一種基於網格的防汛指揮研判系統的製作方法
2023-06-26 23:47:22
本發明一種基於網格的防汛指揮研判系統。
背景技術：
防洪減災措施主要包括工程措施和非工程措施。工程措施由於在防洪減災中的顯著效益，一致受到人們的青睞，各國都不遺餘力地修建堤防、水庫等防洪工程，提高防洪標準。但一方面是巨大的防洪工程資金投入,另一方面卻是難以遏制的洪災發生頻率增加，洪災損失持續上升的趨勢。非工程防洪措施就是通過洪水預報、防洪調度、分洪、滯洪、立法、洪水保險、洪泛區管理等非工程措施減少災害或減輕災害可能帶來的損失。防汛指揮決策支持系統是多種非工程防洪措施的集成系統，它以計算機技術、網絡通訊技術和遙感技術等為基礎，通過對各種防汛信息的自動採集、實時傳輸、綜合分析和智能處理，及時、正確地實施防汛搶險救災指揮調度。對於有效地減輕洪水災害損失，保障人民生命財產安全，具有重大意義。
目前絕大部分防汛指揮決策系統基於 GIS 平臺建設，以 WEBGIS 為集成框架，實現防汛相關的空間數據的顯示、查詢、編輯、專題製圖、地圖發布等功能。GIS 平臺包括二維 GIS 平臺和三維 GIS 平臺。
二維 GIS 平臺具備通用的 GIS 功能，以地理信息為基礎，將水利工程信息管理相關業務與 GIS 技術相結合，實現對空間與屬性數據的管理與展示。具體要求包括：支持 Shape files 數據格式，同時支持柵格圖像格式，如 BMP、GIF、PNG、JPEG 等；能夠對地圖進行放大、縮小、漫遊、選擇等操作；可以進行圖層控制及實現動態圖層，可以生成專題地圖；能對地圖進行相應的點擊查詢、拉框查詢、任意多邊形查詢等操作；能對地圖按對象進行查詢，實現對象的定位及閃爍功能，同時能實現測距等空間量算功能。三維 GIS 平臺中，地理信息以三維虛擬化的方式逼真展示，並將水利工程信息管理相關業務與三維數據相結合，實現對空間與屬性數據的管理與展示，提高信息應用的深度和廣度。
目前防汛指揮決策支持系統主要功能主要包括日常狀態下的值班管理、汛情簡報、信息值守、傳真管理、簡訊管理以及應急狀態下（颱風、暴雨期間）以災害為主題的防汛會商、防風會商、防臺會商。以防臺會商為例主要功能包括在GIS地圖上疊加展示實時雨情、實時水情、實時風情、颱風路徑、實時工情、視頻信息、搶險隊伍、防汛物資、避災場所；查看實時統計報表、查看接收傳真、進行簡訊發送；能夠進行會商管理，自動生成會商材料；能夠實時了解城市內澇情況，查看城市內河水位、城市水利工程工情信息。
目前技術主要存在以下缺點：
（1）基於GIS平臺防汛指揮決策系統在應急狀態指揮決策時，往往只能以行政區域關注大面上的整體分布信息或者點上的詳細信息，但災害期間的災害事件發生往往發生在一定的區域範圍，因此基於GIS平臺的防汛指揮決策系統不能夠進行針對性的分析、指揮和研判。
（2）由於基於GIS防汛指揮決策系統只能呈現整體面上信息和點上信息，因此未能進行相關連點的組網分析，以網格化為單元格，能夠進行單元格內相關信息的關聯、對比和呈現。
（3）災害天氣期間會商，需要掌握歷史、現在和未來的信息，目前絕大部分系統均能夠實現實時信息的動態掌握，對於未來的降雨和洪水預報由於客觀條件的限制往往存在一定偏差，而歷史信息作為確定信息往往對於災害期間的研判具有至關重要的作用，目前已有系統往往只是對歷史資料進行簡單的羅列，未能智能進行相似度分析，為用戶呈現相似度高的具有參考意義的歷史洪水數據。
技術實現要素：
本發明的目的是針對以上不足之處，提供了一種基於網格的防汛指揮研判系統，通過網格化劃分，防汛更加直觀形象化。
