CN113919806B - 一种防洪救灾管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防洪救灾管理系统，包括与控制中心通信连接的流域水位监测器、水体物质识别模块以及取样管理模块，通过本系统在发生洪灾时，控制中心工作人员可对洪灾情况有一个全盘了解，流域水位情况以及水质情况实时直观展示，并对污染源区域进行标记识别。进一步的，控制中心还可及时与现场巡查人员进行跟进，对疑似污染源区域进行逐点排查，追踪溯源，及时发现并制定策略阻断污染源泄漏点，防止污染扩大，降低灾后环境治理难度，有利于灾后尽快复工复产，降低灾难导致的经济损失；同时避免生态环境的破坏影响人们身心健康。

Description

一种防洪救灾管理系统

技术领域

本发明涉及自然灾害预警管理领域，尤其涉及一种防洪救灾管理系统。

背景技术

洪水是地球上最常见的自然灾害，影响着全球成千上万人的生活，每年造成约100亿美元的损失。洪灾威胁到人类生命安全，吞噬生命，冲毁建筑、道路、桥梁，淹没农田和村镇，而在洪水消退之后，进行生态环境的重建修复也是相当巨大的工作量，尤其是发生洪灾之时，由于洪水对厂房、设施设备的冲毁，对于某些重污染企业可能会由于洪灾导致大量污染源的泄露，例如重金属、高毒性、具有放射性等高危害污染物，这无疑对生态环境恢复工作带来极具挑战性，影响市民正常生产生活，延长了城市复工复产周期。因此，在发生洪灾的第一时间，若能及时对水体污染情况进行有效监测，当发生重污染泄露事件时，可指导相关部门及时展开救援措施，避免影响扩大，若能及时追踪溯源，还可直接杜绝污染源继续散发，对于灾后重建工作具有重大意义。

发明内容

本发明提供的一种防洪救灾管理系统，主要解决的技术问题是：在发生洪灾的第一时间及时对水体污染情况进行有效监测，有利于指导灾后重建。

为解决上述技术问题，本发明提供一种防洪救灾管理系统，包括与控制中心通信连接的流域水位监测器、水体物质识别模块以及取样管理模块，其中控制中心包括大屏显示看板；流域水位监测器包括水位计和无线传输模块，所述水位计设置于监测流域的不同位置，以检测流域水位值，并通过所述无线传输模块实时发送给控制中心；所述水体物质识别模块用于采集水面高光谱图像，用于对水体所含污染物进行分析监控；所述取样管理模块用于在所述水体物质识别模块检测到水体存在污染时，获取污染区地理位置信息，设置无人机飞行目的地，控制无人机前往目的地进行水体样本采集，并自动送往水质检测中心进行水体污染物检测，水质检测中心将检测结果实时发送给所述控制中心。

可选的，所述防洪救灾管理系统还包括：洪灾预测模块，用于获取未来一周的累计降水量预报数据，对未来一周进行洪灾预警。

可选的，所述洪灾预测模块包括：

第一数据获取模块，用于获取待预报区域的历史洪灾数据，包括发生洪灾之前的近一周累计降水量以及近一周径流变化量；并根据洪灾发生时间将历史洪灾数据分为汛期和非汛期两组；

第二数据获取模块，用于获取所述待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据，以及当前平均径流量，并确定当前是否属于汛期；

数据处理模块，用于若属于汛期，则将累计降水量预报数据与汛期组每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算；若否，则将累计降水量预报数据与非汛期组每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算；选择降水量差值满足预设阈值的目标历史洪灾数据；基于所述目标历史洪灾数据之发生洪灾之前的近一周径流变化量，绘制径流变化量随累计降水量的变化曲线；根据所述径流变化量随累计降水量的变化曲线，对所述待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据进行拟合，得到目标径流变化量；计算所述目标径流变化量与所述当前平均径流量之和值，作为所述待预报区域在未来一周的平均径流量；

预警模块，用于基于预设的流域平均径流量与洪灾等级之间的映射关系，确定所述待预报区域在未来一周的平均径流量所对应的目标洪灾等级，并在所述目标洪灾等级超过设定灾害等级时，进行预警。

