CN114463946A - 智能洪水预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种智能洪水预警系统及方法，所述系统包括：水位数据采集模块用于实时采集水位数据，并将水位数据及采集水位数据的采集时间上传至网关模块；网关模块用于根据水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将警戒数据发送至显示模块；显示模块用于显示警戒数据，并当警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；预警模块包括广播单元、闸门控制单元、供电单元，广播单元实时播报警戒数据，闸门控制单元控制对应的闸门装置关闭，供电单元对智能洪水预警系统进行太阳能供电。采用本系统能够具有更高精度、更多降雨数据、更多物联网设备联动，能够更及时准确的进行洪水预警。

Description

智能洪水预警系统及方法

技术领域

本发明涉及灾害预警技术领域，尤其涉及一种智能洪水预警系统及方法。

背景技术

近年来，随着气候的变化，洪涝灾害发生的可能性增加，每年汛期频繁的河流洪水与人们的生活关系密切，而洪涝灾害会造成生命财产损失和社会秩序的破坏。所以实时获取、分析、预警并处理洪水数据是需要解决的问题。

但是，目前市场上有的洪水预警系统，基本都是展示出当前水位数据，无法实时准确的根据当前的天气状况预估到达水位线警戒线的时间，也不能及时的根据到达水位线警戒线的时进行洪水的预警，所以亟需一个能够对洪水状态进行实时准确计算并预警的综合系统。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种智能洪水预警系统及方法。

本发明实施例提供一种智能洪水预警系统，包括：水位数据采集模块、网关模块、显示模块、预警模块，其中，

水位数据采集模块：与所述网关模块连接，用于实时采集水位数据，并将所述水位数据及采集所述水位数据的采集时间上传至所述网关模块；

网关模块：与所述水位数据采集模块、显示模块连接，用于根据所述水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将所述警戒数据发送至显示模块，所述警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；

显示模块，与所述网关模块、预警模块连接，用于显示所述警戒数据，并当所述警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；

预警模块，与所述显示模块连接，包括广播单元、闸门控制单元、供电单元，所述广播单元用于检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，所述闸门控制单元用于检测到警戒标识时，控制对应的闸门装置关闭，所述供电单元用于检测到警戒标识时，对所述智能洪水预警系统进行太阳能供电。

本发明实施例提供一种基于上述系统的智能洪水预警方法，包括：

所述水位数据采集模块实时采集水位数据，并将所述水位数据及采集所述水位数据的采集时间上传至所述网关模块；

所述网关模块根据所述水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将所述警戒数据发送至显示模块，所述警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；

所述显示模块显示所述警戒数据，并当所述警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；

所述预警模块当检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，控制对应的闸门装置关闭，并对所述智能洪水预警系统进行太阳能供电。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取不同时间点采集的第一水位数据、第二水位数据以及对应的第一采集时间、第二采集时间，并根据第一水位数据、第二水位数据之间的水位数据差以及第一采集时间、第二采集时间之间的时间差计算所述降雨速率和降雨加速度；

获取警戒水位线，根据所述降雨速率和降雨加速度，结合所述警戒水位线，计算得到所述警戒时间。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

其中，

表示降雨速率，

表示第n-1次读数时水位的深度，

表示第n-2次读数时水位的深度；

其中，

表示降雨加速度，

表示第n次读数时水位的深度，

表示第n-1次读数时水位的深度，

表示第n-2次读数时水位的深度。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

T={-V_n+1+[V_n+1 ²-4*(a_n/2)* (S_n-L)]^1/2}/a_n

其中，T表示警戒时间，V_n+1表示第n+1次读数时的降雨速率，a_n表示降雨加速度，

表示第n次读数时水位的深度，L表示警戒水位线。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

当所述警戒时间小于预设第一时间且大于预设第二时间时，显示中度警戒等级；

当所述警戒时间小于所述预设第二时间时，显示高度警戒等级。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取当前水位线以及预设的警戒水位线，当所述当前水位线大于或等于警戒水位线时，显示高度警戒等级。