本發明解決技術問題所採用的方案是：一種基於網格的防汛指揮研判系統，包括以下步驟：
步驟S1：對轄區進行網格劃分，形成一個以上的網格,以網格為單位，在每個網格中分別設置一個以上的水雨情信息監測站，用於實時採集對應網格中當前水雨情數據；每個網格內的水雨情信息監測站將當前水雨情數據實時傳輸到防汛指揮研判系統的數據中心；
步驟S2：以網格為單位，通過防汛指揮研判系統將每個網格的當前水雨情數據與對應網格的歷史水雨情數據相關聯，並且將每個網格內的歷史水雨情數據、與對應歷史水雨情數據相關聯的歷史調度數據、歷史受災數據和歷史轉移路線分別建立歷史水雨情資料庫、歷史調度資料庫、歷史受災資料庫和歷史轉移路線資料庫；
步驟S3：以網格為單位，通過防汛指揮研判系統進行相似度分析，獲取與對應網格內當前水雨情數據相似度最高的歷史水雨情數據，同時獲取與該歷史水雨情數據對應的歷史調度數據、歷史受災數據和歷史轉移路線；
步驟S4：以網格為單位，防汛指揮研判系統的數據中心將對應網格內採集的水雨情數據，輸入至水文預測模型進行預測分析，得到每個網格內的未來降雨預測數據；
步驟S5：以網格為單位，獲取每個網格內的社會經濟數據和基層防汛體系數據；
步驟S6：以網格為單位，通過防汛指揮研判系統將每個網格內的當前水雨情數據、與當前水雨情數據對應的相似最高的歷史水雨情數據、未來降雨預測數據、社會經濟數據以及基層防汛體系數據在GIS地圖中進行可視化展示。
進一步的，在步驟S1中，所述網格劃分分別以水庫及水庫集水區包圍區域、小流域或圩區進行劃分；若以水庫及水庫集水區包圍區域進行網格劃分，則選擇的受災區域內的所有水庫，以每個水庫為中心，以水庫及水庫集水區包圍區域為一個單元格，形成一個以上的網格，並對每個網格依次進行數字編號；
若以小流域進行網格劃分，則根據SL 653-2013《小流域劃分及編碼規範》進行小流域的劃分，形成一個以上的網格，並對每個網格依次進行編號；
若以圩區進行網格劃分，則將轄區內已有的圩區進行網格劃分，劃分為一個以上的網格，並對每個網格依次進行編號。
進一步的，在步驟S5中，所述的社會經濟數據包括人口數量和分布、人口結構以及工況企業數量分布信息；所述基層防汛體系數據包括責任人、責任人聯繫方式、防汛物資、避災場所、轉移路線、搶險隊伍信息。
進一步的，在步驟S6中，在GIS地圖中同時呈現與所述相似最高的歷史水雨情數據相關聯的歷史調度數據、歷史受災數據和歷史轉移路線。
進一步的，在步驟S3中，防汛指揮研判系統將每個網格的當前水雨情數據與對應網格的歷史水雨情資料庫相關聯，通過對水雨情的絕對值和變化率兩個因素進行相似度的計算和分析，獲取與對應網格內當前水雨情數據相似度最高的歷史水雨情數據。
進一步的，每個水雨情信息監測站包括一控制單元和與所述控制單元電連的水位採集模塊、雨量採集模塊、圖像採集模塊、通訊模塊和預警模塊,通過水位採集模塊和雨量採集模塊分別採集網格的水位信息以及雨量變化信息，獲取對應網格內的水漲信息；通過圖像採集模塊實現實時監測對應網格內的圖像信息，將圖像信息通過通信模塊傳輸至防汛指揮研判系統的數據中心。
進一步的，所述控制單元為單片機，所述雨量採集模塊為翻鬥式雨量傳感器，所述通訊模塊為GPRS通訊模塊，所述預警模塊為聲光報警器。
進一步的，所述防汛指揮研判系統的數據中心通過所述GPRS通訊模塊自動關聯每個網格內的水雨情信息監測站。
