CN113434565A - 基于cim平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统。包括防洪减灾系统、干旱预警与应急系统、城市内涝预警系统。基于CIM平台提供的地理信息(GIS)能力、空间信息模型(BIM)能力、物联网信息(IoT)能力以及数据存储(DB)能力等工程运行信息，通过实时感知信息，开展水情、旱情监测分析，实现与涉水工程与设施管理系统的联合调度。通过该综合管理平台系统，可以实现以定量化的手段保障最严格水资源管理制度的落实。建立基于实时水雨情监测、墒情预测、网格化水文数值预报模型、河网水动力学预报模型、城市积水内涝模型等水利专业数学模型的洪水预报预警等，向专业人员和公众发布预报预警信息，并进行灾情评价。
Description
技术领域
本发明涉及CIM(City Information Modeling)技术应用及水利综合减灾领域，特别是涉及一种基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统。
背景技术
CIM平台是城市级的，是“互联网+大数据+云计算+物联网”技术的融合，是政府各部门集成各领域信息资源的资源库，通过新一代IT技术实现不同来源信息的整合与分析，并将有用的信息精准、快捷地送达不同的用户端。
目前，利用CIM平台进行水利防洪抗旱防涝综合减灾还未有文献公开报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，发挥新一代信息化技术的驱动引领作用，推进高新技术与水利、水资源传统业务的深度融合。本发明所采用的技术方案如下：
基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于，所述系统包括防洪减灾系统、干旱预警与应急系统、城市内涝预警系统；所述平台系统通过与CIM平台自身提供的GIS地理地质信息功能、BIM三维模型能力以及IoT 物联网感知能力、数据存储及数据分析能力相结合，分析实时感知信息，开展水情、旱情监测分析，实现与涉水工程与设施管理系统的联合调度和灾害实时评价。
网络应用程序接口Web API或软件开发工具包SDK形式与CIM平台实现数据和界面交互，获取GIS地理地质信息，结合分布在流域沿线的IoT物联网感知设备传回的数据进行分析，通过所述防洪减灾系统中灾情形势研判系统内嵌的灾情数据分析算法，研判当前灾情形式，并通过与灾情形势研判系统中专家数据库所存储的调度方案进行比对，选择适合当前灾情状况的应急预案；所述防洪减灾系统包括灾情形势研判系统、流域与城区洪水预报系统、联合调度系统、避险转移系统、灾情评价系统；
灾情形势研判系统：设置防洪减灾系统信息汇总界面，主要汇集当前雨情、灾情情况以及预测的洪灾风险信息，并在CIM平台的BIM三维模型上进行发布；通过形势研判功能，查看各个防洪要素的实测水位、流量信息以及预见期内灾害风险信息；
流域与城区洪水预报系统包括：数据收集与处理功能模块、水文水动力耦合模型和城区内涝模型；数据收集与处理功能模块：对CIM平台的GIS地理地质信息和IoT物联网提供的多源信息进行融合与同化，所述多源信息包括气象、降水、水文、土壤墒情、地下水、卫星遥感、洪水风险图、水工程运行、险情、灾情、舆情；水文水动力耦合模型：采用多种水文模型或AI技术，结合实时水文气象数据，建立水库入库流量预报，并同时考虑水库下泄；城区内涝模型：以城市不透水地面的产汇流过程以及城市排水管网的排涝能力为基础，建立的城市二维积水模型。
