动态洪泛预测与警示系统的制作方法

本发明涉及一种预测与警示系统，尤其涉及一种洪泛预测与警示系统。

背景技术：

为了能够即时地对灾害进行应变，目前已有许多预测系统被提出，该些预测系统可对环境数据进行分析，进而预测可能发生的灾害。

以气象局为例，气象局目前可依据所得的数据来进行洪泛预测。但，气象局主要是依据大范围数据，例如气象站搜集的数据、卫星图、统计降雨量等信息来进行大范围的预测(例如针对整个城市)，因此对于特定小区域(例如针对某条河川)的洪泛预测可能不够准确。

有鉴于上述预测系统的问题，即有另一种预测系统被提出。该预测系统是在特定小区域(例如该河川)周围设置多个液位计，通过该些液位计持续量测该河川的水位高度，并依据该水位高度来分析后续的水位高度变化趋势，进而预测可能发生的洪泛现象。

但，此类预测系统仅依据液位计的量测数据来进行预测，但没有整合到该区域的降雨量、该区域周围的排水量及该区域本身的地形等等信息，实不够全面。因此，通过此类预测系统来进行洪泛预测，同样会有不够准确的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于提供一种动态洪泛预测与警示系统，可预测区域的水位高度并发出对应的警示讯息，藉此令决策单位可以提前进行决策。

为了达成上述的目的，本发明提供一种动态洪泛预测与警示系统，包括：

一液位量测模块，具有一液位计，该液位计依据一取样频率持续对一区域进行液位量测并产生一量测数据，其中该量测数据包含该区域的一水位高度，并且该取样频率随着该水位高度改变而变化；

一数据库，储存与该区域相关的一历史数据及一即时数据；

一模拟运算装置，连接该数据库，于该数据库读取一特定第一时间(t1)的该历史数据及该即时数据做为一特取数据，并由该液位量测模块取得一特定第二时间(t2)的该量测数据后，利用该特取数据及该量测数据进行模拟，产生对应该区域于一未来第三特定时间(t3)的一模拟预测数据并对外传输；及

一决策平台，连接该模拟运算装置及该液位量测模块，具有多个警戒门槛值，该决策平台接收该模拟预测数据以进行洪泛预测，并且当预测该区域于该未来第三特定时间的该水位高度将会超过该多个警戒门槛值之一时，对外发布对应的一警示讯息。

如上所述，其中当该模拟预测数据达到该多个警戒门槛值之一且该模拟预测数据与该量测数据为正相关时，该决策平台对外发布该警示讯息。

如上所述，其中该历史数据包括该区域的淹水地势特征图、地形图、地貌图及水文/水理高程的至少其中之一，该即时数据为该区域的卫星图、降雨量及排水量的至少其中之一。

如上所述，其中该液位量测模块还具有一闸道器，连接该决策平台及该液位计，该液位计将该量测数据传输至该闸道器，并经由该闸道器传输至该决策平台，其中该闸道器具有一记忆体单元，用以储存该闸道器所接收的每一笔该量测数据。

如上所述，其中该液位量测模块具有多个个该液位计，各该液位计分别经由该闸道器将量测到的该量测数据传输至该决策平台。

如上所述，其中该多个液位计中包含一中继传输液位计，连接该多个液位计及该闸道器，各该液位计分别经由该中继传输液位计将该量测数据传输至该闸道器。

如上所述，其中更包含一能源搜集设备，与该液位量测模块电性连接，并提供一电力给各该液位计及该闸道器。

如上所述，其中该能源搜集设备为太阳能发电设备、震动发电设备、热电发电设备或风力发电设备。

如上所述，其中各该液位计与该闸道器间透过无线传输方式传输该量测数据。

如上所述，其中该无线传输方式为第三代移动通信技术(3g)、第四代移动通信技术(4g)、紫蜂(zigbee)或蓝牙(bluetooth)。

本发明对照现有技术所能达到的技术功效在于，结合数据库(例如气象局的数据库)中记录的数据，以及设置在一特定区域的液位计量测所得的量测数据，可以预测出该特定区域后续可能的水位高度变化趋势。并且，于预测到该特定区域的水位高度将可能会超标时，对外发布对应的警示讯息。如此一来，有助于决策单位(例如政府机关)提前进行准确的决策行为(例如是否需要撤离该区域周围的居民)。