可选的，所述洪灾预测模块还包括：

第三数据获取模块，用于获取所述待预报区域的卫星遥感图像；

图像处理模块，用于根据所述待预报区域在未来一周的平均径流量确定流域水位高度，基于流域水域高度确定卫星遥感图像中被流域淹没的区域，并进行标记展示。

本发明的有益效果是：

根据本发明提供的一种防洪救灾管理系统，包括与控制中心通信连接的流域水位监测器、水体物质识别模块以及取样管理模块，其中控制中心包括大屏显示看板；流域水位监测器包括水位计和无线传输模块，水位计设置于监测流域的不同位置，以检测流域水位值，并通过无线传输模块实时发送给控制中心；水体物质识别模块用于采集水面高光谱图像，用于对水体所含污染物进行分析监控；取样管理模块用于在水体物质识别模块检测到水体存在污染时，获取污染区地理位置信息，设置无人机飞行目的地，控制无人机前往目的地进行水体样本采集，并自动送往水质检测中心进行水体污染物检测，水质检测中心将检测结果实时发送给控制中心。在发生洪灾时，控制中心工作人员可对洪灾情况有一个全盘了解，流域水位情况以及水质情况实时直观展示，并对污染源区域进行标记识别。进一步的，控制中心还可及时与现场巡查人员进行跟进，对疑似污染源区域进行逐点排查，追踪溯源，及时发现并制定策略阻断污染源泄漏点，防止污染扩大，降低灾后环境治理难度，有利于灾后尽快复工复产，降低灾难导致的经济损失；同时避免生态环境的破坏影响人们身心健康。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种防洪救灾管理系统结构示意图；

图2为本发明实施例一的另一种防洪救灾管理系统结构示意图；

图3为本发明实施例一的径流变化量随累计降水量的变化曲线示意图。

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，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

为了解决洪灾污染监控不及时，灾后重建难度大，损失重的问题，本实施例提供一种防洪救灾管理系统，请参见图1，包括与控制中心10通信连接的流域水位监测器20、水体物质识别模块30以及取样管理模块40，其中控制中心10包括大屏显示看板11；流域水位监测器20包括水位计21和无线传输模块22，水位计21设置于监测流域的不同位置，以检测流域水位值，并通过无线传输模块22实时发送给控制中心10；水体物质识别模块30用于采集水面高光谱图像，用于对水体所含污染物进行分析监控；取样管理模块40用于在水体物质识别模块30检测到水体存在污染时，获取污染区地理位置信息，设置无人机飞行目的地，控制无人机前往目的地进行水体样本采集，并自动送往水质检测中心进行水体污染物检测，水质检测中心将检测结果实时发送给控制中心10。

控制中心10设置于相关部门监控室中心，工作人员24小时查看大屏显示看板11，保证灾情发生的第一时间及时处理。

无线传输模块22用于传输水位计21的水位值数据以及其他相关信息，包括但不限于该水位计21的编码、设置位置、所处流域段位等信息。其中，无线传输模块22具体可以是移动通信模块，例如4G、5G、6G无线数据传输模块。

水体物质识别模块30用于采集水面高光谱图像，基于水面高光谱图像，对水体中所含污染物种类进行分析识别，包括但不限于对水体浑浊度、高锰酸盐、氨氮、总磷和总氮进行分析监控，并实时监测是否有其他污染源趁机排污或由灾害引起的污染泄露，便于救灾的精准施救与监管。应当说明的是，水体物质识别模块30可以采用现有任意可基于高光谱图像识别水体物质的模块，对此不做限制。

基于水体物质识别模块30可大致分析监测得到疑似污染物区域，为了提高水质检测的精确性，本系统通过取样管理模块40进行现场取样并送至检测中心进行实验室水质检测。具体的，通过获取污染区地理位置信息，设置无人机飞行目的地，控制无人机前往目的地进行水体样本采集。应当理解的是，在无人机上设置样本采集装置，例如取样管进行取样采集，可采用现有任意水体样本采集装置，对此不做限制。只需要控制无人机与水面距离，保证无人机飞行安全即可。

无人机在采集完成水体样本之后，可将水体样本及时送往最近的检测中心，进行水质检测。

水质检测中心需要在完成检测后，及时将检测结果发送给控制中心，保证控控制中心第一时间获取到水体情况，及时制定防污扩散措施，避免污染物进一步扩大。

为了提前做好应急措施，降低洪灾造成的相关损失，提前获知洪灾发生概率，对洪水发生状况进行预报是十分重要的。为了，本方案的防洪救灾管理系统，还包括洪灾预测模块50，请参见图2，洪灾预测模块50用于获取未来一周的累计降水量预报数据，对未来一周进行洪灾预警。

具体的，洪灾预测模块50包括：

第一数据获取模块51用于获取待预报区域的历史洪灾数据，包括发生洪灾之前的近一周累计降水量以及近一周径流变化量；并根据洪灾发生时间将历史洪灾数据分为汛期和非汛期两组。

