体信息和所述灾前雷达数据水体信息或洪水期前一时间点洪水淹没信息进行比较，得到所述洪水淹没信息和/或洪水消退信息。
6.如权利要求5所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述洪涝灾害洪水期间的地面水文信息包括雷达影像覆盖范围内河流的地面水文站点信息和防洪工程信息，以及雷达影像拍摄时间点的水文站点水位信息和工程运行情况监测信息。
7.如权利要求6所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述洪水期洪水淹没信息图形表达包括以下内容：
1）原有水体表达，即灾前信息水体表达；
2）洪水淹没信息表达；
3）洪水消退信息表达；
上述图形表达都用不同颜色的面状多边形显示。
8.如权利要求7所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述地面站点的水位监测信息空间表达包括水位监测数据表达、水位超警信息表达和水位趋势表达。
9.如权利要求8所述的天地协同的洪涝灾情应急监测系统，其特征在于，所述预测模块还用于将洪涝淹没区域发生的具体地理位置、范围、淹没水体动态变化、地表类型和洪涝淹没区域内的河流水位情势、防洪工程情况中至少一种天地协同洪涝灾情监测信息清晰进行展示，生成灾情展示初始图。
10.一种天地协同的洪涝灾情应急监测方法，包括获取洪涝灾害洪水期间的多期雷达卫星数据和洪涝灾害灾前雷达卫星数据，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤1：对雷达卫星数据进行预处理，提取雷达数据水体信息，并生成洪水淹没信息和/或洪水消退信息；
步骤2：获取洪涝灾害洪水期间的地面水文信息；
步骤3：基于所述雷达数据水体信息，生成洪水期洪水淹没信息图形表达；
步骤4：基于地面水文信息，生成地面站点的水位监测信息空间表达；
步骤5：以预处理之后的最新雷达影像作为灾情展示底图，将洪水期洪水淹没信息和地面站点的水位监测信息进行叠加；
步骤6：进行洪水淹没区域预测。
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