联合调度系统以CIM平台提供的IoT物联网实时监测数据和预报数据为基础，通过流域与城区洪水预报系统进行实时洪水计算，预报水库的水位、流量，结合当前工程情况和调度原则进行实时防洪形式分析；该联合调度系统包括：防洪形势分析功能模块、调度方案管理功能模块和调度方案优化功能模块；防洪形势分析功能模块：依据CIM平台提供的各控制站点的超保证水位大小、超保证水位时刻、相应段保护对象信息，并结合工情分河段进行防洪形式分析；调度方案管理功能模块：根据规划调度或者该调度方案管理功能模块中内嵌的专家调度方案经验库信息，自动生成多套调度方案，再通过该调度方案管理功能模块中内嵌的方案对比分析算法进行模拟，以供比较、选择；调度方案优化功能模块：根据调度方案管理功能模块生成的不同调度规则下的水动力演进过程，进行不同方案的比较。
避险转移系统通过分析IoT物联网设备提供的洪水风险图和实时洪水灾害预测预警信息数据，判断洪水淹没情况；所述避险转移系统内含避险转移算法，避险转移算法结合安全区的布局及容纳能力，以能充分容纳可能转移的最大人口数为衡量标准，根据预先设置在专家调度库中的避险转移路线，进行避险转移管理；在管理过程中还需通过IoT物联网设备传回的数据，监测洪水演进过程和淹没情况以及转移人员、安置点和转移道路分布情况实时分析确定避洪转移路线和转移时机，并在BIM三维模型上展示。
灾情评价系统：通过将CIM平台提供的基础地理图层、社会经济数据与所述灾情评价系统的二维水动力学模型计算的洪水淹没特征图层进行空间叠加计算，统计行蓄洪区内经济损失情况；灾情评价功能包括灾前预测、灾中评估以及灾后评价三部分。
干旱预警与应急系统包括：旱情感知系统、旱情综合评价系统、抗旱调度系统。
旱情感知系统：通过CIM平台的GIS地理地质信息能力与IoT物联网设备，获取旱情实地信息、旱情遥感信息进而合成干旱统计上报信息，同时通过共享获取与旱情预警相关的业务数据和基础数据，在此基础上，开展干旱预警；
旱情综合评价系统：利用旱情感知系统获取的监测数据，从水文干旱指标、气象干旱指标和农业干旱指标中进行指标筛选和指标阈值优化，进行旱情综合评价，所述旱情综合评价的方法包括干旱监测指标网格化、下垫面条件网格化，校核评价结果，校核方式包括Web端校核、移动端校核、无人机校核中的任意其中一种或多种；
抗旱调度系统：根据旱情综合评价系统的评价结果进行旱情预测，对抗旱形势分析，拟定相应的抗旱应对措施，所述抗旱应对措施包括水量调度、水库联合调度。
城市内涝预警系统包括：暴雨分析系统、历史模拟系统、现状分析系统、在线预警系统、实时调度系统、信息发布系统。
暴雨分析系统：对范围内短历时降雨进行空间分析，得到短期内的暴雨分布；根据历史短历时暴雨的资料，进行设计暴雨分析，得到特征暴雨的时空分布情况；接入气象预报信息，对未来短期内可能发生的暴雨进行特征分析；暴雨分析包括：雨量大小、降雨等值线图、频率分析以及趋势分析；
历史模拟系统：利用CIM平台的BIM三维模型中的城市暴雨积涝模拟功能，进行历史暴雨淹没模拟分析；对不同设计暴雨和历史典型暴雨进行模拟分析，建立历史暴雨积水方案库；历史模拟系统中集成大量的历史模拟信息，利用AI算法进行方案库的管理，便于快速预测和淹没分析展示；
现状分析系统：利用城市水文和管网水力模型进行全局分析，得到现有的雨水排水系统的综合防涝能力，根据评价分析的结果，对现存的排水瓶颈进行诊断，并提供诊断结果的图表展示成果；
在线预警系统：基于实时在线监测数据、降雨预报数据对城市管网和地面系统未来一定时间段内的运行状况进行模拟并预警，以及进行排水瓶颈分析和积涝预警分析；在实际应用中，以实时雨情、水情、工情、气象预报实时信息作为输入，对内涝积水点、内涝积水深度、内涝过程进行实时预报，为防汛减灾指挥部门提供决策依据；将地面积水风险非常直观地展示在CIM地图上，同时地面积水过程能够用动画和积水水深过程线的形式进行查看；
实时调度系统：在进行实时在线预警的基础上，进行在线调度模拟分析，并提供优化推荐方案；所述实时调度系统通过进行水利工程调度和泵站调度的设置和调度方案结果多维度对比的方式提供季节性或周期性典型调度模式；