附图说明

图1为本发明的第一具体实施例的系统架构图；

图2为本发明的第一具体实施例的液位计配置示意图；

图3为本发明的第一具体实施例的液位计量测数据示意图；

图4为本发明的第一具体实施例的液位计平均数据示意图；

图5为本发明的第一具体实施例的警示等级示意图；

图6为本发明的第一具体实施例的液位计取样频率示意图；

图7a为本发明的第一具体实施例的第一取样示意图；

图7b为本发明的第二具体实施例的第一取样示意图；

图7c为本发明的第三具体实施例的第一取样示意图；

图8为本发明的第一具体实施例的警示流程图；

图9为本发明的第一具体实施例的运算时间轴示意图。

其中，附图标记：

1…动态洪泛预测与警示系统；

2…决策平台；

21…演算法；

22…警戒门槛值；

23…警示讯息；

3…液位量测模块；

31…液位计；

32…闸道器；

321…记忆体单元；

4…模拟运算装置；

5…数据库；

51…历史数据；

52…即时数据；

6…能源搜集设备；

7…决策单位；

t1…特定第一时间；

t2…特定第二时间；

t3…未来第三特定时间；

z1…量测区域；

z11…第一量测子区域；

z12…第二量测子区域；

z13…第三量测子区域；

z14…第四量测子区域；

s10～s20…警示步骤。

具体实施方式

兹就本发明之一较佳实施例，配合附图，详细说明如后。

参阅图1，为本发明的第一具体实施例的系统架构图。本发明公开一种动态洪泛预测与警示系统(下面将简称为该系统1)，该系统1主要包括一决策平台2、一液位量测模块3、一模拟运算装置4及一数据库5。该模拟运算装置4连接该数据库5，该决策平台2连接该液位量测模块3及该模拟运算装置4。

本实施例中，该液位量测模块3至少具有一液位计31，该液位计31设置于一特定区域(例如一特定河川)周围，并对该特定区域进行液位量测。更具体地，该液位计31依据一取样频率来量测该特定区域的水位高度，并依据量测结果产生一量测数据。并且，该液位量测模块3将该量测数据传统至该决策平台2。

值得一提的是，该液位计31产生的该量测数据中至少包括该特定区域的该水位高度的信息，并且该液位计31采用的该取样频率随着该水位高度的改变而变化。较佳地，该水位高度与该取样频率正相关(即，该水位高度越高，该取样频率就越高)。于一实施例中，该液位计31可于量测后，自动依据该水 位高度的改变而调整该取样频率。于另一实施例中，该液位计31将该量测数据传输至该决策平台2，并且该决策平台2依据该水位高度的改变而控制该液位计31进行该取样频率的调整。

该数据库5主要可为中央气象局的数据库(例如雨量数据库)或县市政府的数据库(例如现地数据库或防灾数据库)，并且至少储存有与该特定区域相关的一历史数据51及一即时数据52。

较佳地，该历史数据51为该特定区域的基本地理数据，例如该特定区域的淹水地势特征图、地形图、地貌图及水文/水理高程等。该即时数据52为该特定区域的动态数据，例如该特定区域的卫星图、目前降雨量及目前排水量等。但，上述仅为本发明的较佳具体实施例，但不应以此为限。

该模拟运算装置4由该数据库5取得该历史数据51及该即时数据52，并由该液位量测模块3取得该量测数据，再依据该历史数据51、该即时数据52及该量测数据进行模拟运算，并产生对应该特定区域的一模拟预测数据。并且，该模拟运算装置4将该模拟预测数据传输至该决策平台2。值得一提的是，本实施例中该模拟运算装置4可经由该决策平台2接收该液位量测模块3的该量测数据，但不加以限定。

具体地，该模拟预测数据可例如为降雨模拟、排水模拟等，不加以限定。本实施例中，该数据库5可在该历史数据51及/或该即时数据52更新后自动上传数据至该模拟运算装置4，或是由该模拟运算装置4在要进行模拟运算时，再连接至该数据库5并取得该历史数据51与该即时数据52。

该决策平台2由该模拟运算装置4接收该模拟预测数据，并依据该模拟预测数据对该特定区域的状况进行预测分析，具体地，该决策平台2主要是依据该模拟预测数据进行该特定区域的洪泛预测。并且，当该决策平台2预测到该特定区域于一未来时间的该水位高度将可能会超标时，可立即对外发布对应的一警示讯息23。

如图1所示，该决策平台2记录有多个该警示讯息23，并且还记录有一演算法21及多个警戒门槛值22。本实施例中，该决策平台2主要是藉由该演算法21来对该模拟预测数据进行分析运算，并且依据运算结果，预测该特定区域于该未来时间的该水位高度是否可能会超标。