本发明实施例提供的智能洪水预警系统及方法，通过水位数据采集模块实时采集水位数据，并将水位数据及采集水位数据的采集时间上传至网关模块；网关模块根据水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将警戒数据发送至显示模块，警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；显示模块显示警戒数据，并当警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；预警模块当检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，控制对应的闸门装置关闭，并对智能洪水预警系统进行太阳能供电。这样能够具有更高精度、更多降雨数据、更多物联网设备联动，能够更及时准确的进行洪水预警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中智能洪水预警系统的结构图；

图2为本发明实施例中智能洪水预警方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的智能洪水预警系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种智能洪水预警系统，包括：数据采集模块101、网关模块102、显示模块103、预警模块104。

其中，水位数据采集模块101与网关模块102连接，用于实时采集水位数据，并将水位数据及采集水位数据的采集时间上传至网关模块。水位数据采集模可以通过相应的采集设备，比如雷达水位仪，与网关模块通过485连接线直接，实时采集水位数据上报给网关模块。

网关模块102与水位数据采集模块101、显示模块103连接，用于根据水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将警戒数据发送至显示模块，警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间。其中，网关模块可以通过对接对接协议依次对接好显示模块的LED屏幕，也可以对接预警模块中的广播单元、闸门控制单元、供电单元，并做好由水位数据采集模块，即雷达水位采集器触发的系列物联网设备联动规则引擎。其中，具体的警戒数据的计算过程可以通过获取不同时间点采集的第一水位数据、第二水位数据以及对应的第一采集时间、第二采集时间，并根据第一水位数据、第二水位数据之间的水位数据差以及第一采集时间、第二采集时间之间的时间差计算降雨速率和降雨加速度；然后获取警戒水位线，根据降雨速率和降雨加速度，结合警戒水位线，计算得到警戒时间并发送至显示模块。

显示模块103与网关模块102、预警模块104连接，用于显示警戒数据，并当警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识。显示模块将计算好的降雨速率、降雨加速度、到达预警水位线的剩余时间（警戒时间）等相关参数在外接的LED屏幕上进行展示出来，并且将到达预警水位线的剩余时间与预设时间进行对比，当到达预警水位线的剩余时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识。

预警模块104与显示模块103连接，包括广播单元、闸门控制单元、供电单元，广播单元用于检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，闸门控制单元用于检测到警戒标识时，控制对应的闸门装置关闭，供电单元用于检测到警戒标识时，对智能洪水预警系统进行太阳能供电。当显示模块进行危险预警时，将会联动对应的系统装置进行预警，比如联动广播单元进行警戒数据的播报，联动闸门单元控制闸门装置关闭，防止行人和车辆继续进入，也会联动供电单元，防止洪水导致供电无法正常实用，通过太阳能供电，保证在电无法供应的情况下，可以使洪水预警系统在一定时间内进行正常显示和广播。

采用本实施方式中所提供的智能洪水预警系统，通过水位数据采集模块实时采集水位数据，并将水位数据及采集水位数据的采集时间上传至网关模块；网关模块根据水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将警戒数据发送至显示模块，警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；显示模块显示警戒数据，并当警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；预警模块当检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，控制对应的闸门装置关闭，并对智能洪水预警系统进行太阳能供电。这样能够具有更高精度、更多降雨数据、更多物联网设备联动，能够更及时准确的进行洪水预警。

基于图1所示的智能洪水预警系统，本实施方式还提供了一种智能洪水预警方法，如图2所示，该方法主要包括以下几个步骤：

步骤S201，所述水位数据采集模块实时采集水位数据，并将所述水位数据及采集所述水位数据的采集时间上传至所述网关模块。

具体地，水位数据采集模可以通过相应的采集设备，比如雷达水位仪，与网关模块通过485连接线直接，实时采集水位数据上报给网关模块。

步骤S202，所述网关模块根据所述水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将所述警戒数据发送至显示模块，所述警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间。

