专利名称：输电设施洪水淹没分析与预警系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力设施防灾减灾领域，尤其涉及输电设施洪水淹没分析与预警系统。
背景技术：
架空输电线路纵横交错、绵延不断地分布在旷野上，其走廊所处地形复杂多变。各类输电设施极易受到外界环境的影响，其中洪涝灾害一直是威胁输电设施安全运行的重要因素。当前，电力部门主要是依据气象预报和人工水情观测来了解输电设施遭受洪涝灾害的状况，这种做法既耗费了大量的人力物力，又无法准确得到输电设施受洪灾的影响程度及灾情发展趋势，因而给防洪减灾工作带来的巨大的困难。为此，建立一套完善的输电设施洪水淹没分析与预警系统，快速、准确、科学地模拟并测算输电设施周边的洪水淹没范围和淹没区水深分布，并针对输电设施面临的洪灾风险自动发出预警，以指导运行人员即时开展维护与抢修工作，对电网防洪减灾具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种输电设施洪水淹没分析与预警系统。不仅可为输电设施防洪水破坏提供重要的依据，还能第一时间告警输电设施的淹没状态，预警输电设施的洪灾风险，从而为输电设施防洪减灾提供重要的信息支撑和决策依据。本发明是根据运行人员的经验，综合现有地理数据、雨情分布图、正摄影像图、气象数据和易受淹没输电设施的成因分析资料，采取相应的模拟方式进行洪水淹没分析，在现有雨量等条件，科学地模拟并测算输电设施周边的洪水淹没范围和淹没区水深分布以及未来一段时间内可能出现的淹没情况，然后综合输电设施淹没知识库，自动告警输电设施的淹没状态，预警输电设施可能面临的洪灾风险。本发明解决技术问题的方案如下输电设施洪水淹没分析与预警系统由洪水淹没分析模块、数据展示模块、洪水淹没统计输出模块、输电设施淹没知识库模块和预警模块五个部分组成；各模块之间相互关联，相互影响。1.洪水淹没分析模块1)各部件的构成及功能洪水淹没分析模块包括基础地形数据、洪水淹没模型、洪水淹没控制参数、洪水淹没分析计算、洪水淹没分析结果五个部分，其中基础地形数据包含洪水来源、大坝等水文资料库和DEM数字高层模型。洪水淹没分析模块根据基础地形数据中的洪水来源、大坝等水文资料库和DEM数字高层模型这三个参数形成洪水淹没模型，随之加入洪水淹没控制参数，进行洪水淹没分析计算，最终得到洪水淹没分析结果，其包含连续的淹没区域。
2)洪水淹没分析流程步骤一首先输入降水区域，即洪水来源，在DEM数字高层模型的基础上提取降水区域内的DEM高程数据，结合大坝等水文资料库原始数据得到洪水淹没模型。步骤二 输入洪水淹没控制参数，其中包括时间间隔，模拟过程实时显示等，进行实时淹没分析；在每个时间间隔内，按照洪水淹没模型对应的洪水淹没分析算法，进行实时淹没分析，然后进行相应的迭代和循环。步骤三在每次迭代过程中，先判断降水是否结束，若已结束则判断洪水模型是否达到均衡，即在一定时间内，忽略地表吸收，大气蒸发等自然因素，洪水淹没区域不再变化， 洪水淹没区域进入相对静止状态，随着时间的变化，可以通过指定的阀值来判断洪水淹没区域已经不再变化；若尚未结束则返回继续进行实时淹没分析。步骤四判断洪水淹没模型是否达到均衡，若已达到均衡则淹没分析结束；若尚未达到均衡则返回继续进行实时淹没分析。步骤五输出洪水淹没分析结果，如连续的淹没区域。2.数据展示模块1)各部件的构成及功能结构数据展示模块包括数据输入、洪水淹没分析结果、GIS叠加分析、GIS叠加分析结果、GIS叠加展示和三维GIS展示六个部分，数据输入主要包含DEM数字高层模型、地形图、行政区划图、正摄影像图以及其它相关数据。功能数据展示模块利用地形图和行政区划图进行GIS叠加分析，再结合洪水淹没分析结果，得到GIS叠加分析结果；根据GIS叠加分析结果输入数据进行三维GIS展示， 三维GIS展示也包含二维GIS展示，在此基础上结合GIS叠加分析结果完成GIS叠加展示。