一种城市内涝智慧监控预警方法及系统与流程

本发明涉及智慧监控领域，特别是一种城市内涝智慧监控预警方法及系统。

背景技术：

1、当降雨量较大时，城市道路设计和排水系统无法有效处理大量的水量，且城市排水系统可能存在故障和损坏，堵塞下水道，导致排水能力降低；城市中高楼大厦分布密度较大，影响水流路径，导致水流无法顺利排放；城市的不断扩展和土地利用变化会导致自然的水文循环受到破坏，增加道路积水及发生洪涝的可能性。为了对城市内涝情况进行监控预警，使人们在暴雨时能提前制定防防汛方案及解决办法，设计一种城市内涝智慧监控预警方法及系统为工作人员提供工作上的便利。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种城市内涝智慧预警方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明第一方面提供了一种一种城市内涝智慧预警方法，包括以下步骤：

4、s102：通过大数据统计分析及洪涝数值模拟方法，生成不同降雨重现期下的道路积水情景数据库；

5、s104：基于所述不同降雨重现期下的道路积水情景数据库，确定传感器监测设备安装位置及传感器监测设备规格，建立城市全景模型，将所述传感器监测设备和城市全景模型相关联；

6、s106：通过所述传感器监测设备进行现场数据采集监测，得到原始监测数据，对所述原始监测数据进行处理分析得到处理分析后的监测数据，通过气象局网络平台获取城市天气信息，基于城市内涝智慧监控预警平台，对处理分析后的监测数据和城市天气信息进行集成展示；

7、s108：在城市内涝智慧监控预警平台中判断处理分析后的监测数据中的井内水位高低，以及计算井内水位的上升速率和冒顶时间，生成黄色、橙色和红色三个预警等级；

8、s110：获取本次降雨的雨型图像，根据本次降雨的雨型得到城市内涝预警信息，城市内涝智慧监控预警平台对城市内涝预警信息和气象灾害预警信息进行发布。

9、进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述s102，具体为：

10、通过大数据检索与统计分析，获取道路积水情景历史信息；

11、通过地图软件获取城市道路和地形曲面信息和城市地理信息，将所述城市道路和地形曲面信息导入bim三维建模软件，构建城市道路和地形曲面bim模型， 将所述城市地理周边信息导入gis建模软件，构建城市地理周边gis模型；

12、构建三维坐标系，将所述城市道路和地形曲面bim模型与城市地理周边gis模型进行数据整合，得到城市汇水分析条件数据；

13、通过大数据检索获取城市排水管网分布信息，将所述城市排水管网分布信息导入bim三维建模软件，构建城市排水管网bim模型，利用所述城市排水管网bim模型进行管道排水模拟，采用芝加哥雨型将不同降雨重现期下的降雨强度转换为一场降雨的降雨过程线；

14、基于暴雨排水模拟系统，将所述道路积水情景历史信息、城市汇水分析条件数据和一场降雨的降雨过程线导入所述暴雨排水模拟系统中进行洪涝数值模拟，生成不同降雨重现期下的道路积水情景数据库。

15、进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述s104，具体为：

16、通过所述不同降雨重现期下的道路积水情景数据库，生成城市道路积水情况；

17、根据所述城市道路积水情况，确定传感器监测设备规格，所述传感器监测设备包括：雨量计、液位计和视频监控；

18、根据所述城市道路积水情况及传感器监测设备规格，确定传感器监测设备安装位置并获取安装位置坐标数据；

19、构建三维坐标系，将所述城市道路和地形曲面bim模型、城市地理周边gis模型和城市排水管网bim模型导入三维坐标系中进行模型整合，得到城市全景模型，将所述安装位置坐标数据导入城市全景模型中，所述城市全景模型生成各个传感器监测设备的安装位置，通过超链接的方式使城市全景模型与传感器监测设备相关联，使城市全景模型能快速定位传感器监测设备位置并查看监测数据。

20、进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述s106，具体为：

21、所述传感器监测设备中的雨量计和液位计进行现场数据采集，生成原始监测数据，所述原始监测数据通过传感器监测设备的串行通信接口传输至数据存储管理平台内储存；

22、调取数据存储管理平台内的原始监测数据，将所述原始监测数据导入数据清洗工具中，所述数据清洗工具识别原始检测数据中的缺失值，使用插值方法预测缺失值并探讨数据均值补偿缺失值；

23、所述数据清洗工具通过统计法，识别得出原始监测数据中的异常值和重复值，数据清洗工具删除异常值和重复值并将原始监测数据调节为统一格式，生成统一格式后的原始监测数据；