具体地，当该决策平台2判断该特定区域的该水位高度将可能会超过该多 个警戒门槛值22的其中之一时，即选取对应的该警示讯息23并且对外发布。举例来说，当判断该水位高度可能会超过一第一警戒门槛值时，该决策平台2取得并发出对应的一第一警示讯息；当判断该水位高度可能会超过一第二警戒门槛值时，该决策平台2取得并发出对应的一第二警示讯息，以此类推。

于另一实施例中，该决策平台2是于该模拟预测数据达到该多个警戒门槛值22的其中之一，并且该模拟预测数据与该量测数据为正相关时(即，该模拟预测数据的发展趋势与该量测数据的发展趋势相同)，发出对应的该警示讯息23。但，上述仅为本发明的其中一个具体实施例，但不以此为限。

该决策平台2还可连接至一决策单位7，较佳地中，该决策单位7可例如为县市政府机关。本发明中，该决策平台2依据该演算法21的运算结果发出对应的该警示讯息23至该决策单位7，藉此，该决策单位7的人员可以依据所接收的该警示讯息23提前进行准确的决策行为。例如，当该警示讯息23指出该特定区域将可能有洪泛现象发生时，该决策单位7的人员可提前做出撤离该特定区域周围的居民的决策，藉此降低可能的伤亡人数。

如图1所示，该液位量测模块3还具有一闸道器32，该闸道器32连接该决策平台2及该液位计31。本实施例中，该液位计31是将该量测数据传输至该闸道器32，并且再经由该闸道器32传输至该决策平台2。该闸道器32还具有一记忆体单元321，该记忆体单元321用以储存该闸道器32所接收的每一笔该量测数据。

于图1所示的实施例中，该液位计31的数量可为多个，并且各该液位计31分别经由该闸道器32传输该量测数据至该决策平台2。

另外，该多个液位计31还可区分为终端液位计与中继传输液位计。各该终端液位计可直接连接该闸道器32，或是先连接该中继传输液位计，再经由该中继传输液位计连接该闸道器32。藉此，各该终端液位计可经由该中继传输液位计将该量测数据传输至该闸道器32，并且再经由该闸道器32将该量测数据传输至该决策平台2。藉此，有效延长各该终端液位计的数据传输距离。

请同时参阅图2，为本发明的第一具体实施例的液位计配置示意图。本实施例中，该系统1主要用以对一量测区域z1进行洪泛预测，具体地，该系统1将该多个液位计31分别设置于该量测区域z1的四周，藉此取得该量测区域z1(例如一河川)于四个位置上的水位高度，进而得出该量测区域z1的平均水 位高度。

于图2所示的实施例中，主要是将液位计a、e、f设置于一第一子量测区域z11，将液位计c、g设置于一第二子量测区域z12，将液位计d、i设置于一第三子量测区域z13，将液位计b、h设置于一第四子量测区域z14。该系统1可藉由该些液位计a、e、f取得该第一子量测区域z11的水位高度信息，藉由该些液位计c、g取得该第二子量测区域z12的水位高度信息，藉由该些液位计d、i取得该第三子量测区域z13的水位高度信息，并藉由该些液位计b、h取得该第四子量测区域z14的水位高度信息。藉此，该系统1所得到的该些水位高度信息可以贴近该量测区域z11的实际状况，进而该系统1可以得到较为准确的预测结果。

由图2可看出，于实际的运用上，各该液位计31分别设置于该量测区域z1周围的不同位置上，故难以藉由导线来彼此连接。有鉴于此，本实施例中，各该液位计31与该闸道器32间主要可藉由无线传输方式传输该量测数据，其中该无线传输方式可例如为第三代移动通信技术(3g)、第四代移动通信技术(4g)、紫蜂(zigbee)或蓝牙(bluetooth)等，但不加以限定。

回到图1，该系统1还可包括一或多个能源搜集设备6，各该能源搜集设备6分别连接该液位量测模块3。更具体地，各该能源搜集设备6分别连接各该液位计31或该闸道器32，藉以提供电力。本实施例中，各该能源搜集设备6可为太阳能发电设备、震动发电设备、热电发电设备或风力发电设备等，并且与各该液位计31与该闸道器32设置于相同位置。藉此，可将设置位置上的物理现象(例如太阳光、风力等)转换为电力，进而维持各该液位计31与该闸道器32的运作。