具体地，网关模块可以通过对接对接协议依次对接好显示模块的LED屏幕，也可以对接预警模块中的广播单元、闸门控制单元、供电单元，并做好由水位数据采集模块，即雷达水位采集器触发的系列物联网设备联动规则引擎。其中，具体的警戒数据的计算过程可以通过获取不同时间点采集的第一水位数据、第二水位数据以及对应的第一采集时间、第二采集时间，并根据第一水位数据、第二水位数据之间的水位数据差以及第一采集时间、第二采集时间之间的时间差计算降雨速率和降雨加速度；然后获取警戒水位线，根据降雨速率和降雨加速度，结合警戒水位线，计算得到警戒时间并发送至显示模块。具体的降雨速率和降雨加速度计算过程可以包括：

设网关查询雷达水位仪的数据间隔设置为2秒，因为时间间隔设置足够较小，此处认为雨水水位为匀加速运动。S_n为第n次读数时水位的深度；V₁为雨水最早初速度，t为水位采集的时间间隔，L为预警线深度，则有：

V₁=0

t=2s

S_n-S_n-1=V_n*t+1/2*a_n*t²

V_n=V_n-1+a_n-1*t

由上述公式可以推导出：

S_n-S_n-1=V_n+V_n+1

左边进行消项式累加，可以推导出：

n为偶数时：

n为奇数时：

综合可以得出当前降雨速度V_n为：

根据V_n可以推导出当前降雨加速度a_n的表达式，如下：

具体的警戒时间计算过程可以包括：

根据具体场景设置不同的预警线L，当第n次取值时，水位为S_n（S_n<L），雨速为V_n+1，加速度为a_n，距离预警线高度为∆S，以当前的初速度则有：

S =L-S_n；

S=V_n+1*T+(a_n*T²)/2;

可以推导出：

(a_n/2)*T²+V_n+1*T+(S_n-L)=0

时间则可以根据一元二次方程的解来确定：

= V_n+1 ²-4*(a_n/2)* (S_n-L)

当∆=0有唯一解：

T=(-V_n+1)/a_n

可以推导出：

当∆<0时，T没有实根，表示此时是不会到达预警水位线的。

当∆>0时，T有两个实根：

若a_n<0，表示会两次经过预警线，即涨水时经过和退水时经过。此时的T取较小值。可以推导出：

T={-V_n+1+[V_n+1 ²-4*(a_n/2)* (S_n-L)]1/2}/a_n

若an>0，求解的T为一正一负，由于T为正值，即取较大值即可，可以推导得出：

T={-V_n+1+[V_n+1 ²-4*(a_n/2)* (S_n-L)]1/2}/a_n

比较发现，两表达式一样。综上可以得出，当∆>0时，T值为：

T={-V_n+1+[V_n+1 ²-4*(a_n/2)* (S_n-L)]^1/2}/a_n

步骤S203，所述显示模块显示所述警戒数据，并当所述警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识。

具体地，将计算好的降雨速率V_n+1、降雨加速度a_n、到达预警水位线的剩余时间T等相关参数在外接的LED屏幕上进行展示出来，另外，警戒标识可以包括多个警戒等级，比如当警戒时间小于预设第一时间且大于预设第二时间时，显示中度警戒等级，当警戒时间小于预设第二时间时，显示高度警戒等级，比如当剩余时间T大于60min时（根据具体环境进行具体设置），LED屏幕不进行预警；当剩余时间T小于等于60min且大于15min时，LED屏幕增加显示中度危险；当剩余时间T小于等于5min时，LED屏幕增加显示高度危险，另外，当水位S_n≥L时，即当当前水位线大于或等于警戒水位线时，此时LED屏幕不在显示剩余时间T，降雨速率V_n+1、降雨加速度a_n、高度危险将持续显示。

步骤S204，所述预警模块当检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，控制对应的闸门装置关闭，并对所述智能洪水预警系统进行太阳能供电。

具体地，当预警模块检测到警戒标识时，启动对应的预警单元，其中，预警单元可以包括广播单元、闸门控制单元、供电单元等，广播单元开始启动，实时播报降雨速率V_n+1、降雨加速度a_n、达预警水位线的剩余时间T及危险等级，同时可以进行短信或者电话通知到具体的联系人来现场进行紧急处理，闸门单元可以直接关控制闸门装置关闭闸门，防止行人和车辆继续进入，供电单元，防止洪水导致供电无法正常实用，通过太阳能供电，保证在电无法供应的情况下，可以使洪水预警系统在一定时间内进行正常显示和广播。

