CN117392811B - 一种山丘降雨监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及降雨预警技术领域，具体为一种山丘降雨监测预警系统；包括：数据采集单元、服务器、降雨预警单元、河道预警单元、地形预警单元、预警通知单元和后勤管理单元；通过监测降雨强度和降雨时长，并将两者进行深化分析得到降雨指数，并将降雨指数与设定的区间进行比较分析生成一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警，并通过短信的形式将降雨预警类型发送至降雨范围内所有居民的手机端进行提示，实现降雨的初步预警；通过将对河道信息和地形信息分别结合降雨指数进行进一步深化分析以判断各区域是否存在安全隐患、河道是否存在安全隐患，并生成对应的预警，实现降雨的进一步预警。

Description

一种山丘降雨监测预警系统

技术领域

本发明涉及降雨预警技术领域，具体为一种山丘降雨监测预警系统。

背景技术

山丘是一种地形地貌类型，通常是指海拔高度在300～1500米之间、具有一定高度的起伏丘陵地带；由于山丘地形比较特殊，地形陡峭、土层松散等原因，往往受到洪涝、泥石流等自然灾害的威胁；同时，山丘地区也是水源地、林区等重要的区域，因此对山丘地区的降雨进行监测非常重要；

目前的降雨监测预警系统存在以下方面的缺陷：

1、 目前的降雨监测预警系统提供降雨量和降雨强度等信息进行降雨预警，缺少通过对降雨信息分析对不同地区产生的安全隐患，从而进行对应的进一步预警；

2、 目前的降雨监测预警系统通过分析降雨强度和降雨时长从而发送降雨预警至居民的手机端，缺少针对危险位置的居民进行安全转移引导，易造成在极端暴雨天气下居民接收到预警信息后但是由于缺少正确的路线引导，造成安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种山丘降雨监测预警系统，以解决缺少通过降雨信息分析对不同地区产生的安全隐患并进行预警和缺少针对危险位置的居民进行安全转移引导的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种山丘降雨监测预警系统，包括：数据采集单元、服务器、降雨预警单元、河道预警单元和地形预警单元；数据采集单元采集降雨信息、河道信息和地形信息，并将其发送至服务器保存；

降雨预警单元通过对降雨信息进行深化分析得到降雨指数，将降雨指数与设定的区间进行比较分析得到一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警，将一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警发送至服务器保存，降雨指数发送至河道预警单元和地形预警单元；

河道预警单元通过对河道的截面积、弯曲程度进行量化分析得到截面积因数和弯曲因数；选取河道监测点的水位、深度和水流速进行数值化分析得到平均水位差和平均水位流速；再将河道坡度WD5、河道长度WD6、截面积因数WD1、弯曲因数WD2、平均水位差WD3、平均流速WD4和降雨指数JHD通过设定的公式计算得到行洪匹配指数PWD，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7为设定的比例系数，μ1为设定的校正因子，并据此判断河道行洪能力是否和当前降雨指数相匹配，生成一级危险河道、二级危险河道和三级危险河道；将生成的一级危险河道、二级危险河道发送至服务器保存；

地形预警单元对山丘地形进行分析得到地形预警值，并依据地形预警值进行预警的具体步骤为：

101：获取山丘地形图，将地形图按照等面积划分成若干个区域，利用遥感技术获取区域内的地表图像，对地表图像进行识别得到山坡以及山坡参数平地以及平地参数；其中山坡参数包括山坡占地面积、山坡上的植被覆盖面积、植被类型和植被高；平地参数包括平地面积、平地上的植被覆盖面积、植被类型和植被高度；

102：提取山坡和平地植被类型，设定每种植被类型均对应一个植被类型系数，将植被类型与设定的所有植被类型进行匹配以得到对应的山坡和平地植被类型系数；

103：提取山坡和平地土壤类型，设定不同的土壤类型分别对应一个土壤类型系数，将土壤类型与设定的所有土壤类型进行匹配以得到对应的山坡和平地土壤类型系数；

104：提取监测周期开始时刻山坡和平地土壤含水率；

105：将山坡土壤含水率SZ7、山坡占地面积SZ5、山坡上的坡度SZ6、山坡植被覆盖面积SZ3、山坡植被类型系数SZ1、山坡土壤类型系数SZ2、和山坡植被高度SZ4通过设定的公式计算得到山坡因数SH，其中k1、k2、k3、k4、k5、k6分别为设定的比例系数，将区域内所有的山坡因数进行均值计算得到山坡因数均值；