信息发布系统：提供对道路积水预测系统信息的BIM综合展示。
本发明的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统作为水利防洪抗旱防涝综合减灾工作的重要系统之一，可以基于CIM平台提供的地理信息 (GIS)能力、空间信息模型(BIM)能力、物联网信息(IoT)能力以及数据存储 (DB)能力等工程运行信息，通过实时感知信息，开展水情、旱情监测分析，城市内涝质量，实现与涉水工程与设施管理系统的联合调度，和灾害实时评价，提高流域内洪水预警预报能力，有效支撑防汛、抗旱、防洪、防涝等业务。该系统基于智慧城市建设的CIM平台总体框架，提供统一的数据资源环境，支撑上层的智能服务与应用。通过建立基于实时水雨情监测、墒情预测、网格化水文数值预报模型、河网水动力学预报模型、城市积水内涝模型等水利专业数学模型的洪水预报预警系统，向专业人员和公众发布预报预警信息；基于实时信息和调度预案，开展实时调度分析，并进行水利工程调度决策；结合受灾情况和社会经济信息，进行受灾风险分析，并进行灾情评价。不仅是信息技术广泛应用，还是水利防洪抗旱、减灾防疫管理理念和方式的变革、发展模式的升级扩展，是质的跨越。
本发明的特点主要体现在以下几个方面：
(1)该系统可充分利用CIM平台所包含的地理信息、空间信息能力、物联网信息以及原始工程地理、地质、建筑、管道等数据，结合数据分析，实现人员的有效管理，从而有效进行灾害管理、应急，实现灾害期间的有效防控及后期的有效管理；
(2)该系统充分打通各系统之间的数据接口，使得防灾数据相互贯通，互相支持，从而有效的提升平台整体的防疫监控管理能力；
(3)该系统能结合CIM平台地上、地下以及三维空间能力，优化人员疏散路线、合理配置防灾减灾资源，规划城市排洪措施和方法，对于社会整体的防灾能力提升具有重要的意义。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，发挥新一代信息化技术的驱动引领作用，推进高新技术与水利、水资源传统业务的深度融合。
本发明的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统包括防洪减灾系统、干旱预警与应急系统、城市内涝预警系统；该平台系统通过与CIM平台自身提供的GIS地理地质信息功能、BIM三维模型能力以及IoT物联网感知能力、数据存储及数据分析能力相结合，分析实时感知信息，开展水情、旱情监测分析，实现与涉水工程与设施管理系统的联合调度和灾害实时评价。
网络应用程序接口Web API或软件开发工具包SDK形式与CIM平台实现数据和界面交互，获取GIS地理地质信息，结合分布在流域沿线的IoT物联网感知设备传回的数据进行分析，通过所述防洪减灾系统中灾情形势研判系统内嵌的灾情数据分析算法，研判当前灾情形式，并通过与灾情形势研判系统中专家数据库所存储的方案进行比对，选择适合当前灾情状况的应急预案；所述防洪减灾系统包括灾情形势研判系统、流域与城区洪水预报系统、联合调度系统、避险转移系统、灾情评价系统；
灾情形势研判系统：设置防洪减灾系统信息汇总界面，主要汇集当前雨情、灾情情况以及预测的洪灾风险信息，并在CIM平台的BIM三维模型上进行发布；通过形势研判功能，查看各个防洪要素的实测水位、流量信息以及预见期内灾害风险信息；
流域与城区洪水预报系统包括：数据收集与处理功能模块、水文水动力耦合模型和城区内涝模型；数据收集与处理功能模块：对CIM平台的GIS地理地质信息和IoT物联网提供的多源信息进行融合与同化，所述多源信息包括气象、降水、水文、土壤墒情、地下水、卫星遥感、洪水风险图、水工程运行、险情、灾情、舆情；水文水动力耦合模型：采用多种水文模型或AI技术，结合实时水文气象数据，建立水库入库流量预报，并同时考虑水库下泄；城区内涝模型：以城市不透水地面的产汇流过程以及城市排水管网的排涝能力为基础，建立的城市二维积水模型。