與現有技術相比，本發明有以下有益效果：本發明根據防災減災的特點進行網格的劃分，並且以網格為單位將相似的歷史水雨情數據、當前水雨情數據和未來降雨預測數據同時進行可視化展示，使得防汛研判更加具有針對性，並且更形象化，輔助災害天氣期間用戶能夠進行預警、指揮和決策。本發明提供的研判系統還能夠將基層防汛體系數據以網格為單位進行可視化展示，例如防汛物資、搶險隊伍、轉移路線進行直觀展示；同樣的社會經濟數據進行數位化，能夠以網格為單位，展示網格內人口數量，年齡結構、工礦情況，輔助決策者根據實際的社會經濟數據進行人員調度和搶救。
附圖說明
下面結合附圖對本發明專利進一步說明。
圖1為本發明實施例的研判系統的框圖。
圖2為本發明實施例的研判系統在GIS地圖上展示的示意圖。
圖3為本發明實施例的社會經濟數據的架構。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。
如圖1-3所示，本實施例的一種基於網格的防汛指揮研判系統，包括以下步驟：
步驟S1：對轄區進行網格劃分，形成一個以上的網格,以網格為單位，在每個網格中分別設置一個以上的水雨情信息監測站，用於實時採集對應網格中當前水雨情數據；每個網格內的水雨情信息監測站將當前水雨情數據實時傳輸到防汛指揮研判系統的數據中心；
步驟S2：以網格為單位，通過防汛指揮研判系統將每個網格的當前水雨情數據與對應網格的歷史水雨情數據相關聯，並且將每個網格內的歷史水雨情數據、與對應歷史水雨情數據相關聯的歷史調度數據、歷史受災數據和歷史轉移路線分別建立歷史水雨情資料庫、歷史調度資料庫、歷史受災資料庫和歷史轉移路線資料庫；
步驟S3：以網格為單位，通過防汛指揮研判系統進行相似度分析，獲取與對應網格內當前水雨情數據相似度最高的歷史水雨情數據，同時獲取與該歷史水雨情數據對應的歷史調度數據、歷史受災數據和歷史轉移路線；
步驟S4：以網格為單位，防汛指揮研判系統的數據中心將對應網格內採集的水雨情數據，輸入至水文預測模型進行預測分析，得到每個網格內的未來降雨預測數據；
步驟S5：以網格為單位，獲取每個網格內的社會經濟數據和基層防汛體系數據；
步驟S6：以網格為單位，通過防汛指揮研判系統將每個網格內的當前水雨情數據、與當前水雨情數據對應的相似最高的歷史水雨情數據、未來降雨預測數據、社會經濟數據以及基層防汛體系數據在GIS地圖中進行可視化展示。
從上述可知，本發明的有益效果在於：本發明分別按照水庫集水區、小流域、大流域、圩區等類別進行網格劃分，以網格為單位進行防汛分析，然後GIS地圖進行可視化展示，實現防汛研判提供參考。在GIS地圖上，可以以九宮格的形式將相似的歷史水雨情數據、當前水文數據和洪水預測數據展示在同一界面上，上三格展示相似度最高的歷史水雨情信息、歷史調度情況、歷史受災情況，中三格展示實時雨情信息/水情信息、實時調度情況、應急響應情況，下三格展示預測降雨量信息、預測水庫水情信息、預測河道水情信息等。
在本實施例中，在步驟S1中，所述網格劃分分別以水庫及水庫集水區包圍區域、小流域或圩區進行劃分；若以水庫及水庫集水區包圍區域進行網格劃分，則選擇的受災區域內的所有水庫，以每個水庫為中心，以水庫及水庫集水區包圍區域為一個單元格，形成一個以上的網格，並對每個網格依次進行數字編號；若以小流域進行網格劃分，則根據SL 653-2013《小流域劃分及編碼規範》進行小流域的劃分，形成一個以上的網格，並對每個網格依次進行編號；若以圩區進行網格劃分，則將轄區內已有的圩區進行網格劃分，劃分為一個以上的網格，並對每個網格依次進行編號。