106：将平地土壤含水率PZ6、平地土壤类型系数PZ2、平地面积PZ5、平地上的植被覆盖面积PZ3、植被类型系数PZ1和植被高度PZ4通过设定的公式计算得到平地因数PH，其中q1、q2、q3、q4、q5分别为设定的比例系数；

107：将山坡因数均值、平地因数PH和降雨指数JHD通过设定的公式计算得到地形预警值FUZ，其中r1、r2和r3分别为设定的比例系数；将地形预警值与设定的预警区间进行比较分析，将区域划分为高危区域、中危区域和低危区域；

108：任选一区域为起始点，沿着地势低向高的方向设定一定范围为关联范围；计算关联范围内高危区域、中危区域和低危区域分别与起始点的最短距离；将高危区域、中危区域和低危区域对应的地形预警值分别除以对应的最短距离得到危距值，再将有关联范围内的危距值进行均值计算得到平均危距值；

109：将起始点对应的地形预警值和平均危距值进行数值化分析得到危险指数，将危险指数与设定的危险区间进行比较分析，将高危区域、中危区域和低危区域进一步划分成一级危险区域、二级危险区域和安全区域，并将一级危险区域、二级危险区域和安全区域分别发送至服务器保存。

优选地，降雨预警单元通过对降雨信息进行深化分析得到降雨指数，其中深化分析的具体步骤为：

当监测到山丘开始降雨并且降雨量大于设定雨量阈值时，则进行降雨监测；提取降雨强度，将降雨强度与设定的强度区间进行比较分析，生成强降雨、中降雨和微降雨；

统计此次降雨开始时刻到系统当前时刻之内强降雨、中降雨和微降雨的数量；将记为强降雨、中降雨、微降雨的降雨强度分别进行求和得到强降和、中降和、微降和；

统计此次降雨开始时刻到系统当前时刻之内的降雨时长，将降雨时长依据降雨强度进行划分，将降雨时长划分为强降雨时段、中降雨时段和微降雨时段；

将强降雨时段D1、中降雨时段D2、微降雨时段D3、强降和H1、中降和H2、微降和H3、强降雨的数量J1、中降雨的数量J2和微降雨的数量J3通过设定的公式计算得到降雨指数JHD，其中a1、a2和a3分别为设定的比例系数。

优选地，河道预警单元对河道的截面积、弯曲程度的量化分析和对水位、深度和水流速进行预处理的具体步骤为：

在河道每间隔一定距离的位置设置一个监测点以监测该位置的河道宽度和深度，并将两者进行乘积计算得到该监测点的河道截面积；将河道截面积与设定的面积区间进行比较分析，将监测点的河道截面积分为宽截面积、常截面积和窄截面积；分别统计宽截面积、常截面积和窄截面积的数量；

统计监测点的数量，将所有的截面积进行求和计算得到和值再将其除以监测点的数量得到平均截面积；将平均截面积PS、宽截面积的数量J4、常截面积的数量J5和窄截面积的数量J6通过设定的公式计算得到截面积因数WD1；其中b1和b2分别为设定的比例系数，且b1＞0＞b2；

获取河道形态并对河道形态进行识别得到弯曲位置，提取弯曲位置的弯曲半径和弧长；将弯曲半径R和弧长L通过设定的公式计算得到弯曲度wd1，其中c1和c2分别为设定的比例系数；

统计弯曲位置的数量，提取弯曲位置的弯曲度，将所有弯曲位置的弯曲度进行求和计算得到总弯曲度，将总弯曲度wd1和弯曲位置的数量wd2通过设定的公式计算WD2=d1×wd1+d2×wd2得到弯曲因数WD2，其中d1和d2分别为设定的比例系数；