联合调度系统以CIM平台提供的IoT物联网实时监测数据和预报数据为基础，通过流域与城区洪水预报系统进行实时洪水计算，预报水库的水位、流量，结合当前工程情况和调度原则进行实时防洪形式分析；该联合调度系统包括：防洪形势分析功能模块、调度方案管理功能模块和调度方案优化功能模块；防洪形势分析功能模块：依据CIM平台提供的各控制站点的超保证水位大小、超保证水位时刻、相应段保护对象信息，并结合工情分河段进行防洪形式分析；调度方案管理功能模块：根据规划调度或者该调度方案管理功能模块中内嵌的专家调度方案经验库信息，自动生成多套调度方案，再通过该调度方案管理功能模块中内嵌的方案对比分析算法进行模拟，以供比较、选择；调度方案优化功能模块：根据调度方案管理功能模块生成的不同调度规则下的水动力演进过程，进行不同方案的比较。
避险转移系统通过分析IoT物联网设备提供的洪水风险图和实时洪水灾害预测预警信息数据，判断洪水淹没情况；所述避险转移系统内含避险转移算法，避险转移算法结合安全区的布局及容纳能力，以能充分容纳可能转移的最大人口数为衡量标准，根据预先设置在专家调度库中的避险转移路线，进行避险转移管理；在管理过程中还需通过IoT物联网设备传回的数据，监测洪水演进过程和淹没情况以及转移人员、安置点和转移道路分布情况实时分析确定避洪转移路线和转移时机，并在BIM三维模型上展示。
灾情评价系统：通过将CIM平台提供的基础地理图层、社会经济数据与所述灾情评价系统的二维水动力学模型计算的洪水淹没特征图层进行空间叠加计算，统计行蓄洪区内经济损失情况；灾情评价功能包括灾前预测、灾中评估以及灾后评价三部分。
干旱预警与应急系统包括：旱情感知系统、旱情综合评价系统、抗旱调度系统。
旱情感知系统：通过CIM平台的GIS地理地质信息能力与IoT物联网设备，获取旱情实地信息、旱情遥感信息进而合成干旱统计上报信息，同时通过共享获取与旱情预警相关的业务数据和基础数据，在此基础上，开展干旱预警；
旱情综合评价系统：利用旱情感知系统获取的监测数据，从水文干旱指标、气象干旱指标和农业干旱指标中进行指标筛选和指标阈值优化，进行旱情综合评价，所述旱情综合评价的方法包括干旱监测指标网格化、下垫面条件网格化，校核评价结果，校核方式包括Web端校核、移动端校核、无人机校核中的任意其中一种或多种；
抗旱调度系统：根据旱情综合评价系统的评价结果进行旱情预测，对抗旱形势分析，拟定相应的抗旱应对措施，所述抗旱应对措施包括水量调度、水库联合调度。
城市内涝预警系统包括：暴雨分析系统、历史模拟系统、现状分析系统、在线预警系统、实时调度系统、信息发布系统。
暴雨分析系统：对范围内短历时降雨进行空间分析，得到短期内的暴雨分布；根据历史短历时暴雨的资料，进行设计暴雨分析，得到特征暴雨的时空分布情况；接入气象预报信息，对未来短期内可能发生的暴雨进行特征分析；暴雨分析包括：雨量大小、降雨等值线图、频率分析以及趋势分析；
历史模拟系统：利用CIM平台的BIM三维模型中的城市暴雨积涝模拟功能，进行历史暴雨淹没模拟分析；对不同设计暴雨和历史典型暴雨进行模拟分析，建立历史暴雨积水方案库；历史模拟系统中集成大量的历史模拟信息，利用AI算法进行方案库的管理，便于快速预测和淹没分析展示；
现状分析系统：利用城市水文和管网水力模型进行全局分析，得到现有的雨水排水系统的综合防涝能力，根据评价分析的结果，对现存的排水瓶颈进行诊断，并提供诊断结果的图表展示成果；
在线预警系统：基于实时在线监测数据、降雨预报数据对城市管网和地面系统未来一定时间段内的运行状况进行模拟并预警，以及进行排水瓶颈分析和积涝预警分析；在实际应用中，以实时雨情、水情、工情、气象预报实时信息作为输入，对内涝积水点、内涝积水深度、内涝过程进行实时预报，为防汛减灾指挥部门提供决策依据；将地面积水风险非常直观地展示在CIM地图上，同时地面积水过程能够用动画和积水水深过程线的形式进行查看；