参阅图3与图4，分别为本发明的第一具体实施例的液位计量测数据示意图与液位计平均数据示意图。首先如图3所示，各该液位计31所量测的量测数据会依据各该液位计31的设置地点而区分为不同的群组。以图2所示的液位计a-i为例，其中液位计a、e、f的量测数据属于群组(1)，对应至该第一子量测区域z11；液位计c、g的量测数据属于群组(2)，对应至该第二子量测区域z12；液位计d、i的量测数据属于群组(3)，对应至该第三子量测区域z13；液位计b、h的量测数据属于群组(4)，对应至该第四子量测区域z14。

如上所述，该些液位计a-i于不同时间的量测数据皆会被传输至该决策平 台2。该决策平台2进行该量测区域z1的洪泛预测前，可先对该些量测数据进行运算，以得到各该量测子区域z11-z14的平均水位高度。

具体地，如图4所示，该决策平台2将属于群组(1)的液位计a、e、f的量测数据进行平均值运算，以得到该第一量测子区域z11的平均水位高度；将属于群组(2)的液位计c、g的量测数据进行平均值运算，以得到该第二量测子区域z12的平均水位高度；将属于群组(3)的液位计d、i的量测数据进行平均值运算，以得到该第三量测子区域z13的平均水位高度；将属于群组(4)的液位计b、h的量测数据进行平均值运算，以得到该第四量测子区域z14的平均水位高度。

于图4所示的实施例中，该模拟运算装置4是同时依据该历史数据51、该即时数据52、该第一量测子区域z11的平均水位高度、该第二量测子区域z12的平均水位高度、该第三量测子区域z13的平均水位高度及该第四量测子区域z14的平均水位高度来进行模拟运算并产生该模拟预测数据，并且该决策平台2再依据该模拟预测数据进行该量测区域z1的洪泛预测。藉此，可解决传统预测系统中，因参考数据不够贴近要预测的区域的实际状况，而导致预测结果不准确的问题。惟，上述仅为本发明的较佳具体实施例，不应以此为限。

参阅图5，为本发明的第一具体实施例的警示等级示意图。本实施例中，该系统1可设置多个警戒等级，并且该多个警戒门槛值22的数量与数值分别对应至该多个警戒等级。以图5的实施例为例，若将该警戒等级区分为等级一至等级六，则该些警戒门槛值22的数量可为六个，并且该六个警戒门槛值22的数值分别对应至该六个等级的水位高度。

于图5所示的实施例中，系将等级一至等级三间的范围设定为中立区(neutralzone)，当该系统1预测该特定区域后续的水位高度会维持在该中立区时，可不必发布该警示讯息23。等级三至等级四间的范围可设定为安全区(safezone)，当该系统1预测该特定区域后续的水位高度会维持在该中立区时，同样可不必发布该警示讯息23。

等级四至等级五间的范围可设定为适度危险区(moderateriskzone)，当该系统1预测该特定区域后续的水位高度可能会进入该适度危险区时，即可发布对应的该警示讯息23(例如危险通知)。等级五至等级六间的范围可设定为极度危险区(highriskzone)，当该系统1预测该特定区域后续的水位高度可 能会进入该极度危险区时，即可发布对应的该警示讯息23(例如撤离通知)。

通过上述该警戒等级的区分，该系统1可以依据预测结果所对应的警戒等级发布对应的该警示讯息23，藉此，令该决策单位7的人员能够做出准确的决策行为。上述实施例中系以等级一至等级六为例，然而上述仅为本发明的具体实施范例，但并不以此为限。

续请参阅图6，为本发明的第一具体实施例的液位计取样频率示意图。如前文中所述，各该液位计31的取样频率随着该特定区域的水位高度的改变而变化，并且与该水位高度正相关。

为了节省电力，该些液位计31一般会处于休眠模式，并且于需要进行量测动作时，才会被唤醒并进行液位量测。于量测结束，该些液位计31即传输该量测数据至该决策平台2，并且于传输完成后返回休眠模式。因此，该取样频率越低(即，处在休眠模式中的时间越长)，该些液位计31越省电。另一方面，该取样频率越高(即，处理休眠模式中的时间越短)，该些液位计31越耗电。

如图6所示，当该特定区域不需要警戒时，该些液位计31的取样频率就越低(例如等级一时，该些液位计31的取样频率可为一天一次)。另一方面，当该特定区域需要警戒时，该些液位计31的取样频率就会被提高(例如等级六时，该些液位计31的取样频率可被调整为五秒一次)。换句话说，该些液位计31的取样频率会分别随着各该液位计31目前量测到的水位高度而动态调整。藉此，达到在安全范围时消极量测以节省电力，在危险范围时积极量测以快速更新数据的技术功效。

