CN112578479A - 一种基于降水预报的城市内涝告警装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于城市内涝气象预测技术领域，具体提供了一种基于降水预报的城市内涝告警装置和方法，其中装置包括：数据获取模块，用于获取城市的气象数据和城市排水防涝标准；数据处理模块，用于根据气象数据生成24小时降水量累计值，所述24小时降水量累计值按照时间序列排列；数据分析模块，用于根据24小时降水量累计值和城市排水防涝标准获取城市内涝风险因子，所述城市内涝风险因子按照时间序列排列；风险预警模块，用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。通过上述装置，能够为可以为全国范围内以城市行政区划为单位的城市提供内涝告警，进而为城市建设部门、水利部门等提供建议，提高其防御效率。

Description

一种基于降水预报的城市内涝告警装置及方法
技术领域
本发明属于城市内涝气象预测技术领域，具体提供了一种基于降水预报的城市内涝告警装置及方法。
背景技术
城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。目前我国城市化发展迅速，随之而来的诸多效应中，有许多因素加剧了汛期街道积涝的情况。城市积水造成公用设施受损，使交通、电力、通讯、网络传输、水源等受到了严重影响或损坏，给人们的生产生活带来诸多不便。另外随着城市人口资产密度的提高，同等淹没情况下损失增加。且城市的中枢作用使得次生影响和间接损失加大，严重时可能造成重大的经济损失和人员伤亡。为了监控、防范全国各城市因降水引发的城市内涝，进而实现及时预警、及时监督、及时处理由于城市内涝引起的不利影响，及时、准确的气象预报及内涝告警不可或缺。
中国专利CN105550803A公开了一种城市内涝分析方法及系统，该方法包括根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型，根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定积水深度是否大于设定阈值，在积水深度大于设定阈值时，生成表征洼地内涝的告警信息。但是我国面积辽阔，地形地貌多样，建筑、道路规划也各不相同，采用数值模型方法对基础数据的要求较高，如管网分布、地下通道等，只适用于对小范围区域的研究，不能够适应更大范围的城市内涝评估。
鉴于此，本发明亟待提供一种基于降水预报的城市内涝告警装置及方法，能够广泛应用于不同地形、不同区域的内涝告警。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够广泛应用于不同地形、不同区域的内涝告警的基于降水预报的城市内涝告警装置及方法。
本发明提供的基于降水预报的城市内涝告警装置，包括：数据获取模块，用于获取城市的气象数据和城市防涝标准，所述气象数据包括逐时降水实况和逐时降水预报；数据处理模块，用于根据城市的气相数据按照时间序列生成每个时刻的24小时降水量累计值；数据分析模块，用于根据24小时降水量累计数据和城市防涝标准计算城市内涝风险因子；风险预警模块，用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述数据获取模块包括：数据采集模块，用于采集城市排水防涝标准以及多个气象预报站的历史气象数据，所述气象数据包括逐时降水实况数据和逐时降水预报数据；还用于获取标准气象站的当前气象数据；数据校核模块，用于根据历史气象数据中的逐时降水实况数据校核逐时降水预报数据的准确度，并将预报准确度高的气象预报站作为标准气象站。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述数据处理模块包括：数据解析模块，用于获取标准气象站的气象数据，并从所述气象数据中获取逐时降水实况数据和逐时降水预报数据；数据计算模块，用于根据气象数据生成24小时降水量累计值，包括：根据逐时降水实况数据计算24小时实际降水量累计值，所述24小时实际降水量累计值按照时序排列；用于根据逐时降水预报数据获取24小时预报降水量累计值，所述24小时预报降水量累计值按照时序排列。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述数据处理模块还包括误差处理模块，所述误差处理模块用于根据预报时效权重策略为逐时降水预报数据赋予权重值，得到处理后的逐时降水预报数据。