提取河道监测点的截面积被记为窄截面积的监测点水位，将其与对河道监测点的深度进行差值计算得到允许水位差，将所有允许水位差进行均值计算得到平均水位差；

获取河道监测点的截面积被记为窄截面积的监测点水流速，将所有水流速进行均值计算得到平均流速。

优选地，还包括预警通知单元和后勤管理单元；

预警通过单元通过根据一级危险区域和一级危险河道的位置，将距离一级危险区域和一级危险河道一定距离范围内的居民记为待转移居民，并待转移居民进行预警疏散通知；

后勤管理单元提取安全区域内的人数，并依据安全区域内的人数匹配到对应人数的救援人员，并将安全区域内的位置和人数发送至救援人员的手机端。

优选地，预警通知单元对待转移居民进行预警疏散转移通知，具体为：

设定每个安全区域均对应一个可容纳人数，统计当前安全区域内的实际人数，当实际人数小于可容纳人数时，则将可容纳人数减去实际人数得到容纳余量，并将该安全区域记为可容纳区域；当容纳余量减少至零时，将该安全区域记为满员安全区域；

向待转移居民的手机端发送位置获取指令以获取待转移居民的实时位置，依据待转移居民的实时位置调取距离最近的可容纳安全区域和容纳余量，并将最近的可容纳安全区域记为目标避难点，将可容纳安全区域的容纳余量减一；

以待转移居民当前位置为出发点，目标避难点为目的地生成若干条前往路径；当前往路径中涉及一级危险区域时，则记为危险路径，将前往路径去除危险路径之后剩余的路径记为初选路径；

计算初选路径的总长；

统计初选路径中涉及的区域和区域地形预警值，将初选路径涉及的区域预警值进行求和计算得到预警和值；

统计涉及的区域中二级危险区域的数量，并将其记为涉及危险区域数量；

将初选路径的总长G1、预警和值G2、涉及危险区域数量G3通过设定的公式计算得到路径值LGZ，其中g1、g2和g3分别为设定的比例系数，μ2为设定的校正因子，将路径值最小的初选路径记为目标路径，并生成目标路径的路线图发送至待转移居民的手机端。

本发明的有益效果：

1、 降雨预警单元通过监测降雨强度和降雨时长，并将两者进行深化分析得到降雨指数，并将降雨指数与设定的区间进行比较分析生成一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警，并通过短信的形式将降雨预警类型发送至降雨范围内所有居民的手机端进行提示，实现降雨的初步预警。

2、 河道预警单元和地形预警单元通过将对河道和地形分别结合降雨指数进行进一步深化分析以判断各区域是否存在安全隐患、河道是否存在安全隐患，并生成对应的预警，实现降雨的进一步预警；

3、 预警通知单元通过引导在一级危险河道和一级危险区域的一定距离范围内的居民进行安全转移，方便待转移居民在危险的情况下能够避开危险区域，在安全合理的情况下最快地到达目标避难点，能够为待转移居民提供有效的帮助。

附图说明

图1是本发明的系统模块连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1所示，本发明为一种山丘降雨监测预警系统，包括：数据采集单元、服务器、降雨预警单元、河道预警单元、地形预警单元、预警通知单元和后勤管理单元；数据采集单元采集降雨信息、河道信息和地形信息，并将其发送至服务器保存；其中降雨信息包括降雨强度和降雨时长；河道信息包括河道宽度、深度、位置、形态、水流速和水位；地形信息包括地形图和土壤含水率；

降雨预警单元通过对降雨信息进行分析得到降雨指数，具体为：

监测到开始下雨时，则记为监测周期开始时刻；当监测到山丘开始降雨并且降雨量大于设定雨量阈值时，则进行降雨监测；提取降雨强度实时变化数据，并生成降雨强度随时间变化的柱形图；将降雨强度与设定的强度区间进行比较分析，当降雨强度大于设定的强度区间中的最大值时，说明当前降雨强度很大，则将该降雨强度记为强降雨；当降雨强度处于设定的强度区间之内时，说明当前降雨强度处于较大状态，则将降雨强度记为中降雨；当降雨强度小于设定的强度区间中的最小值时，说明当前降雨强度较小，则将当前该降雨强度记为微降雨；统计此次降雨开始时刻到系统当前时刻之内强降雨、中降雨和微降雨的数量，并将其分别记为J1、J2和J3；将记为强降雨、中降雨、微降雨的降雨强度分别进行求和得到强降和、中降和、微降和，并将其分别记为H1、H2、H3；

统计此次降雨开始时刻到系统当前时刻之内的降雨时长，将降雨时长依据降雨强度进行划分，将降雨时长划分为强降雨时段、中降雨时段和微降雨时段，并将其分别记为D1、D2和D3；

