一种基于气象和雨洪模型的城市内涝预警系统

技术领域

本发明涉及物联网、大数据技术领域，尤其涉及一种基于气象和雨洪模型的城市内涝预警系统。

背景技术

目前，大部分城市内涝预警系统均为针对城市下穿隧道、低凹处安装独立的液位传感器和报警指显示屏，进行内涝预报警，无法将降雨气象数据、内涝等级判定、应急指挥等功能模块进行深度整合，造成系统功能单一，缺乏交互；现有的排水系统运行的稳定性差，对于管道堵塞和雨洪内涝等危机事件的应急能力差。传统的城市内涝监测预警系统往往同城市应急指挥系统联系不够紧密，影响排涝效率，预警预报功能单一。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于气象和雨洪模型的城市内涝预警系统，包括：

物联网数据采集端，用于获取多个检测点水位数据、流速数据与泵站运行状态数据，并实时显示预警、报警结果；检测点水位数据包括地面积水深度数据、河道、管网窨井水位数据；

数据处理模块，用于对接收到的数据进行解码、去重、筛选、格式转换、分类、计算校验、统计分析、备份，将解码后的水位数据、流速数据与泵站运行状态数据结合GIS数字化地理信息以及气象预报信息，写入云管理平台库，将接收到的数据与云数据库、云案例库、云预案库进行匹配分析，将匹配分析结果发送至预警发布模块；

数据处理云平台模块，建立包括云数据库、云案例库和云预案库的云管理平台库，将采集端传输的数据发送到SWMM雨洪模型服务器，由SWMM雨洪模型服务器进行自动分析模拟，并实时接收SWMM雨洪模型服务器传送过来的预警数据，与云案例库进行比对，判定内涝等级，模拟分析排水系统的排水状况和排水能力；

SWMM雨洪模型服务器，用于建立SWMM雨洪分析模型，SWMM雨洪模型服务器存储有地形图数据、城市下垫面数据、管网数据、河流、湖泊边界数据，同时，SWMM雨洪模型服务器利用存储的地形、下垫面、管网数据，将云平台传输过来的雨量、水位数据，导入SWMM雨洪模型，模拟城市在当前降雨量下的排水能力，并将模拟结果进行存储，将重要点位的参数传递给云平台，由云平台进行比对预警；

气象数据存储分析系统，用于气象数据的接收与存储，气象数据来自于气象站和气象部门提供的降雨雷达回波图；

预警发布模块，包括：用于通过模拟仿真进行水位信息立体展示以及检测点的内涝预警显示、雨量预警显示的内涝预警显示模块；用于内涝信息查询与气象信息查询的内涝信息查询模块；用于检测点异常数据汇总与上报的内涝灾情管理模块与用于生成或导出城市积水数据、城市地理数据、内涝等级信息并在GIS地图显示检测点的分布，通过图形和报表形式显示检测点动态数据，并对超警戒的检测点进行预警、报警的数据维护模块；

决策调度模块，预设调度方案，根据人员阻组织架构和应急方案进行调度；

物联网数据采集端、SWMM雨洪模型模块、气象数据存储分析系统、预警发布模块、决策调度模块分别与数据处理云平台模块相连。

本发明的有益效果在于：本发明能够实现雨情、水情、工况、灾情的实时预警和监测，防汛业务工况实时交互；泵闸站运行的远程监控，通过提供监测预警、防汛调度、灾后重建等管理工作的决策支持，提升城市管理部门应对管道破裂和雨洪内涝等危机事件的应急能力，保障排水系统的稳定运行。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图；

图2是地面积水数据采集的原理图；

图3是泵站运行状态数据采集拓朴图

图4是河道水位数据采集拓朴图；

图5是管网窨井水位数据；

图6是数据处理云平台模块的原理图；

图7是数据处理云平台模块的功能图；

图8是预警发布模块的功能图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如附图1所示，本发明一种基于气象和雨洪模型的城市内涝预警系统，包括：

物联网数据采集端，用于获取多个检测点水位数据、流速数据与泵站运行状态数据，并实时显示预警、报警结果；检测点水位数据包括地面积水深度数据、河道、管网窨井水位数据；

数据处理模块，用于对接收到的数据进行解码、去重、筛选、格式转换、分类、计算校验、统计分析、备份，将解码后的水位数据、流速数据与泵站运行状态数据结合GIS数字化地理信息以及气象预报信息，写入云管理平台库，将接收到的数据与云数据库、云案例库、云预案库进行匹配分析，将匹配分析结果发送至预警发布模块；