在本實施例中，在步驟S5中，所述的社會經濟數據包括人口數量和分布、人口結構以及工況企業數量分布信息；所述基層防汛體系數據包括責任人、責任人聯繫方式、防汛物資、避災場所、轉移路線、搶險隊伍信息。如圖3所示為社會經濟數據的架構，如下表1為基層防汛體系數據架構。
表1 基層防汛體系數據架構
表1 基層防汛體系數據架構（續1）
表1 基層防汛體系數據架構（續2）
在本實施例中，在步驟S6中，在GIS地圖中同時呈現與所述相似最高的歷史水雨情數據相關聯的歷史調度數據、歷史受災數據和歷史轉移路線。
進一步的，在步驟S3中，防汛指揮研判系統將每個網格的當前水雨情數據與對應網格的歷史水雨情資料庫相關聯，通過對水雨情的絕對值和變化率兩個因素進行相似度的計算和分析，獲取與對應網格內當前水雨情數據相似度最高的歷史水雨情數據。在步驟S3中，防汛指揮研判系統通過以下方法進行相似度分析：系統自動計算當前水雨情數據第a小時水位與歷史水雨情數據上第b時的水位的絕對值，第a+1小時與歷史上第b+1小時水位的絕對值……,第a+n小時與歷史上第b+n小時的絕對值，同時計算當前a時到a+n時的斜率，歷史上b時到b+n時的斜率，最後計算a到a+1時與b到b+1時斜率的變化率，進行相似度比較，得到相似度最高的歷史水雨情數據，並且得到與該相似度最高的歷史水雨情數據相關聯的歷史調度數據、歷史受災數據以及歷史調度路線，在GIS地圖上進行同步顯示。
在本實施例中，每個水雨情信息監測站包括一控制單元和與所述控制單元電連的水位採集模塊、雨量採集模塊、圖像採集模塊、通訊模塊和預警模塊,通過水位採集模塊和雨量採集模塊分別採集網格的水位信息以及雨量變化信息，獲取對應網格內的水漲信息；通過圖像採集模塊實現實時監測對應網格內的圖像信息，將圖像信息通過通信模塊傳輸至防汛指揮研判系統的數據中心。
在本實施例中，所述控制單元為單片機，所述雨量採集模塊為翻鬥式雨量傳感器，所述通訊模塊為GPRS通訊模塊，所述預警模塊為聲光報警器。
進一步的，所述防汛指揮研判系統的數據中心通過所述GPRS通訊模塊自動關聯每個網格內的水雨情信息監測站。
本實施例的具體實施過程：
如圖2所示，以圩區進行網格劃分，則將轄區內已有的圩區進行網格劃分，得到一個以上的網格，W-1為第一個圩區網格，W-2為第二個圩區網格，W-3為第三個圩區網格；
以網格為單位，系統可以自動關聯每個圩區網格的實時監測信息（即當前水雨情數據），能夠看到該圩區範圍內所有水文監測點和監測數據；自動關聯預測預報信息（即未來降雨預測數據），如果有降雨和洪水預報模型則接入預報模型預報數據，若沒有則接入氣象降雨預報數據和水文部門經驗預報數據；自動關聯歷史參照數據（即歷史水雨情數據），根據實時降雨過程線和水位過程線，能夠跟歷史水雨情資料庫中歷史水位過程線和降雨過程線進行曲線相似度分析，系統自動判斷歷史上與該次水文過程最相似的歷史的暴雨洪水事件，並且調出該暴雨事件所有關聯的實時監測信息、歷史調度信息、受災信息、人員轉移信息；可以自動關聯基層防汛體系信息，將搶險物資、搶險隊伍、網格責任人、轉移路線基於地圖進行可視化展示；也可以同時自動關聯社會經濟數據，能夠知道該圩區範圍內的人口數量，年齡結構、工礦企業情況等。
綜上所述，本發明提供的一種基於網格劃分的防汛預警方法，以網格為單位，使得防汛更加具有針對性，並且更形象化，輔助災害天氣期間用戶能夠進行預警、指揮和決策。
上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。