利用设定的公式计算得到降雨指数JHD，其中a1、a2和a3分别为设定的比例系数；将降雨指数发送至河道预警单元、地形预警单元和预警通知单元；

将降雨指数与设定的指数区间进行比较分析，当降雨指数大于设定的指数区间中的最大值时，说明此时不仅降雨强度大并且降雨时长也长，则生成一级红色降雨预警；当降雨指数处于设定的指数区间之内时，说明此时降雨综合指数较大，则生成二级橙色降雨预警；当降雨指数小于设定的指数区间中的最小值时，说明此时降雨综合指数比较小，则生成三级黄色降雨预警；将一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警发送至服务器，由服务器通过短信的形式将降雨预警类型发送至降雨范围内所有居民的手机端进行提示；

河道预警单元对河道参数进行分析得到河道预警值，具体为：

在河道每间隔10m的位置设置一个监测点，用于监测河道宽度和深度，并将两者进行乘积计算得到该监测点的河道截面积，据此得到河道每个监测点的河道截面积；将河道截面积与设定的面积区间进行比较分析，当河道截面积大于设定的面积区间中的最大值时，说明该监测点的河道截面积较大，则将该监测点的河道截面积记为宽截面积；当河道截面积处于设定的面积区间中之内时，说明该监测点的河道截面积正常，则将该监测点的河道截面积记为常截面积；当河道截面积小于设定的面积区间中的最小值时，说明该监测点的河道截面积较窄，则将该监测点的河道截面积记为窄截面积；分别统计宽截面积、常截面积和窄截面积的数量，并将其记为J4、J5和J6；

统计监测点的数量，将所有的截面积进行求和计算得到和值再将其除以监测点的数量得到平均截面积PS；

利用公式计算得到截面积因数WD1；其中b1和b2分别为设定的比例系数，且b1＞0＞b2；由公式可知，窄截面积的数量越多表示经过河道截面积流量越小，河道行洪能力越小，截面积因数越小；

需要说明的是河道的最小截面积决定了河道的流量，河道的流量是指单位时间内通过河道横截面的水量，而河道的最小截面积则是指河道横截面中最窄的部分的面积，当河道的流量超过其最大承载能力时，就会发生洪水漫溢；

采用GPS技术实时记录河道的位置和形态，并对河道形态进行识别得到弯曲位置，提取弯曲位置的弯曲半径R和弧长L；利用公式计算得到弯曲度wd1，其中c1和c2分别为设定的比例系数；

提取所有弯曲位置的弯曲度，并将其进行求和计算得到总弯曲度wd1；统计弯曲位置的数量wd2，利用公式计算WD2=d1×wd1+d2×wd2得到弯曲因数WD2，其中d1和d2分别为设定的比例系数；

需要说明的是河道弯曲程度越大，水流的阻力就越大，水流速度就会减缓，从而使得河道的行洪能力相对较低；此外，弯曲的河道还容易形成水流的旋涡和漩涡，增加了水流的混乱程度，进一步降低了河道的行洪能力；

获取河道监测点的截面积被记为窄截面积的监测点水位，将其与对河道监测点的深度进行差值计算得到允许水位差，将所有允许水位差进行均值计算得到平均水位差，并将其记为WD3，

获取河道监测点的截面积被记为窄截面积的监测点水流速，将所有水流速进行均值计算得到平均流速，并将其记为WD4；

获取河道坡度和河道长度，将河道坡度WD5、河道长度WD6、截面积因数WD1、弯曲因数WD2、平均水位差WD3、平均流速WD4和降雨指数JHD通过设定的公式计算得到行洪匹配指数PWD，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7为设定的比例系数，μ1为设定的校正因子；当匹配指数大于设定的匹配区间中的最大值时，说明当前河道行洪能力与当前降雨状态严重不匹配，存在较大的河道洪水漫溢成灾的可能性，则将该河道记为一级危险河道；当匹配指数处于设定的匹配区间之内时，说明当前河道行洪能力与当前降雨状态匹配，存在河道洪水漫溢成灾的可能性较小，则将该河道记为二级危险河道；当匹配指数小于设定的匹配区间中的最小值时，说明当前河道行洪能力大于当前降雨产生的雨水量，将该河道记为三级危险河道；将生成的一级危险河道、二级危险河道和三级危险河道发送至服务器保存；