实时调度系统：在进行实时在线预警的基础上，进行在线调度模拟分析，并提供优化推荐方案；所述实时调度系统通过进行水利工程调度和泵站调度的设置和调度方案结果多维度对比的方式提供季节性或周期性典型调度模式；
信息发布系统：提供对道路积水预测系统信息的BIM综合展示。
Claims (7)
1.基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于，所述系统包括防洪减灾系统、干旱预警与应急系统、城市内涝预警系统；所述平台系统通过与CIM平台自身提供的GIS地理地质信息功能、BIM三维模型能力以及IoT物联网感知能力、数据存储及数据分析能力相结合，分析实时感知信息，开展水情、旱情监测分析，实现与涉水工程与设施管理系统的联合调度和灾害实时评价。
2.如权利要求1所述的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于所述防洪减灾系统以网络应用程序接口Web API或软件开发工具包SDK形式与CIM平台实现数据和界面交互，获取GIS地理地质信息，结合分布在流域沿线的IoT物联网感知设备传回的数据进行分析，通过所述防洪减灾系统中灾情形势研判系统内嵌的灾情数据分析算法，研判当前灾情形式，并通过与灾情形势研判系统中专家数据库所存储的方案进行比对，选择适合当前灾情状况的调度方案；所述防洪减灾系统包括灾情形势研判系统、流域与城区洪水预报系统、联合调度系统、避险转移系统、灾情评价系统；
灾情形势研判系统：设置防洪减灾系统信息汇总界面，主要汇集当前雨情、灾情情况以及预测的洪灾风险信息，并在CIM平台的BIM三维模型上进行发布；通过形势研判功能，查看各个防洪要素的实测水位、流量信息以及预见期内灾害风险信息；
灾情评价系统：通过将CIM平台提供的基础地理图层、社会经济数据与所述灾情评价系统的二维水动力学模型计算的洪水淹没特征图层进行空间叠加计算，统计行蓄洪区内经济损失情况；灾情评价功能包括灾前预测、灾中评估以及灾后评价三部分。
3.如权利要求2所述的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于所述流域与城区洪水预报系统包括：数据收集与处理功能模块、水文水动力耦合模型和城区内涝模型；
数据收集与处理功能模块：对CIM平台的GIS地理地质信息和IoT物联网提供的多源信息进行融合与同化，所述多源信息包括气象、降水、水文、土壤墒情、地下水、卫星遥感、洪水风险图、水工程运行、险情、灾情、舆情；
水文水动力耦合模型：采用多种水文模型或AI技术，结合实时水文气象数据，建立水库入库流量预报，并同时考虑水库下泄；
城区内涝模型：以城市不透水地面的产汇流过程以及城市排水管网的排涝能力为基础，建立的城市二维积水模型。
4.如权利要求2所述的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于所述联合调度系统以CIM平台提供的IoT物联网实时监测数据和预报数据为基础，通过流域与城区洪水预报系统进行实时洪水计算，预报水库的水位、流量，结合当前工程情况和调度原则进行实时防洪形式分析；所述联合调度系统包括：防洪形势分析功能模块、调度方案管理功能模块和调度方案优化功能模块；
防洪形势分析功能模块：依据CIM平台提供的各控制站点的超保证水位大小、超保证水位时刻、相应段保护对象信息，并结合工情分河段进行防洪形式分析；
调度方案管理功能模块：根据规划调度或者该调度方案管理功能模块中内嵌的专家调度方案经验库信息，自动生成多套调度方案，再通过该调度方案管理功能模块中内嵌的方案对比分析算法进行模拟，以供比较、选择；