请同时参阅图7a、图7b及图7c，分别为本发明的第一具体实施例的第一取样示意图、第二取样示意图及第三取样示意图。首先如图7a所示，一液位计(例如液位计a)先依据一第一取样频率取得该特定区域的水位高度。由于该液位计a量测所得的该水位高度越来越高(例如高于等级五)，因此该液位计a会改以一第二取样频率来进行液位量测，其中该第二取样频率高于该第一取样频率(即，取样的间隔时间缩短)。藉此，可令该系统1以更快的速度更新该特定区域的水位高度信息，进而提升该洪泛预测的准确度。

如图7b所示，另一液位计(例如液位计b)先依据该第一取样频率取得该特定区域的水位高度。并且，由于该液位计b量测所得的该水位高度没有大幅 改变，并且持续低于等级三，因此该液位计b不改变取样频率，而持续以该第一取样频率进行液位量测(即，取样的间隔时间维持不变)。

如图7c所示，又一液位计(例如液位计c)先依据该第一取样频率取得该特定区域的水位高度。并且，由于该液位计c量测所得的该水位高度一直降低，并且低于等级一，因此该液位计c会改以一第三取样频率来进行液位量测，其中该第三取样频率低于该第一取样频率及该第二取样频率(即，取样的间隔时间延长)。藉此，可在该特定区域不需要特别警戒时，节省该液位计c的电力。

请同时参阅图8及图9，分别为本发明的第一具体实施例的警示流程图及第一具体实施例的运算时间轴示意图。首先，该模拟运算装置4从该数据库5取得该特定区域于一特定第一时间(t1)的该历史数据51与该即时数据52，以做为一特取数据(步骤s10)，同时由该液位量模块3取得一特定第二时间(t2)的该量测数据(步骤s12)。

接着，该模拟运算装置4依据该特定第一时间(t1)的该特取数据及该特定第二时间(t2)的该量测数据进行模拟运算，产生该特定区域于一未来第三特定时间(t3)的该模拟预测数据(步骤s14)。该模拟预测数据产生后，由该模拟运算装置4传输至该决策平台2。

值得一提的是，如图9所示，于本发明中，该系统1对于数据的取得、模拟运算及预测具有一特定的时序关系。具体地，该特取数据对应至该特定区域于该特定第一时间(t1)的状态，该量测数据对应至该特定区域于该特定第二时间(t2)的状态，其中该特定第二时间主要晚于该特定第一时间(t1)。并且，该模拟运算装置4主要是经过模拟运算后，产生出对应至该特定区域于该未来第三特定时间(t3)的状态的该模拟预测数据。藉此，该决策平台2可依据该模拟预测数据预测该特定区域于该未来第三特定时间(t3)是否会有洪泛现象产生。

该决策平台2取得该模拟预测数据后，即可依据该模拟预测数据进行该特定区域的洪泛预测(步骤s16)。接着，该决策平台2依据预测结果，判断该特定区域的水位高度是否可能超过该多个警戒门槛值22的其中之一(步骤s18)。若该特定区域的水位高度不会超过该些警戒门槛值22，表示该特定区域目前不需要特别警戒，因此回到该步骤s10，由该系统1持续更新该特取数据及该量测数据，并更新该模拟预测数据。

若该决策平台2预测后，判断该特定区域的水位高度将可能会超过任一该 警戒门槛值22，则该决策平台2取得对应超过的该警戒门槛值22的该警示讯息23，并且对外发布该警示讯息23(步骤s20)。

本实施例中，该决策平台2主要是发布该警示讯息23至该决策单位7，以供该决策单位7的人员进行决策行为。于其他实施例中，该决策平台2亦可藉由不同应用程式接口(applicationprograminterface,api)的运用，供使用者连接至该决策平台2上查看该特定区域的相关信息(包括该历史数据51、该即时数据52、该模拟预测数据、该量测数据、该预测结果及该些警示讯息23)，或是将该特定区域的相关信息上传至社群网站。藉此，除了该决策单位7可藉由该系统1的运作来执行准确的决策行为外，一般民众亦可经由该系统1来得到相关信息，藉此尽早做好防灾的准备。

以上所述仅为本发明之较佳具体实例，非因此即局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的范围内。