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述数据分析模块包括：计算模块，用于根据24小时实际降水量累计值和城市防涝标准计算得到基于实况的城市内涝风险因子；还用于根据24小时预报降水量累计值和城市防涝标准计算得到基于预报的城市内涝风险因子；判断模块，用于根据基于实况的城市内涝风险因子及内涝风险预警策略判断内涝状况；还用于根据基于预报的城市内涝风险因子及内涝风险预警策略判断城市内涝风险。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述预报时效权重策略为根据预报时效为逐时降水预报数据赋予权重值，且权重值随预报时效的增长依次减小；所述内涝风险预警策略包括将不同的内涝风险因子划分为不同的风险等级。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述风险预警模块包括：内涝状况模块，用于根据内涝状况生成包括城市昨日内涝状况信息的城市内涝告警；内涝预警模块，用于根据城市内涝风险生成包括城市内涝风险预警信息的城市内涝告警。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，进一步优选为，所述气象数据为基于高时空分辨率降水预报产品的气象数据。
本发明还公开了基于降水预报的城市内涝告警方法，用于上述任一项所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，包括：步骤1：获取城市的气象数据和城市排水防涝标准；步骤2：根据气象数据生成24小时降水量累计值，所述24小时降水量累计值按照时间序列排列；步骤3：根据24小时降水量累计值和城市排水防涝标准获取城市内涝风险因子，所述城市内涝风险因子按照时间序列排列；步骤4：用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。
如上所述的基于降水预报的城市内涝告警方法，进一步优选为，步骤2具体包括：步骤2.1：用于获取标准气象站的气象数据，并区分所述逐时降水实况和逐时降水预报；步骤2.2：根据预报时效权重策略为逐时降水预报中每个时刻赋予权值，并根据权值得到误差处理后的24小时的降水量累计值；步骤2.3：根据逐时降水实况数据生成昨日逐时过去24小时降水量累计值；根据处理后的数据获取今日逐时过去24小时降水量累计值。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1)可以为全国范围内以城市行政区划为单位的城市提供内涝告警，进而为城市建设部门、水利部门等提供建议，提高其防御效率；
2)本发明中的装置和方法不限于城市行政区划范围为单位的城市内涝告警，可降尺度到区县、乡镇、村落，甚至格点。
3)本发明中的装置和方法不限于逐时更新的城市内涝告警，可融合短临降水产品进行时间降尺度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中基于降水预报的城市内涝告警装置的框架连接图；
图2为本发明中基于降水预报的城市内涝告警方法的流程图。
具体实施方式
实施例1：
图1为本发明中基于降水预报的城市内涝告警装置的框架连接图，如图1所示，本实施例公开了一种基于降水预报的城市内涝告警装置，包括：
数据获取模块，用于获取城市的气象数据和城市排水防涝标准；
数据处理模块，用于根据气象数据生成24小时降水量累计值，所述24小时降水量累计值按照时间序列排列；
数据分析模块，用于根据24小时降水量累计值和城市排水防涝标准获取城市内涝风险因子，所述城市内涝风险因子按照时间序列排列；
风险预警模块，用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。
进一步的，所述数据获取模块包括：
数据采集模块，用于采集城市排水防涝标准以及多个气象预报站的历史气象数据，所述气象数据包括逐时降水实况数据和逐时降水预报数据；还用于获取标准气象站的当前气象数据；
数据校核模块，用于根据历史气象数据中的逐时降水实况数据校核逐时降水预报数据的准确度，并将预报准确度高的气象预报站作为标准气象站。
具体的，可在城市的气象站采集城市排水防涝标准，可在城市的气象站和其他气象预报站获取气象数据。当待采集的目标城市缺少城市排水防涝标准时，可采用邻近相似城市的标准代替，具体的，可通过一下三个原则综合考量：1)目标城市和邻近城市是否相邻，2)目标城市和邻近城市的经济状况是否接近，3)目标城市和邻近城市的降水量及特征是否相似。当待采集的目标城市缺少有效气象站时，也可采用邻近城市的气象数据，选择标准与城市排水防涝标准的替换标准相同。
进一步的，所述数据处理模块包括：
数据解析模块，用于获取标准气象站的气象数据，并从所述气象数据中获取逐时降水实况数据和逐时降水预报数据；