地形预警单元对山丘地形进行分析得到地形预警值，具体为：

利用GPS技术获取地形图，将地形图按照等面积划分成m个区域，其中m=1,2,3……n1，n1取值为正整数，n1表示区域总数；利用遥感技术获取区域内的地表图像，对地表图像进行识别得到山坡以及山坡参数、平地以及平地参数；其中山坡参数包括山坡占地面积、山坡上的植被覆盖面积、植被类型和植被高度；平地参数包括平地面积、平地上的植被覆盖面积、植被类型和植被高度；需要说明的是识别方法为数字高程模型（DEM）技术；遥感技术具体为卫星技术或者无人机技术；

提取山坡和平地植被类型，设定每种植被类型均对应一个植被类型系数，将植被类型与设定的所有植被类型进行匹配以得到对应的山坡和平地植被类型系数，并将山坡和平地植被类型系数分别记为SZ1、PZ1；需要说明的是，不同的植被类型对水土流失的抵抗能力有所不同；

提取山坡和平地土壤类型，设定不同的土壤类型分别对应一个土壤类型系数，将土壤类型与设定的所有土壤类型进行匹配以得到对应的山坡和平地土壤类型系数，并将山坡和平地土壤类型系数记为SZ2、PZ2；需要说明的是，不同的土壤类型对水分的渗透和保持能力不同；

提取监测周期开始时刻山坡和平地土壤含水率，并将其分别记为SZ7和PZ6；

将山坡植被类型系数SZ1、山坡土壤类型系数SZ2、山坡上的植被覆盖面积SZ3、山坡植被高度SZ4、山坡占地面积SZ5、坡度SZ6和山坡土壤含水率SZ7通过设定的公式计算得到山坡因数SH，其中k1、k2、k3、k4、k5、k6分别为设定的比例系数；将区域内所有山坡的山坡因数进行均值计算得到山坡因数均值/>；

将平地植被类型系数PZ1、平地土壤类型系数PZ2、平地上的植被覆盖面积PZ3、平地植被高度PZ4、平地面积PZ5和平地土壤含水率PZ6通过设定的公式计算得到平地因数PH，其中q1、q2、q3、q4、q5分别为设定的比例系数；

将山坡因数均值、因数均值PH和降雨指数JHD通过设定的公式计算得到地形预警值FUZ，其中r1、r2和r3分别为设定的比例系数；将地形预警值与设定的预警区间进行比较分析，当地形预警值大于设定的预警区间中的最大值时，说明此时该区域发生自然灾害的可能性较大，则将该区域记为高危区域；当地形预警值处于设定的预警区间之内时，说明此时该区域发生自然灾害的可能性较小，则将该区域记为中危区域；当地形预警值小于设定的预警区间中的最小值时，说明此时该区域对于降雨量能够很好地适应，则将该区域记低危区域；需要说明的是自然灾害指的是水土流失、滑坡和泥石流等，由于长时间的强降雨造成；

任选一区域为起始点，沿着地势低向高的方向设定一定范围为关联范围；计算关联范围内高危区域、中危区域和低危区域分别与起始点的最短距离，当该区域与起始点相邻，最短距离等于零，此时最短距离取单位长度，单位长度数值为1；将高危区域、中危区域和低危区域对应的地形预警值分别除以对应的最短距离得到危距值，再将关联范围内的危距值进行均值计算得到平均危距值；

将起始点对应的地形预警值和平均危距值分别乘以设定的比例系数得到的两个乘积，再将两个乘积进行求和计算得到危险指数，将危险指数与设定的危险区间进行比较分析，当危险指数大于设定的危险区间中的最大值时，则将该区域记为一级危险区域；当危险指数处于设定的危险区间之内时，则将该区域记为二级危险区域；当危险指数大小于设定的危险区间中的最小值时，则将该区域记为安全区域；将生成的一级危险区域、二级危险区域和安全区域发送至服务器保存；不仅分析区域内自身地形因素影响造成自然灾害的可能，进一步分析依据地势的原因各区域之间的相互影响，使得由于降雨导致自然灾害的预警更加准确；