2)数据展示模块流程数据展示模块的主要流程如下步骤一通过数据输入，输入DEM数字高层模型、地形图、行政区划图、正摄影像图以及其它相关数据，得到数据展示模块计算所需的原始数据。步骤二 提取洪水淹没分析结果中所得的连续的淹没区域，结合地形图和行政区划图进行GIS叠加分析计算，得到GIS叠加分析结果。步骤三利用数据输入中所有数据，以及上述GIS叠加分析结果，得到三维GIS展示，并在此基础上进行GIS叠加展示，从而完成整个数据展示。3.洪水淹没统计输出模块洪水淹没分析模块包括输电设施资料、GIS叠加分析结果和洪水淹没统计输出三部分，其结合输电设施资料、GIS叠加分析结果进行分析计算，得到洪水淹没统计输出，洪水淹没统计输出包括淹没区域、淹没面积、淹没区水深和输电设施淹没状态。4.输电设施淹没知识库模块输电设施淹没知识库模块包括输电设施资料、易受洪涝影响的输电线路设备、易洪涝设备分类、数据挖掘和输电设施淹没知识库五部分，其对输电设施资料、易受洪涝影响的输电线路设备和易洪涝设备分类三方面的资料进行数据挖掘，得到输电设施淹没知识库。5.预警模块
1)各部件的构成及功能预警模块包括洪水淹没分析计算，洪水淹没分析结果，输电设施淹没知识库，预警输出五个部分，预警模块实际是根据洪水淹没分析结果，结合输电设施淹没知识库，实时判断输电设施是否被淹没，根据判断结果决定是否输出预警信息。2)预警模块分析流程步骤一输入输电设施淹没知识库，从系统中提取洪水淹没分析结果。步骤二对实时淹没分析结果和输电设施知识库的数据进行叠加分析，得到输电设施淹没状况，并根据输电设施淹没知识库判断当前淹没状况是否需要预警。步骤三如果需要预警输出，则通过高亮、报警等比较直观的表示方式，预警输出， 否则直接进入步骤四。步骤四判断洪水淹没模型是否达到均衡，即在一定时间内，忽略地表吸收，大气蒸发等自然因素，洪水淹没区域不再变化，洪水淹没区域进入相对静止状态，随着时间的变化，可以通过指定的阀值来判断洪水淹没区域已经不再变化；若尚未结束则继续进行实时淹没分析，然后返回步骤二，否则转入步骤五。步骤五洪水达到均衡状态，淹没分析结束，结合输电设备淹没知识库，输出输电设备淹没报表，主要包括淹没的输电设备，是否淹没，是否危险，是危险就警报，并建议维修方案等。本发明与现有技术比较的优点有1.输电设施洪水淹没分析与预警系统，能够快速、准确、科学地模拟、预测和显示洪水淹没范围和淹没区水深分布，分析结果可以在二维和三维视图中分别展示，便于相关人员全面、立体的了解洪水的整个形成过程及输电设施受洪灾的影响程度。2.该系统可为输电设施防洪水破坏提供重要的依据，能即时告警输电设施的淹没状态，预警输电设施的洪灾风险，从而为输电设施防洪减灾提供重要的信息支撑和决策依据。3.该系统界面简洁，操作简便，可移植性好，可靠性高，便于工作人员学习使用。
图1是本发明的系统结构示意图。图2是本发明的洪水淹没分析模块结构示意图。图3是本发明的洪水淹没分析流程图。图4是本发明的数据展示模块结构示意图。图5是本发明的洪水淹没统计输出模块结构示意图。图6是本发明的输电设施淹没知识库模块结构示意图。图7是本发明的预警模块结构示意图。图8是本发明的预警模块流程图。图中洪水淹没分析模块1，数据展示模块2，洪水淹没统计输出模块3，输电设施淹没知识库模块4，预警模块5，基础地形数据6，洪水淹没模型7，洪水淹没控制参数8，洪水淹没分析计算9，洪水淹没分析结果10，洪水来源11，大坝等水文资料库12，DEM数字高层模型13，数据输入14，GIS叠加分析15，GIS叠加分析结果16，三维GIS展示17，GIS叠加展示18，地形图19，行政区划图20，正摄影像图21，输电设施资料22，洪水淹没统计输出23， 易受洪涝影响的输电设备24，易洪涝设备分类25，数据挖掘沈，输电设施淹没知识库27，预警输出28。
具体实施例方式以下通过具体实施方式