调度方案优化功能模块：根据调度方案管理功能模块生成的不同调度规则下的水动力演进过程，进行不同方案的比较。
5.如权利要求2所述的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于所述避险转移系统通过分析IoT物联网设备提供的洪水风险图和实时洪水灾害预测预警信息数据，判断洪水淹没情况；所述避险转移系统内含避险转移算法，避险转移算法结合安全区的布局及容纳能力，以能充分容纳可能转移的最大人口数为衡量标准，根据预先设置在专家调度库中的避险转移路线，进行避险转移管理；在管理过程中还需通过IoT物联网设备传回的数据，监测洪水演进过程和淹没情况以及转移人员、安置点和转移道路分布情况实时分析确定避洪转移路线和转移时机，并在BIM三维模型上展示。
6.如权利要求1所述的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于所述干旱预警与应急系统包括：旱情感知系统、旱情综合评价系统、抗旱调度系统；
旱情感知系统：通过CIM平台的GIS地理地质信息能力与IoT物联网设备，获取旱情实地信息、旱情遥感信息进而合成干旱统计上报信息，同时通过共享获取与旱情预警相关的业务数据和基础数据，在此基础上，开展干旱预警；
旱情综合评价系统：利用旱情感知系统获取的监测数据，从水文干旱指标、气象干旱指标和农业干旱指标中进行指标筛选和指标阈值优化，进行旱情综合评价，所述旱情综合评价的方法包括干旱监测指标网格化、下垫面条件网格化，校核评价结果，校核方式包括Web端校核、移动端校核、无人机校核中的任意其中一种或多种；
抗旱调度系统：根据旱情综合评价系统的评价结果进行旱情预测，对抗旱形势分析，拟定相应的抗旱应对措施，所述抗旱应对措施包括水量调度、水库联合调度。
7.如权利要求1所述的基于CIM平台的水利防洪抗旱防涝综合减灾平台系统，其特征在于所述城市内涝预警系统包括：暴雨分析系统、历史模拟系统、现状分析系统、在线预警系统、实时调度系统、信息发布系统；
暴雨分析系统：对范围内短历时降雨进行空间分析，得到短期内的暴雨分布；根据历史短历时暴雨的资料，进行设计暴雨分析，得到特征暴雨的时空分布情况；接入气象预报信息，对未来短期内可能发生的暴雨进行特征分析；暴雨分析包括：雨量大小、降雨等值线图、频率分析以及趋势分析；
历史模拟系统：利用CIM平台的BIM三维模型中的城市暴雨积涝模拟功能，进行历史暴雨淹没模拟分析；对不同设计暴雨和历史典型暴雨进行模拟分析，建立历史暴雨积水方案库；历史模拟系统中集成大量的历史模拟信息，利用AI算法进行方案库的管理，便于快速预测和淹没分析展示；
现状分析系统：利用城市水文和管网水力模型进行全局分析，得到现有的雨水排水系统的综合防涝能力，根据评价分析的结果，对现存的排水瓶颈进行诊断，并提供诊断结果的图表展示成果；
在线预警系统：基于实时在线监测数据、降雨预报数据对城市管网和地面系统未来一定时间段内的运行状况进行模拟并预警，以及进行排水瓶颈分析和积涝预警分析；在实际应用中，以实时雨情、水情、工情、气象预报实时信息作为输入，对内涝积水点、内涝积水深度、内涝过程进行实时预报，为防汛减灾指挥部门提供决策依据；将地面积水风险非常直观地展示在CIM地图上，同时地面积水过程能够用动画和积水水深过程线的形式进行查看；
实时调度系统：在进行实时在线预警的基础上，进行在线调度模拟分析，并提供优化推荐方案；所述实时调度系统通过进行水利工程调度和泵站调度的设置和调度方案结果多维度对比的方式提供季节性或周期性典型调度模式；
信息发布系统：提供对道路积水预测系统信息的BIM综合展示。
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