如附图7所示，数据处理云平台模块，建立包括云数据库、云案例库和云预案库的云管理平台库，将采集端传输的数据发送到SWMM雨洪模型服务器，由SWMM雨洪模型服务器进行自动分析模拟，并实时接收SWMM雨洪模型服务器传送过来的预警数据，与云案例库进行比对，判定内涝等级，模拟分析排水系统的排水状况和排水能力；

SWMM雨洪模型服务器，用于建立SWMM雨洪分析模型，SWMM雨洪模型服务器存储有地形图数据、城市下垫面数据、管网数据、河流、湖泊边界数据，同时，SWMM雨洪模型服务器利用存储的地形、下垫面、管网数据，将云平台传输过来的雨量、水位数据，导入SWMM雨洪模型，模拟城市在当前降雨量下的排水能力，并将模拟结果进行存储，将重要点位的参数传递给云平台，由云平台进行比对预警；

气象数据存储分析系统，用于气象数据的接收与存储，气象数据来自于气象站和气象部门提供的降雨雷达回波图；

预警发布模块，包括：用于通过模拟仿真进行水位信息立体展示以及检测点的内涝预警显示、雨量预警显示的内涝预警显示模块；用于内涝信息查询与气象信息查询的内涝信息查询模块；用于检测点异常数据汇总与上报的内涝灾情管理模块与用于生成或导出城市积水数据、城市地理数据、内涝等级信息并在GIS地图显示检测点的分布，通过图形和报表形式显示检测点动态数据，并对超警戒的检测点进行预警、报警的数据维护模块；

决策调度模块，预设调度方案，根据人员阻组织架构和应急方案进行调度；

物联网数据采集端、SWMM雨洪模型模块、气象数据存储分析系统、预警发布模块、决策调度模块分别与数据处理云平台模块相连。

优选的，所述物联网数据采集端包括数据采集模块、LED显示屏、处理单元与无线数据传输模块；数据采集模块、无线数据传输模块、LED显示屏分别与处理单元相连；数据采集模块为雨量计、水位计、流量计、电子水尺中的一种或多种。

优选的，所述水位计为投入式水位计或超声波水位计或雷达水位计。

优选的，所述泵站运行状态数据包括泵站液位、流量、管道压力、水泵的电流电压。

优选的，所述用于泵站运行状态数据采集的物联网数据采集端包括电磁流量计、压力变送器、液位计、工业摄像机、变频器与无线数据传输模块；电磁流量计、压力变送器、液位计、工业摄像机、变频器分别与无线数据传输模块相连。

优选的，所述SWMM雨洪关系模型包括：接收转化模块，用于接收云平台数据库传递的实时气象降雨信息；SWMM雨洪关系数据模型处理单元。

本发明一种基于气象和雨洪模型的城市内涝预警监控调度系统，用以优化城市内涝监测预警、指挥调度，具体包括：物联网数据采集端、数据处理云平台模块、SWMM雨洪模型模块、气象数据存储分析系统、预警发布模块、决策调度模块。

物联网数据采集端，设置物联网数据采集设备，用于采集地面积水数据、泵站运行状态数据、河道水位数据、管网窨井水位数据。通过摄像头获取图像数据，通过LED显示屏显示；积水数据利用遥测站采集城市地面积水采集信息(水位、降雨量、流量数据)，转化为可传输的数据,再由分布在城市重点易涝区域的监测站将采集到的数据通过GPRS/4G/5G无线传输到监控中心，为系统提供实时数据，传输方式采用自报和查询的方式进行，能够确保自动、及时、准确地将动态监测数据传输至云数据库；

如附图2所示，地面积水数据采集，采用雨量计或液位计或电子水尺或流量计采集参数，采用无线通信的方式，设置蓄电池与信号避雷器，对积水点进行实时水位监测，确定积水点水位，提供内涝积水点的规模和范围、淹没水深、淹没历时、淹没道路、淹没单位；在线采集道路积水点、下沉式立交桥等内涝易发地点的监测站水位数据，以及排水管道水位信息。

如附图3所示，泵站运行状态数据，监测泵站及水泵的运行状态，包括，采集液位计、电磁流量计、压力变送器，用于采集泵站液位、流量，管道压力、水泵的电流、电压等，通过LoRa模块将数据上传到云数据库。