各地区的历史洪灾数据可通过中国各省份地区流域洪灾记录文献获取得到，具体不做限制。洪灾数据包括但不限于洪灾发生地、发生时间、结束时间、径流量、灾害损失以及其他具体情况等。同理，降水量/径流量可通过降水/各流域径流历史文献资料获取得到，基于洪灾发生期间，获取发生洪灾之前的近一周累计降水量和径流量。应当理解的是，累计降水量即近一周每一天降水量的总和；而近一周径流变化量是基于近一周的第一天对应的径流量与最后一天对应的径流量之差值。

汛期是指江河湖泊中由于流域内季节性降水、融冰、化雪，引起定时性水位上涨的时期。待预报区域所在流域将洪水发生时期划分汛期和非汛期，避免洪灾发生时间对预测结果的影响，提高预报精度。在我国各流域的汛期大致划分如下：珠江流域：4-9月，长江流域：5-10月，淮河流域：6-9月，黄河流域：6-10月，海河流域：6-9月，辽河流域：6-9月，松花江流域：6-9月，其它月份为非汛期。具体划分情况以及不同流域对应不同汛期，本实施例对此不做限制。

第二数据获取模块52用于获取待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据，以及当前平均径流量，并确定当前是否属于汛期。

降水量预报数据可基于各大气象局中心获取，包括但不限于中国气象局、欧洲气象局、美国气象局等。待预报区域当前平均径流量可通过实测数据得到。

数据处理模块53用于若属于汛期，则将累计降水量预报数据与汛期组每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算；若否，则将累计降水量预报数据与非汛期组每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算；选择降水量差值满足预设阈值的目标历史洪灾数据；基于目标历史洪灾数据之发生洪灾之前的近一周径流变化量，绘制径流变化量随累计降水量的变化曲线；根据径流变化量随累计降水量的变化曲线，对待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据进行拟合，得到目标径流变化量；计算目标径流变化量与当前平均径流量之和值，作为待预报区域在未来一周的平均径流量。

在获取各流域汛期时间之后，根据待预报区域所属流域以及当前时期，即可确定是否处于汛期。

将待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据，与汛期组中每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算，目的是筛选得到与当前相似的历史降水量样本，从而基于相似历史样本的数据对未来可能发生洪灾的概率进行预报，提高预报精度。

通过将历史洪灾数据分为汛期和非汛期，以提供两组历史样本，分别针对不同时期的流域径流量进行预测，避免洪灾发生时间对预测结果的影响，提高预报精度。

降水量(precipitation)是指一定时间内，从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)水，未经蒸发、渗透、流失，而在水平面上积聚的深度。以mm为单位。本实施例中，预设阈值可基于实际需求灵活设置，例如[-1mm,+1mm]、[-5mm，+5mm]等。

假设满足预设阈值的历史洪灾数据有3个，分别是径流变化量R1(其近一周对应累计降水量为P1)、径流变化量R2(其近一周对应累计降水量为P2)、径流变化量R3(其近一周对应累计降水量为P3)，请参见图3所示；基于径流变化量值进行连线，然后对所连直线进行平滑处理，得到径流变化量随累计降水量的变化曲线。在本发明的其他实施例中，绘制径流变化量随累计降水量的变化曲线的方式，可以采用现有其他方式，对此不做限制。

可选的，根据绘制得到的径流变化量随累计降水量的变化曲线，以及待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据，即可唯一确定与之对应的径流变化量，即目标径流变化量，假设待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据为P，则对应可唯一确定目标径流变化量为R，请继续参见图3。

根据预报得到的目标径流变化量，以及待预报区域当前实际的平均径流量，通过两者求和，即可得到未来一周可能逼近的径流预报值，实现径流预报。

预警模块54用于基于预设的流域平均径流量与洪灾等级之间的映射关系，确定待预报区域在未来一周的平均径流量所对应的目标洪灾等级，并在目标洪灾等级超过设定灾害等级时，进行预警。

本实施例中，应当理解，当降水量增加，通常径流量增加，随着径流量的增加，水量过大就越不可控，发生洪灾的可能性就越大；通过预设流域平均径流量与洪灾等级之间的映射关系，即可确定与待预报区域在未来一周的平均径流量所对应的洪灾等级，该洪灾等级即为目标洪灾等级，从而实现根据径流量情况完成对洪灾危险情况的预报。