当同时监测到降雨指数小于设定的设定降雨阈值、土地含水率小于设定的含水率阈值和河道水位小于设定水位阈值时，则结束降雨预警监测，并将结束降雨预警监测的时刻记为结束时刻，开始时刻和结束时刻构成一个监测周期；将降雨监测周期内的所有信息保存至服务器，并以降雨地区的开始日期和结束日期命名，为以后的当地的水文循环和水文周期的研究提供数据基础。

实施例2：

在实施例1的基础上，预警通知单元将在一级危险区域和一级危险河道一定距离范围内的居民进行预警疏散通知，引导其前往安全区域，具体为：

设定每个安全区域均对应一个可容纳人数，统计当前安全区域内的实际人数，当实际人数等于可容纳人数时，则将该安全区域记为满员安全区域；当实际人数小于可容纳人数时，则将可容纳人数减去实际人数得到容纳余量，并将该安全区域记为可容纳区域；同时当容纳余量减少至零时，将该安全区域记为满员安全区域；

将距离一级危险区域和一级危险河道一定距离范围内的居民记为待转移居民；向待转移居民的手机端发送位置获取指令以获取待转移居民的实时位置，依据待转移居民的实时位置调取距离最近的可容纳安全区域和容纳余量，并将最近的可容纳安全区域记为目标避难点；将可容纳安全区域的容纳余量减一；

利用地形图像，以待转移居民当前位置为出发点，目标避难点为目的地生成若干条前往路径；当前往路径中涉及一级危险区域时，则记为危险路径，将前往路径去除危险路径之后剩余的路径记为初选路径；

计算初选路径的总长，并将其记为G1，统计初选路径中涉及的区域和区域地形预警值，将初选路径涉及的区域预警值进行求和计算得到预警和值，并将其记为G2；统计涉及的区域中二级危险区域的数量，并将其记为涉及危险区域数量G3;

将初选路径的总长、预警和值、涉及危险区域数量通过设定的公式计算得到路径值LGZ，其中g1、g2和g3分别为设定的比例系数，μ2为设定的校正因子；将路径值最小的初选路径记为目标路径，并生成目标路径的路线图发送至待转移居民的手机端，以方便待转移居民在危险的情况下能够避开危险区域，在安全合理的情况下最快的到达目标避难点，能够为待转移居民提供有效的帮助；

后勤管理模块提取安全区域内的人数，并依据安全区域内的人数匹配到对应人数的救援人员，将受灾居民集中至安全区域进行避难，救援人员能够充分了解待救援人员情况，方便实施救援。

进一步地，本发明通过监测降雨强度和降雨时长，并将两者进行深化分析得到降雨指数，并将降雨指数与设定的区间进行比较分析生成一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警，并通过短信的形式将降雨预警类型发送至降雨范围内所有居民的手机端进行提示，实现降雨的初步预警；

进一步地，本发明通过在设置在河道的监测点以监测河道宽度和深度，将宽度和深度计算得到河道截面积，并通过对河道监测点截面积进行数值化分析得到截面积因数；采用GPS技术实时记录河道的形态，并识别到弯曲位置，对弯曲位置的弯曲程度进行量化处理得到弯曲度，再将所有弯曲位置的弯曲度和弯曲位置的数量进行数值化处理得到弯曲因数；提取记为窄截面积的监测点的水流速和水位，将水流速进行均值计算得到平均流速，同时将水位减去对应位置的深度得到允许水位差，将所有允许水位差进行均值计算得到平均水位差；再将河道坡度、河道长度、截面积因数、弯曲因数、平均水位差、平均流速和降雨指数进行数值化分析得到行洪匹配指数，并将其与设定的区间进行比较分析，生成一级危险河道、二级危险河道和三级危险河道；

进一步地，本发明通过将地形图按照等面积划分成m个区域；对每个区域内的山坡和平地分别进行分析得到山坡因数和平地因数，统计区域内所有山坡的山坡因数，并进行均值计算得到山坡因数均值；再将山坡因数均值、平地因数和降雨指数进行数值化分析得到地形预警值，将其与设定的区间进行比较分析，将区域分成高危区域、中危区域和低危区域；任选一区域为起始点，沿着地势低向高的方向设定一定范围为关联范围，计算关联范围内的区域对起始点的影响，进一步地将高危区域、中危区域和低危区域划分为一级危险区域、二级危险区域和安全区域；不仅分析区域内自身地形因素影响造成自然灾害的可能，进一步分析依据地势的原因区域之间的相互影响，使得由于降雨导致自然灾害的预警更加准确；