数据计算模块，用于根据气象数据生成24小时降水量累计值，包括：根据逐时降水实况数据计算24小时实际降水量累计值，所述24小时实际降水量累计值按照时序排列；用于根据逐时降水预报数据获取24小时预报降水量累计值，所述24小时预报降水量累计值按照时序排列。
具体的，以自然日为单位，生成前一天0时至后两日23时每一时刻的24小时降水累计数据，每一时刻的24小时降水累计数据均为以该时刻为基准，将之前24小时的小时降水量叠加，得到24小时降水累计数据。其中，24小时实际降水量累计值是根据实际逐时降水实况数据为准得到的，24小时预报降水量累计值是根据逐时降水预报数据为准得到的。
进一步的，所述数据处理模块还包括误差处理模块，所述误差处理模块用于根据预报时效权重策略为逐时降水预报数据赋予权重值，得到处理后的逐时降水预报数据。
在气象数据中，逐时降水预报数据的估计时容易高估，且随着预报时效的延长，预报的准确性也相对下降，因此，根据预报时效为逐时预报数据赋予权重值，能够降低由于降水高估所带来的告警虚报问题，从而降低无效风险出现的概率。具体的，采用逐时降水预报数据与对应权重的乘积作为基准，得到24小时预报降水量累计值。
进一步的，所述数据分析模块包括：
计算模块，用于根据24小时实际降水量累计值和城市防涝标准计算得到基于实况的城市内涝风险因子；还用于根据24小时预报降水量累计值和城市防涝标准计算得到基于预报的城市内涝风险因子；
判断模块，用于根据基于实况的城市内涝风险因子及内涝风险预警策略判断内涝状况；还用于根据基于预报的城市内涝风险因子及内涝风险预警策略判断城市内涝风险。
具体的，计算模块中，内涝风险因子的计算公式为：
F＝24小时降水累积值/城市排水防涝标准，F为内涝风险因子。
比较城市行政区划范围内当日24小时降水累计数据与该城市排水防涝标准比较，每个时刻的内涝风险因子为该时刻24小时累计值和所在城市防涝标准的比值确定。当任意时刻满足预警条件时，则该时刻所在日预警，当一日中出现多种预警级别时，则取最高预警级别。
当F≥0.95时，为内涝风险红色预警，出现城市内涝的风险极大；当0.95>F≥0.9时，为内涝风险橙色预警，出现城市内涝的风险大；当0.9>F≥0.85时，为内涝风险黄色预警，出现城市内涝的风险较大；当0.85>F≥0.8时，为内涝风险蓝色预警，有一定出现城市内涝的风险。
进一步的，所述预报时效权重策略为根据预报时效为逐时降水预报数据赋予权重值，且权重值随预报时效的增长依次减小；所述内涝风险预警策略包括将不同的内涝风险因子划分为不同的风险等级，且随着内涝风险因子的增大，风险等级也提高。
具体的，本实施例中，预报时效权重策略为：当预报时效在6小时以内时(含6小时)，预报值即为真值；当预报时效在12小时以内6小时以外时(含12时)，预报准确率下降，为降低由于预报降水量级偏大的概率，该时间段预报权重值为0.9；当预报时效在12小时以外时，预报准确率下降更多，该时间段预报权重赋值为0.8。
进一步的，所述风险预警模块包括：
内涝状况模块，用于根据内涝状况生成包括城市昨日内涝状况信息的城市内涝告警；
内涝预警模块，用于根据城市内涝告警生成包括城市内涝风险预警信息的城市内涝告警。
进一步的，所述气象数据为基于高分辨率的气象数据。具体的，可采用类似奥地利气象局研发的短时临近预报系统INCA，INCA的空间分辨率为1km，时间分辨率为1h，更新频率为10min，分为降水估计产品和降水预报产品。类似短时临近预报系统INCA的基于高分辨率站点及格点降水实况的预报数据使得动态逐时监测评估预警城市内涝情况成为可能。且随着高分辨率气象预报的发展，全国精细化站点预报产品可提供覆盖全国所有城市站点的未来3日逐时降水预报，结合降水实况，可逐时产出分辨率为500m的格点预报，通过针对具体点的插值，获取精细化的降水实况数据。
实施例2：
图2为本发明中基于降水预报的城市内涝告警方法的流程图。如图2所示，本实施例公开了基于降水预报的城市内涝告警方法，用于实施例1中所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，包括：
步骤1：获取城市的气象数据和城市排水防涝标准；
步骤2：根据气象数据生成24小时降水量累计值，所述24小时降水量累计值按照时间序列排列；
步骤3：根据24小时降水量累计值和城市排水防涝标准获取城市内涝风险因子，所述城市内涝风险因子按照时间序列排列；
步骤4：用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。
进一步的，步骤2具体包括：
步骤2.1：用于获取标准气象站的气象数据，并区分所述逐时降水实况和逐时降水预报；
步骤2.2：根据预报时效权重策略为逐时降水预报中每个时刻赋予权值，并根据权值得到误差处理后的24小时的降水量累计值；