如附图4所示，河道水位数据，通过超声波水位计、雨量筒、工业摄像机等设备，实时采集、监测河道水位、雨量、水质、流量、流速等数据，实现现场图片抓拍、视频传输，便于通过数据、图片、视频的形式了解现场的状况。

如附图5所示，管网窨井水位数据，包括实时采集管网窨井水位数据和井盖开关状态，通过无线通讯MK和水位测量模块，水位测量模块采用投入式水位计或超声波水位计或雷达水位计。

对城市区域易形成积水的重点地段(如封闭式的地道桥、立交桥、快速路等)进行实时水位监测，并上传监控中心的数据处理系统。数据处理系统通过数据研判，生成内涝积水预警，并通过无线方式在重点地段两端的交通道口以显示屏、短信等方式发布警告信息，提醒前方积水情况。对积水点进行实时的水位、雨量、现场图像进行监测，物联网数据采集端由中心站和遥测站组成，遥测站主要监测各个积水点的实时信息并上传至数据处理系统。

在监控平台机房部署数据采集服务器，完成网络接入、协议转换、数据校检、数据存储、测站监控、运行管理和信息查询等任务，实现数据读取以及通过通讯模块，按照报汛机制和实际需要，向管理部门发送数据。

数据处理云平台模块，获取采集的地面积水数据、泵站运行状态数据、河道水位数据、管网窨井水位数据，去掉重复和不合理数据，并对数据进行解码，结合GIS数字化地理信息以及气象局的降水预报信息，进行匹配分析计算，并将其结果上传到云端，形成一个稳定、安全、高效的包括云数据库、云案例库和云预案库的云管理平台，并将动态数据与云案例库、云预案库相匹配，分析城市易涝重点区域的受灾情况，对实时数据进行基础信息分类、模拟仿真计算，筛除无效数据，并将加工处理后的数据传输到内涝预警系统平台，直接为城市防涝排涝提供参考依据。

云端处理后导出的数据，录入到数据处理系统，根据城市积水深度、积水范围、影响程度等现有气象资料和地形高程、下垫面属性、管网信息等地理信息数据，结合历史内涝数据及历史案例库，发送到本地的数据处理系统，数据处理系统采用相关性分析方法建立渍水点的SWMM雨洪关系模型，对城市积水点进行强降水过程分析，结合采集端传输的实时水位数据，判定内涝等级。

气象数据存储分析系统用于气象数据的接收与存储，数据来自于自动气象站和气象部门提供的降雨雷达回波图。

如附图8所示，预警发布模块，数据处理系统生成或导出的城市积水数据、城市地理数据、内涝等级、应急预案等信息，最终集成在预警发布模块。预警发布模块包括内涝预警显示单元、内涝信息查询单元、内涝灾情管理单元、数据维护单元；内涝预警显示单元通过模拟仿真提供城市地面积水信息和降水信息的实时、立体的展示，直观显示城市内涝动态；内涝信息查询单元为决策者提供精确的积水水位、管网状况、气象信息等数据，有效支撑应急决策；内涝灾情管理单元实现与其他部门及市民的双向沟通，实现灾情上报及灾情统计功能；数据维护单元可实现用户管理及实时数据的更新及修正。

通过预警发布模块实现在地图上显示各监测站点的分布情况，以图形和报表形式显示积水站点当前积水水位值、积水过程线等数据，并对超警戒的积水站点，以图标闪烁及声音提醒的方式进行预警，以便用户及时了解预警信息，同时可对人工上报的全市范围内积水信息，通过后台录入展示，此外还可与现有系统视频监控模块进行关联，对站点积水信息查询的同时，也可对积水现场附近已有视频点摄录的视频图像进行查看。

如附图6所示，决策调度模块，提供应急调度指挥机制、部门应急决策和协调机制、分级负责与响应机制和社会动员机制，形成预设的专项应急方案，为城市应急联动指挥中心提供决策支持，大大提高了城市应急联动能力，提高应急处置效率。

本发明能够实现雨情、水情、工况、灾情的实时预警和监测，防汛业务工况实时交互；泵闸站运行的远程监控，通过提供监测预警、防汛调度、灾后重建等管理工作的决策支持，提升城市管理部门应对管道破裂和雨洪内涝等危机事件的应急能力，保障排水系统的稳定运行。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。