，结合附图对本发明作进一步说明。本发明的系统结构如图1所示，输电设施洪水淹没分析与预警系统由洪水淹没分析模块1、数据展示模块2、洪水淹没统计输出模块3、输电设施淹没知识库模块4和预警模块5五个部分组成。输电设施洪水淹没分析与预警系统，在洪水淹没模拟过程中，对淹没区域和已有输电设施资料进行比较，得出已有输电设施是否存在可能被淹没的概率以及可能出现的淹没程度，和输电设施淹没知识库27进行比较分析，自动告警输电设施的淹没状态，预警输电设施可能面临的洪灾风险，并将输电设施洪水淹没分析与预警系统提供的解决方案建议一起提交给用户，再由用户决定是否对被淹没的输电设施进行维护等处理。本发明的洪水淹没分析模块结构如图2所示，洪水淹没分析模块1包括基础地形数据6、洪水淹没模型7、洪水淹没控制参数8、洪水淹没分析计算9、洪水淹没分析结果10 五个部分。其中基础地形数据6包含洪水来源11、大坝等水文资料库12和DEM数字高层模型13。根据洪水来源，可以将洪水淹没模型7分为无源淹没和有源淹没两种。无源淹没主要针对降水、漫提式淹没等无法明确给出洪水来源的情况，其工作原理是根据地表高程 DEM，计算出山谷、山脊、分水岭、洼地、出水口等基本地表要素，随着时间的推移，洪水影响范围的水位全面提高，洪水逐步向低处流，进入山谷、洼地。有源淹没主要针对水库泄洪、提防溃决，洪水从提防决口处流入淹没区等可以明确给出洪水来源的情况，其工作原理是根据地形的连通性，洪水以一定的流量和速度沿着连通区域流，最后进入山谷、洼地。本发明的洪水淹没分析流程如图3所示，实现洪水淹没分析模块1的流程如下步骤一首先输入降水区域，即洪水来源，在DEM数字高层模型的基础上提取降水区域内的DEM高程数据，结合大坝等水文资料库等原始数据得到洪水淹没模型；步骤二 输入洪水淹没控制参数，其中包括时间间隔，模拟过程实时显示等，进行实时淹没分析；在每个时间间隔内，按照洪水淹没模型对应的洪水淹没分析算法，进行实时淹没分析，然后进行相应的迭代和循环；步骤三在每次迭代过程中，先判断降水是否结束，若已结束则判断洪水模型是否达到均衡，即洪水淹没区域进入相对静止状态，随着时间的变化，可以通过指定的阀值来判断洪水淹没区域已经不再变化；若尚未结束则返回继续进行实时淹没分析；步骤四判断洪水淹没模型是否达到均衡，若已达到均衡则淹没分析结束；若尚未达到均衡则返回继续进行实时淹没分析；步骤五输出洪水淹没分析结果，如连续的淹没区域。本发明的数据展示模块结构如图4所示，数据展示模块2包括数据输入14、洪水淹没分析结果10、Gis叠加分析15、GIS叠加分析结果16、三维GIS展示17和GIS叠加展示 18六个部分。数据输入14主要包含DEM数字高层模型13、地形图19、行政区划图20、正摄影像图21以及其它相关数据。数据展示模块2可以通过三维视图对洪水形成的过程进行
7演示，便于相关人员全面、立体的了解洪水的整个数据展示模块2的主要流程如下形成过程及实时状况。其中三维GIS展示也包含二维GIS展示的功能。步骤一通过数据输入14，输入DEM数字高层模型13、地形图19、行政区划图20、 正摄影像图21以及其它相关数据，得到数据展示模块2计算所需的原始数据；步骤二 提取洪水淹没分析结果10中所得的连续的淹没区域，结合地形图19和行政区划图20进行GIS叠加分析15计算，得到GIS叠加分析结果16 ；步骤三利用数据输入14中所有数据，以及上述GIS叠加分析结果16，得到三维 GIS展示17，并在此基础上进行GIS叠加展示18，从而完成整个数据展示。本发明的洪水淹没统计输出模块结构如图5所示，洪水淹没统计输出模块3由输电设施资料22、GIS叠加分析结果16和洪水淹没统计输出23三部分。结合输电设施资料 22和GIS叠加分析结果16进行分析计算，得到洪水淹没统计输出23。洪水淹没统计输出 23包括的信息有淹没区域、淹没面积、淹没区水深和输电设施淹没状态。