24、所述数据清洗工具对统一格式后的原始监测数据进行数值归一化处理，生成处理分析后的监测数据，所述处理分析后的监测数据包括日雨量、瞬时雨量、累积雨量和井内水位；

25、基于气象局网络平台，获取城市天气信息，所述城市天气包括气温、湿度、风向和风速、气压和空气质量；

26、构建城市内涝智慧监控预警平台，在城市内涝智慧监控预警平台中对所述处理分析后的监测数据和城市天气信息进行集成展示。

27、进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述s108，具体为：

28、在所述城市内涝智慧监控预警平台内将处理分析后的监测数据分成三个预警等级，所述三个预警等级包括黄色预警、橙色预警和红色预警；

29、获取雨水井的井深，预设雨水井的井底至井口2/3处为第一水位，预设雨水井的井口以下30cm处为第二水位；

30、基于城市内涝智慧监控预警平台，获取处理分析后的监测数据中的井内水位，判断所述井内水位；

31、若井内水位处于第一水位与第二水位之间，则城市内涝智慧监控预警平台生成黄色预警，在城市内涝预警平台生成黄色预警后若井内水位降至第一水位以下，解除黄色预警；

32、若井内水位达到第二水位，则城市内涝智慧监控预警平台生成橙色预警，在城市内涝预警平台生成橙色预警后若井内水位降至第一水位与第二水位之间，解除橙色预警，生成黄色预警；

33、当城市内涝智慧监控预警平台生成橙色预警后，所述城市内涝智慧监控预警平台计算井内水位的上升速率，在天气预报中获取降雨时长，由井内水位的上升速率得到井内水位冒顶时间，当所述井内水位冒顶时间小于降雨时长，则城市内涝智慧监控预警平台生成红色预警，在城市内涝预警平台生成红色预警后若所述井内水位冒顶时间不小于降雨时长，则解除红色预警，再通过判断井内水位生成对应预警等级。

34、进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述s110，具体为：

35、当城市内涝智慧监控预警平台生成红色预警后，获取传感器监测设备中视频监控的降雨图像信息，对降雨图像信息进行灰度化处理，得到降雨灰度化图像；

36、定义降雨灰度化图像中一个雨水像素点为种子点，预设雨水像素点的灰度阈值，以种子点为起点，对降雨灰度化图像内的像素点进行相似性扩展，基于二值化法，将灰度值在雨水像素点的灰度阈值内的像素点定义为1，将灰度值不在雨水像素点的灰度阈值内的像素点定义为0，得到二值化降雨图像；

37、选定所述二值化降雨图像的一个像素点为起始点，表示为目标分割区域的初始位置；

38、在所述起始点处构建水平集函数，设置所述水平集函数，使水平集函数值逐渐收敛至雨水目标边界；

39、根据所述水平及函数值将图像分割为目标区域和背景区域，选择水平集函数值为0的位置作为分割边界；

40、对目标区域内图像进行去除噪声和平滑边界处理，得到本次降雨的雨型图像，分析所述本次降雨的雨型图像生成本次降雨的雨型数据；

41、将所述本次降雨的雨型数据导入不同降雨重现期下的道路积水情景数据库中进行雨型匹配，得到与本次降雨匹配程度最高的经典雨型，根据本次降雨匹配程度最高的经典雨型获取洪涝模拟结果，由洪涝模拟结果生成城市内涝预警信息，所述城市内涝预警信息包括积水点位置、积水范围、积水深度和积水退去时间；

42、基于气象局网络平台，获取气象灾害预警信息，所述城市内涝智慧监控预警平台通过短信信息将所述城市内涝预警信息和气象灾害预警信息进行发布。

43、本发明第二方面还提供了一种城市内涝智慧预警系统，所述城市内涝智慧监控预警系统包括存储器与处理器，所述存储器中储存由城市内涝智慧监控预警程序，所述城市内涝智慧监控预警程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：

44、通过大数据统计分析及洪涝数值模拟方法，生成不同降雨重现期下的道路积水情景数据库；

45、基于所述不同降雨重现期下的道路积水情景数据库，确定传感器监测设备安装位置及传感器监测设备规格，建立城市全景模型，将所述传感器监测设备和城市全景模型相关联；

46、通过所述传感器监测设备进行现场数据采集监测，得到原始监测数据，对所述原始监测数据进行处理分析得到处理分析后的监测数据，通过气象局网络平台获取城市天气信息，基于城市内涝智慧监控预警平台，对处理分析后的监测数据和城市天气信息进行集成展示；

47、在城市内涝智慧监控预警平台中判断处理分析后的监测数据中的井内水位高低，以及计算井内水位的上升速率和冒顶时间，生成黄色、橙色和红色三个预警等级；

48、获取本次降雨的雨型图像，根据本次降雨的雨型得到城市内涝预警信息，城市内涝智慧监控预警平台对城市内涝预警信息和气象灾害预警信息进行发布。

49、本发明解决的背景技术中存在的技术缺陷，本发明具备以下有益效果：通过洪涝模拟方法构建不同降雨重现期下的道路积水情景数据库，并确定传感器监测设备安装位置，将所述传感器监测设备与城市全景模型相关联，通过所述传感器监测设备进行现场数据采集监测，经过处理后得到的处理分析后的监测数据与城市天气信息在城市内涝智慧预警平台进行集成展示，基于所述处理分析后的监测数据，在城市内涝智慧监控预警平台中对处理分析后的监测数据进行等级划分，生成三个预警等级，获取城市内涝预警信息和气象灾害信息，城市内涝智慧监控预警平台对所述城市内涝预警信息和气象灾害预警信息进行发布。本方法能够根据雨情预报和水位预测综合判断防汛形势，及时发出预警信息并推送给相关管理人员，为科学制定防汛方案提供依据，提高了决策的科学性和主动性。