进一步地，本发明通过分析待转移居民的位置和最近的可容纳区域的位置生成若干条路径，对路径的总长、危险程度进行量化分析处理得到路径值，将路径值最小的路径记为目标路径，并生成目标路径的路线图发送至待转移居民的手机端，以方便待转移居民在危险的情况下能够避开危险区域，在安全合理的情况下最快的到达目标避难点，能够为待转移居民提供有效的帮助。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种山丘降雨监测预警系统，包括数据采集单元和服务器，数据采集单元采集降雨信息、河道信息和地形信息，并将其发送至服务器保存；其特征在于，还包括：地形预警单元；

地形预警单元对山丘地形进行分析得到地形预警值，并依据地形预警值进行预警的具体步骤为：

101：获取山丘地形图，将地形图按照等面积划分成若干个区域；利用遥感技术获取区域内的地表图像，对地表图像进行识别得到山坡以及山坡参数、平地以及平地参数；其中山坡参数包括山坡占地面积、山坡上的植被覆盖面积、植被类型和植被高度；平地参数包括平地以及平地面积、平地上的植被覆盖面积、植被类型和植被高度；

102：提取山坡和平地植被类型，设定每种植被类型均对应一个植被类型系数，将植被类型与设定的所有植被类型进行匹配以得到对应的山坡和平地植被类型系数；

103：提取山坡和平地土壤类型，设定不同的土壤类型分别对应一个土壤类型系数，将土壤类型与设定的所有土壤类型进行匹配以得到对应的山坡和平地土壤类型系数；

104：提取监测周期开始时刻山坡和平地土壤含水率；

105：将山坡土壤含水率SZ7、山坡土壤类型系数SZ2、山坡占地面积SZ5、山坡上的坡度SZ6、植被覆盖面积SZ3、植被类型系数SZ1和植被高度SZ4通过设定的公式计算得到山坡因数SH，其中k1、k2、k3、k4、k5、k6分别为设定的比例系数，将区域内所有的山坡因数进行均值计算得到山坡因数均值；

106：将平地土壤含水率PZ6、平地土壤类型系数PZ2、平地面积PZ5、平地上的植被覆盖面积PZ3、植被类型系数PZ1和植被高度PZ4通过设定的公式计算得到平地因数PH，其中q1、q2、q3、q4、q5分别为设定的比例系数；

107：将山坡因数均值、平地因数PH和降雨指数JHD通过设定的公式计算得到地形预警值FUZ，其中r1、r2和r3分别为设定的比例系数；将地形预警值与设定的预警区间进行比较分析，将区域划分为高危区域、中危区域和低危区域；

108：任选一区域为起始点，沿着地势低向高的方向设定一定范围为关联范围；计算关联范围内高危区域、中危区域和低危区域分别与起始点的最短距离；将高危区域、中危区域和低危区域对应的地形预警值分别除以对应的最短距离得到危距值，再将有关联范围内的危距值进行均值计算得到平均危距值；

109：将起始点对应的地形预警值和平均危距值进行数值化分析得到危险指数，将危险指数与设定的区间进行比较分析，将高危区域、中危区域和低危区域进一步划分成一级危险区域、二级危险区域和安全区域，并将其发送至服务器保存。

2.根据权利要求1所述的一种山丘降雨监测预警系统，其特征在于，其特征在于，还包括降雨预警单元、河道预警单元、预警通知单元和后勤管理单元；

降雨预警单元通过对降雨信息进行深化分析得到降雨指数并将其发送至河道预警单元和地形预警单元；将降雨指数与设定的区间进行比较分析得到一级红色降雨预警、二级橙色降雨预警和三级黄色降雨预警，将其发送至服务器保存；

河道预警单元通过对河道的截面积和弯曲程度进行量化分析得到截面积因数和弯曲因数；对水位、深度和水流速进行预处理得到平均水位差和平均水位流速；再将河道坡度、河道长度、截面积因数、弯曲因数、平均水位差、平均流速和降雨指数进行归一化处理并取其数值，对数值分析得到行洪匹配指数，并据此判断河道行洪能力是否和当前降雨指数相匹配，生成一级危险河道、二级危险河道和三级危险河道，将其发送至服务器保存；