通过对统计输出结果的分析，运行人员可以更为全面的认识洪水的实时状况，同时也能作为输电设施洪水淹没分析与预警系统预测未来一段时间内洪水的走势的一个重要的参考资料。本发明的输电设施淹没知识库模块结构如图6所示，输电设施淹没知识库模块4 由输电设施资料22、易受洪涝影响的输电设备24、易洪涝设备分类25、数据挖掘沈和输电设施淹没知识库27五个部分组成。通过分析已有输电设施淹没数据，包括曾经被淹没过的输电设施，淹没的成因，易受淹没程度等，对输电设施的易受淹没程度进行等级划分，形成已有输电设施资料22。对输电设施资料22、易受洪涝影响的输电线路设备24、易洪涝设备分类25三方面的资料进行数据挖掘沈，得到输电设施淹没知识库27。本发明的预警模块结构如图7所示，预警模块5包括洪水淹没分析计算9，洪水淹没分析结果10，输电设施淹没知识库27，预警输出观四个部分。预警模块5实际是根据洪水淹没分析结果10，结合输电设施淹没知识库27，实时判断输电设施是否被淹没，根据判断结果决定是否输出预警信息。本发明的预警模块流程如图8所示，实现预警模块5的主要步骤如下步骤一输入输电设施淹没知识库，从系统中提取洪水淹没分析结果；步骤二对洪水淹没分析结果和输电设施知识库的数据进行叠加分析，得到输电设施淹没状况，并根据输电设施淹没知识库判断当前输电设施的淹没状况是否需要预警；步骤三如果需要预警输出，则通过高亮、报警等比较直观的表示方式，预警输出， 否则直接进入步骤四；步骤四判断洪水淹没模型是否达到均衡，即在一定时间内，忽略地表吸收，大气蒸发等自然因素，洪水淹没区域不再变化，洪水淹没区域进入相对静止状态，随着时间的变化，可以通过指定的阀值来判断洪水淹没区域已经不再变化；若尚未结束则继续进行实时淹没分析，然后返回步骤二，否则转入步骤五；步骤五洪水达到均衡状态，淹没分析结束，结合输电设备淹没知识库，输出输电设备淹没报表，主要包括淹没的输电设备，是否淹没，是否危险(警报)，建议的维修方案寸。输电设施洪水淹没分析与预警系统，通过分析洪水来源，大坝等水文资料库，DEM数字高层模型，行政区划图，正摄影像图等资料，进行相应地计算，科学地模拟并测算输电设施周边的洪水淹没范围和淹没区水深分布，对淹没区域和已有输电设施资料进行比较， 得出已有输电设施是否存在可能被淹没的概率以及可能出现的淹没程度，自动告警输电设施的淹没状态，预警输电设施可能面临的洪灾风险，并将知识库里提供的解决方案建议一起提交给用户，以指导运行人员即时开展维护与抢修工作，对电网防洪减灾具有重要意义。
权利要求
1.输电设施洪水淹没分析与预警系统，其特征在于，该系统由洪水淹没分析模块、数据展示模块、洪水淹没统计输出模块、输电设施淹没知识库模块和预警模块五个部分组成；各模块之间相互关联，相互影响；1)洪水淹没分析模块(1)各部件的构成及功能洪水淹没分析模块包括基础地形数据、洪水淹没模型、洪水淹没控制参数、洪水淹没分析计算、洪水淹没分析结果五个部分，其中基础地形数据包含洪水来源、大坝等水文资料库和DEM数字高层模型；洪水淹没分析模块根据基础地形数据中的洪水来源、大坝等水文资料库和DEM数字高层模型这三个参数形成洪水淹没模型，随之加入洪水淹没控制参数，进行洪水淹没分析计算，最终得到洪水淹没分析结果，其包含连续的淹没区域；(2)洪水淹没分析流程步骤一首先输入降水区域，即洪水来源，在DEM数字高层模型的基础上提取降水区域内的DEM高程数据，结合大坝等水文资料库原始数据得到洪水淹没模型；步骤二 输入洪水淹没控制参数，其中包括时间间隔，模拟过程实时显示等，进行实时淹没分析；在每个时间间隔内，按照洪水淹没模型对应的洪水淹没分析算法，进行实时淹没分析，然后进行相应的迭代和循环；步骤三在每次迭代过程中，先判断降水是否结束，若已结束则判断洪水模型是否达到均衡，即在一定时间内，忽略地表吸收，大气蒸发等自然因素，洪水淹没区域不再变化，洪水淹没区域进入相对静止状态，随着时间的变化，可以通过指定的阀值来判断洪水淹没区域已经不再变化；若尚未结束则返回继续进行实时淹没分析；步骤四判断洪水淹没模型是否达到均衡，若已达到均衡则淹没分析结束；若尚未达到均衡则返回继续进行实时淹没分析；步骤五输出洪水淹没分析结果，如连续的淹没区域；2)数据展示模块(1)各部件的构成及功能结构数据展示模块包括数据输入、洪水淹没分析结果、GIS叠加分析、GIS叠加分析结果、GIS叠加展示和三维GIS展示六个部分，数据输入主要包含DEM数字高层模型、地形图、 