步骤2.3：根据逐时降水实况数据生成昨日逐时过去24小时降水量累计值；根据处理后的数据获取今日逐时过去24小时降水量累计值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取城市的气象数据和城市排水防涝标准；
数据处理模块，用于根据气象数据生成24小时降水量累计值，所述24小时降水量累计值按照时间序列排列；
数据分析模块，用于根据24小时降水量累计值和城市排水防涝标准获取城市内涝风险因子，所述城市内涝风险因子按照时间序列排列；
风险预警模块，用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。
2.根据权利要求1所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述数据获取模块包括：
数据采集模块，用于采集城市排水防涝标准以及多个气象预报站的历史气象数据，所述气象数据包括逐时降水实况数据和逐时降水预报数据；还用于获取标准气象站的当前气象数据；
数据校核模块，用于根据历史气象数据中的逐时降水实况数据校核逐时降水预报数据的准确度，并将预报准确度高的气象预报站作为标准气象站。
3.根据权利要求2所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：
数据解析模块，用于获取标准气象站的气象数据，并从所述气象数据中获取逐时降水实况数据和逐时降水预报数据；
数据计算模块，用于根据气象数据生成24小时降水量累计值，包括：根据逐时降水实况数据计算24小时实际降水量累计值，所述24小时实际降水量累计值按照时序排列；根据逐时降水预报数据获取24小时预报降水量累计值，所述24小时预报降水量累计值按照时序排列。
4.根据权利要求3所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述数据处理模块还包括误差处理模块，所述误差处理模块用于根据预报时效权重策略为逐时降水预报数据赋予权重值，得到处理后的逐时降水预报数据。
5.根据权利要求4所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述数据分析模块包括：
计算模块，用于根据24小时实际降水量累计值和城市防涝标准计算得到基于实况的城市内涝风险因子；还用于根据24小时预报降水量累计值和城市防涝标准计算得到基于预报的城市内涝风险因子；
判断模块，用于根据基于实况的城市内涝风险因子及内涝风险预警策略判断内涝状况；还用于根据基于预报的城市内涝风险因子及内涝风险预警策略判断城市内涝风险。
6.根据权利要求5所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述预报时效权重策略为根据预报时效为逐时降水预报数据赋予权重值，且权重值随预报时效的增长依次减小；所述内涝风险预警策略包括将不同的内涝风险因子划分为不同的风险等级。
7.根据权利要求6所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述风险预警模块包括：
内涝状况模块，用于根据内涝状况生成包括城市昨日内涝状况信息的城市内涝告警；
内涝预警模块，用于根据城市内涝风险生成包括城市内涝风险预警信息的城市内涝告警。
8.根据权利要求7所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，其特征在于，所述气象数据为基于高时空分辨率降水预报产品的气象数据。
9.一种基于降水预报的城市内涝告警方法，其特征在于，用于权利要求1-8中任一项所述的基于降水预报的城市内涝告警装置，包括：
步骤1：获取城市的气象数据和城市排水防涝标准；
步骤2：根据气象数据生成24小时降水量累计值，所述24小时降水量累计值按照时间序列排列；
步骤3：根据24小时降水量累计值和城市排水防涝标准获取城市内涝风险因子，所述城市内涝风险因子按照时间序列排列；
步骤4：用于根据城市内涝风险因子生成城市内涝告警。
10.根据权利要求9所述的基于降水预报的城市内涝告警方法，其特征在于，步骤2具体包括：
步骤2.1：获取标准气象站的气象数据，并区分逐时降水实况和逐时降水预报；
步骤2.2：根据预报时效权重策略为逐时降水预报中每个时刻赋予权值，并根据权值得到误差处理后的24小时的降水量累计值；
步骤2.3：根据逐时降水实况数据生成昨日逐时过去24小时降水量累计值；根据处理后的数据获取今日逐时过去24小时降水量累计值。
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