预警通过单元通过根据一级危险区域和一级危险河道的位置，将距离一级危险区域和一级危险河道一定距离范围内的居民记为待转移居民，并待转移居民进行预警疏散转移通知；

后勤管理单元提取安全区域内的人数，并依据安全区域内的人数匹配到对应人数的救援人员，并将安全区域内的位置和人数发送至救援人员的手机端。

3.根据权利要求2所述的一种山丘降雨监测预警系统，其特征在于，降雨预警单元通过对降雨信息进行深化分析得到降雨指数，其中深化分析的具体步骤为：

当监测到山丘开始降雨并且降雨量大于设定雨量阈值时，则进行降雨监测；提取降雨强度，将降雨强度与设定的强度区间进行比较分析，生成强降雨、中降雨和微降雨；

统计此次降雨开始时刻到系统当前时刻之内强降雨、中降雨和微降雨的数量；将记为强降雨、中降雨、微降雨的降雨强度分别进行求和得到强降和、中降和、微降和；

统计此次降雨开始时刻到系统当前时刻之内的降雨时长，将降雨时长依据降雨强度进行划分，将降雨时长划分为强降雨时段、中降雨时段和微降雨时段；

将强降雨时段、中降雨时段、微降雨时段、强降和、中降和、微降和、强降雨的数量、中降雨的数量和微降雨的数量进行归一化处理并取其数值，对数值进行分析得到降雨指数。

4.根据权利要求2所述的一种山丘降雨监测预警系统，其特征在于，河道预警单元对河道的截面积、弯曲程度的量化分析和对水位、深度和水流速的预处理的具体步骤为：

在河道每间隔一定距离的位置设置一个监测点以监测该位置的河道宽度和深度，并将两者进行乘积计算得到该监测点的河道截面积；将河道截面积与设定的区间进行比较分析，将监测点的河道截面积分为宽截面积、常截面积和窄截面积；分别统计宽截面积、常截面积和窄截面积的数量；

统计监测点的数量，将所有的截面积进行求和计算得到和值再将其除以监测点的数量得到平均截面积；将平均截面积、宽截面积、常截面积和窄截面积的数量进行数值化分析得到截面积因数；

提取河道形态并对河道形态进行识别得到弯曲位置，提取弯曲位置的弯曲半径和弧长，并将两者进行数值化分析得到弯曲度；

统计弯曲位置的数量，提取弯曲位置的弯曲度，将所有弯曲位置的弯曲度进行求和计算得到总弯曲度，将总弯曲度和弯曲位置的数量利用进行数值化分析得到弯曲因数；

提取河道监测点的截面积被记为窄截面积的监测点水位，将其与对河道监测点的深度进行差值计算得到允许水位差，将所有允许水位差进行均值计算得到平均水位差；

获取河道监测点的截面积被记为窄截面积的监测点水流速，将所有水流速进行均值计算得到平均流速。

5.根据权利要求2所述的一种山丘降雨监测预警系统，其特征在于，预警通知单元对待转移居民进行预警疏散转移通知，具体为：

设定每个安全区域均对应一个可容纳人数，统计当前安全区域内的实际人数，当实际人数小于可容纳人数时，则将可容纳人数减去实际人数得到容纳余量，并将该安全区域记为可容纳区域；当容纳余量减少至零时，将该安全区域记为满员安全区域；

向待转移居民的手机端发送位置获取指令以获取待转移居民的实时位置，依据待转移居民的实时位置调取距离最近的可容纳安全区域和容纳余量，并将最近的可容纳安全区域记为目标避难点，将可容纳安全区域的容纳余量减一；

以待转移居民当前位置为出发点，目标避难点为目的地生成若干条前往路径；当前往路径中涉及一级危险区域时，则记为危险路径，将前往路径去除危险路径之后剩余的路径记为初选路径；

计算初选路径的总长；

统计初选路径中涉及的区域和区域地形预警值，将初选路径涉及的区域预警值进行求和计算得到预警和值；

统计涉及的区域中二级危险区域的数量，并将其记为涉及危险区域数量；

将初选路径的总长、预警和值、涉及危险区域数量进行数值化分析得到路径值，将路径值最小的初选路径记为目标路径，并生成目标路径的路线图发送至待转移居民的手机端。