其中，预设流域平均径流量与洪灾等级之间的映射关系，可基于实际情况灵活设置，请参见如下表1所示：

表1

平均径流量r	洪灾等级
		r＜r1	低风险
r1≤r≤r2	中风险
		r2＜r	高风险

其中，设定灾害等级可根据实际情况灵活设置，对此不做限制。例如，设定灾害等级为“高风险”。

在本发明的其他实施例中，请继续参见图2，洪灾预测模块50还包括：

第三数据获取模块55用于获取所述待预报区域的卫星遥感图像；

图像处理模块56用于根据所述待预报区域在未来一周的平均径流量确定流域水位高度，基于流域水域高度确定卫星遥感图像中被流域淹没的区域，并进行标记展示。

本发明提供的防洪救灾管理系统，包括与控制中心通信连接的流域水位监测器、水体物质识别模块以及取样管理模块，其中控制中心包括大屏显示看板；流域水位监测器包括水位计和无线传输模块，水位计设置于监测流域的不同位置，以检测流域水位值，并通过无线传输模块实时发送给控制中心；水体物质识别模块用于采集水面高光谱图像，用于对水体所含污染物进行分析监控；取样管理模块用于在水体物质识别模块检测到水体存在污染时，获取污染区地理位置信息，设置无人机飞行目的地，控制无人机前往目的地进行水体样本采集，并自动送往水质检测中心进行水体污染物检测，水质检测中心将检测结果实时发送给控制中心。在发生洪灾时，控制中心工作人员可对洪灾情况有一个全盘了解，流域水位情况以及水质情况实时直观展示，并对污染源区域进行标记识别。进一步的，控制中心还可及时与现场巡查人员进行跟进，对疑似污染源区域进行逐点排查，追踪溯源，及时发现并制定策略阻断污染源泄漏点，防止污染扩大，降低灾后环境治理难度，有利于灾后尽快复工复产，降低灾难导致的经济损失；同时避免生态环境的破坏影响人们身心健康。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种防洪救灾管理系统，其特征在于，包括与控制中心通信连接的流域水位监测器、水体物质识别模块以及取样管理模块，

其中控制中心包括大屏显示看板；

流域水位监测器包括水位计和无线传输模块，所述水位计设置于监测流域的不同位置，以检测流域水位值，并通过所述无线传输模块实时发送给控制中心；

所述水体物质识别模块用于采集水面高光谱图像，用于对水体所含污染物进行分析监控；

所述取样管理模块用于在所述水体物质识别模块检测到水体存在污染时，获取污染区地理位置信息，设置无人机飞行目的地，控制无人机前往目的地进行水体样本采集，并自动送往水质检测中心进行水体污染物检测，水质检测中心将检测结果实时发送给所述控制中心；

所述防洪救灾管理系统还包括洪灾预测模块，其中洪灾预测模块包括：

第一数据获取模块，用于获取待预报区域的历史洪灾数据，包括发生洪灾之前的近一周累计降水量以及近一周径流变化量；并根据洪灾发生时间将历史洪灾数据分为汛期和非汛期两组；

第二数据获取模块，用于获取所述待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据，以及当前平均径流量，并确定当前是否属于汛期；

数据处理模块，用于若属于汛期，则将累计降水量预报数据与汛期组每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算；若否，则将累计降水量预报数据与非汛期组每一次发生洪灾之前的近一周累计降水量进行差值计算；

选择降水量差值满足预设阈值的目标历史洪灾数据；

基于所述目标历史洪灾数据以计算发生洪灾之前的近一周径流变化量，绘制径流变化量随累计降水量的变化曲线；

根据所述径流变化量随累计降水量的变化曲线，对所述待预报区域在未来一周的累计降水量预报数据进行拟合，得到目标径流变化量；

计算所述目标径流变化量与所述当前平均径流量之和值，并将其作为所述待预报区域在未来一周的平均径流量；

预警模块，用于基于预设的流域平均径流量与洪灾等级之间的映射关系，确定所述待预报区域在未来一周的平均径流量所对应的目标洪灾等级，并在所述目标洪灾等级超过设定灾害等级时，进行预警。

2.如权利要求1所述的防洪救灾管理系统，其特征在于，所述洪灾预测模块还包括：

第三数据获取模块，用于获取所述待预报区域的卫星遥感图像；

图像处理模块，用于根据所述待预报区域在未来一周的平均径流量确定流域水位高度，基于流域水域高度确定卫星遥感图像中被流域淹没的区域，并进行标记展示。

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