本发明实施例提供的一种智能洪水预警方法，通过水位数据采集模块实时采集水位数据，并将水位数据及采集水位数据的采集时间上传至网关模块；网关模块根据水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将警戒数据发送至显示模块，警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；显示模块显示警戒数据，并当警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；预警模块当检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，控制对应的闸门装置关闭，并对智能洪水预警系统进行太阳能供电。这样能够具有更高精度、更多降雨数据、更多物联网设备联动，能够更及时准确的进行洪水预警。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (7)

1.一种智能洪水预警系统，其特征在于，所述智能洪水预警系统包括：水位数据采集模块、网关模块、显示模块、预警模块；

水位数据采集模块：与所述网关模块连接，用于实时采集水位数据，并将所述水位数据及采集所述水位数据的采集时间上传至所述网关模块；

网关模块：与所述水位数据采集模块、显示模块连接，用于根据所述水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将所述警戒数据发送至显示模块，所述警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；

显示模块，与所述网关模块、预警模块连接，用于显示所述警戒数据，并当所述警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；

预警模块，与所述显示模块连接，包括广播单元、闸门控制单元、供电单元，所述广播单元用于检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，所述闸门控制单元用于检测到警戒标识时，控制对应的闸门装置关闭，所述供电单元用于检测到警戒标识时，对所述智能洪水预警系统进行太阳能供电。

2.根据权利要求1所述的系统的智能洪水预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述水位数据采集模块实时采集水位数据，并将所述水位数据及采集所述水位数据的采集时间上传至所述网关模块；

所述网关模块根据所述水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，并将所述警戒数据发送至显示模块，所述警戒数据包括：降雨速率、降雨加速度及警戒时间；

所述显示模块显示所述警戒数据，并当所述警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识；

所述预警模块当检测到警戒标识时，实时播报警戒数据，控制对应的闸门装置关闭，并对所述智能洪水预警系统进行太阳能供电。

3.根据权利要求2所述的智能洪水预警方法，其特征在于，所述根据水位数据及采集时间进行计算，得到警戒数据，包括：

获取不同时间点采集的第一水位数据、第二水位数据以及对应的第一采集时间、第二采集时间，并根据第一水位数据、第二水位数据之间的水位数据差以及第一采集时间、第二采集时间之间的时间差计算所述降雨速率和降雨加速度；

获取警戒水位线，根据所述降雨速率和降雨加速度，结合所述警戒水位线，计算得到所述警戒时间。

4.根据权利要求3所述的智能洪水预警方法，其特征在于，所述降雨速率和降雨加速度，通过以下公式计算得到：

其中，

表示降雨速率，

表示第n-1次读数时水位的深度，

表示第n-2次读数时水位的深度；

其中，

表示降雨加速度，

表示第n次读数时水位的深度，

表示第n-1次读数时水位的深度，

表示第n-2次读数时水位的深度。

5.根据权利要求4所述的智能洪水预警方法，其特征在于，所述警戒时间，通过以下公式计算得到：

T={-V_n+1+[V_n+1 ²-4*(a_n/2)* (S_n-L)]^1/2}/a_n

其中，T表示警戒时间，V_n+1表示第n+1次读数时的降雨速率，a_n表示降雨加速度，

表示第n次读数时水位的深度，L表示警戒水位线。

6.根据权利要求2所述的智能洪水预警方法，其特征在于，所述当警戒时间小于预设时间时，显示对应的警戒标识，包括：

当所述警戒时间小于预设第一时间且大于预设第二时间时，显示中度警戒等级；

当所述警戒时间小于所述预设第二时间时，显示高度警戒等级。

7.根据权利要求6所述的智能洪水预警方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取当前水位线以及预设的警戒水位线，当所述当前水位线大于或等于警戒水位线时，显示高度警戒等级。

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