行政区划图、正摄影像图以及其它相关数据；功能数据展示模块利用地形图和行政区划图进行GIS叠加分析，再结合洪水淹没分析结果，得到GIS叠加分析结果；根据GIS叠加分析结果输入数据进行三维GIS展示，三维 GIS展示也包含二维GIS展示，在此基础上结合GIS叠加分析结果完成GIS叠加展示；(2)数据展示模块流程数据展示模块的主要流程如下步骤一通过数据输入，输入DEM数字高层模型、地形图、行政区划图、正摄影像图以及其它相关数据，得到数据展示模块计算所需的原始数据；步骤二 提取洪水淹没分析结果中所得的连续的淹没区域，结合地形图和行政区划图进行GIS叠加分析计算，得到GIS叠加分析结果；步骤三利用数据输入中所有数据，以及上述GIS叠加分析结果，得到三维GIS展示，并在此基础上进行GIS叠加展示，从而完成整个数据展示；3)洪水淹没统计输出模块洪水淹没分析模块包括输电设施资料、GIS叠加分析结果和洪水淹没统计输出三部分， 其结合输电设施资料、GIS叠加分析结果进行分析计算，得到洪水淹没统计输出，洪水淹没统计输出包括淹没区域、淹没面积、淹没区水深和输电设施淹没状态；4)输电设施淹没知识库模块输电设施淹没知识库模块包括输电设施资料、易受洪涝影响的输电线路设备、易洪涝设备分类、数据挖掘和输电设施淹没知识库五部分，其对输电设施资料、易受洪涝影响的输电线路设备和易洪涝设备分类三方面的资料进行数据挖掘，得到输电设施淹没知识库；5)预警模块(1)各部件的构成及功能预警模块包括洪水淹没分析计算，洪水淹没分析结果，输电设施淹没知识库，预警输出五个部分，预警模块实际是根据洪水淹没分析结果，结合输电设施淹没知识库，实时判断输电设施是否被淹没，根据判断结果决定是否输出预警信息；(2)预警模块分析流程步骤一输入输电设施淹没知识库，从系统中提取洪水淹没分析结果；步骤二 对实时淹没分析结果和输电设施知识库的数据进行叠加分析，得到输电设施淹没状况，并根据输电设施淹没知识库判断当前淹没状况是否需要预警；步骤三如果需要预警输出，则通过高亮、报警等比较直观的表示方式，预警输出，否则直接进入步骤四；步骤四判断洪水淹没模型是否达到均衡，即在一定时间内，忽略地表吸收，大气蒸发等自然因素，洪水淹没区域不再变化，洪水淹没区域进入相对静止状态，随着时间的变化， 可以通过指定的阀值来判断洪水淹没区域已经不再变化；若尚未结束则继续进行实时淹没分析，然后返回步骤二，否则转入步骤五；步骤五洪水达到均衡状态，淹没分析结束，结合输电设备淹没知识库，输出输电设备淹没报表，主要包括淹没的输电设备，是否淹没，是否危险，是危险就警报，并建议维修方案。
全文摘要
本发明公开了输电设施洪水淹没分析与预警系统。本发明由洪水淹没分析模块、数据展示模块、洪水淹没统计输出模块、输电设施淹没知识库模块和预警模块五部分组成，能够快速、准确、科学地模拟测算输电设施周边洪水淹没范围及淹没区水深分布，并将分析结果在二维和三维视图中分别展示，以告警输电设施的淹没状态，预警输电设施的洪灾风险，从而为输电设施防洪减灾提供重要的信息支撑和决策依据。
文档编号G06Q50/06GK102426672SQ20111021521
公开日2012年4月25日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者刘改进, 叶家发, 吕泽承, 朱时阳, 李明贵, 王凯, 谢植飚, 邓雨荣, 陆小艺 申请人:广西桂能信息工程有限公司, 广西电网公司电力科学研究院