黄河防汛指挥决策支持系统及方法与流程

本发明涉及灾害管理，尤其涉及黄河防汛指挥决策支持系统及方法。

背景技术：

1、灾害管理技术领域专注于开发和部署先进的技术和方法，以应对自然灾害，包括洪水、干旱、台风等气象相关灾害。旨在提高灾害预警能力、应急响应效率和恢复力。通过对相关数据的收集、分析和处理，该技术能够支持决策者在灾害发生前进行风险评估，制定有效的预防措施，以及在灾害发生时快速做出响应，最终减轻自然灾害对人类社会和经济的影响。

2、其中，黄河防汛指挥决策支持系统旨在提升黄河流域防洪管理的效率与效果，确保在洪水威胁下能够迅速、准确地作出反应。通过对气象、水文等关键数据的实时分析与预测，该系统有助于实现洪水风险的早期识别和评估，从而使决策者能够及时制定和调整防洪措施。包括减少洪水对人民生命财产的威胁、优化防洪资源的配置、提高应急响应的时效性和准确性。通过持续的风险监控和管理，提高黄河流域的整体防灾减灾能力，降低自然灾害对社会经济活动的冲击。

3、传统防汛系统在风险评估方面，多依赖于经验判断及简化模型，难以准确模拟复杂的气象水文情况，导致预测结果的准确度不高，无法为决策提供充分的科学依据，传统系统资源配置的效率和准确性不足，缺乏有效的优化算法支持，导致防洪资源不能被合理分配和充分利用，存在资源浪费的现象，传统系统在紧急响应协调方面，由于缺少高效的数据处理和实时协调机制，跨部门和地区的响应存在滞后，影响了防洪救灾的时效性和有效性，传统系统在实时风险监控方面也显示出技术手段的局限，难以实现对洪水发展动态的精确监控和评估，导致防洪措施难以做到精准调整，进而影响防洪策略的整体效能。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的黄河防汛指挥决策支持系统及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：黄河防汛指挥决策支持系统包括洪水动态预测模块、资源优化配置模块、紧急响应协调模块、影响因素分析模块、实时风险监控模块、效能准确性验证模块、决策信息展示模块；

3、所述洪水动态预测模块基于黄河流域气象水文数据，采用土壤与水评估工具模型，模拟流域降雨径流过程，通过长短期记忆网络，分析历史与实时数据变化趋势，预估未来洪水的可能性与强度，生成洪水趋势预测结果；

4、所述资源优化配置模块基于洪水趋势预测结果，采用混合整数线性规划，优化分配防洪资源，包括水坝、救援人员、救灾物资，通过遗传算法，制定资源分配措施，生成资源配置优化方案；

5、所述紧急响应协调模块基于资源配置优化方案，采用支持向量机，分析洪水风险数据，通过决策树算法和实时数据流技术，协调目标区域内的多个部门和地区，生成紧急响应行动计划；

6、所述影响因素分析模块基于黄河流域历史洪水数据和当前环境数据，运用主成分分析，提取目标数据关键因素，包括降雨量、流域地形、土地利用类型和土壤湿度，应用k-均值聚类算法，将目标数据按照特征分为多个类别，通过卷积神经网络，分析目标因素影响洪水的强度和发生概率，生成洪水影响分析结果；

7、所述实时风险监控模块基于洪水影响分析结果，采用时间序列分析，分析传感器网络实时监控数据，通过孤立森林算法，分析异常数据点，监测洪水发展情况，评估防洪措施效果，模拟风险场景，生成风险监控与评估结果；

8、所述效能准确性验证模块基于风险监控与评估结果，采用数据包络分析方法评估防洪措施的整体效能，利用遗传算法对防洪策略进行优化调整，通过交叉验证方法，检验洪水预警的准确性和措施的有效性，生成系统效能信息；

9、所述决策信息展示模块基于洪水趋势预测结果、资源配置优化方案、紧急响应行动计划、洪水影响分析结果、风险监控与评估结果、系统效能信息，通过etl工具，整合目标信息，利用数据驱动文档工具，分析洪水预警级别、受影响区域、资源部署情况和响应措施，生成洪水管理综合解决方案。

10、作为本发明的进一步方案，所述洪水趋势预测结果包括预计洪水起始时间、受影响地区列表、洪水强度级别，所述资源配置优化方案包括分配给水坝的调控水量参数、救援人员的调配位置、救灾物资的类别与数量，所述紧急响应行动计划包括疏散路线图、紧急避难所分布、救援物资分发点，所述洪水影响分析结果包括关键影响因素的权重评分、因素类别划分、预计对洪水强度的贡献度，所述风险监控与评估结果包括当前洪水风险等级、监测到的异常数据点详情、防洪措施的实时调整方案，所述系统效能信息包括防洪措施的能效比评价、预警系统准确率、策略调整方向，所述洪水管理综合解决方案包括洪水预警级别、资源配置的优化方案、紧急响应措施的实施指南。

11、作为本发明的进一步方案，所述洪水动态预测模块包括模型应用子模块、数据分析子模块、预测输出子模块；

12、所述模型应用子模块基于黄河流域气象水文数据，采用土壤与水评估工具模型，模拟差异化土地覆盖类型和地形对降雨径流过程的影响，计算多流域单元的水量平衡，评估多种情景下的水文响应和水文趋势，生成流域水文响应数据集；

13、所述数据分析子模块基于流域水文响应数据集，采用长短期记忆网络，分析历史与实时降雨径流数据，通过历史洪水事件模式和实时水文变化，包括气候变化、季节性变化，预测未来洪水趋势和强度，生成洪水趋势分析结果；

14、所述预测输出子模块基于洪水趋势分析结果，采用数据聚合和结果解释技术，预估洪水的强度、发生可能性、发生时间、受影响地区，包括对洪水发生概率的量化评估和对受威胁区域的影响，生成洪水趋势预测结果。

15、作为本发明的进一步方案，所述资源优化配置模块包括资源分析子模块、配置优化子模块、方案生成子模块；

16、所述资源分析子模块基于洪水趋势预测结果，采用数据分析技术，通过洪水强度、受影响区域的范围和人口密度，分析防洪资源的需求量，包括水坝的水量控制需求、救援人员的数量和技能、救灾物资的种类和数量，确定资源需求的优先级和规模，生成资源需求方案；

17、所述配置优化子模块基于资源需求方案，采用混合整数线性规划方法，优化水坝操作、救援队伍的配置和物资分配，应用遗传算法，通过迭代优化方案，生成基础资源配置集；

18、所述方案生成子模块基于基础资源配置集，采用场景分析法，模拟差异化洪水情境下的资源需求，通过多目标优化算法，匹配资源配置方案，整合分析数据和优化结果，生成资源配置优化方案。

19、作为本发明的进一步方案，所述紧急响应协调模块包括风险评估子模块、策略制定子模块、协调执行子模块；

20、所述风险评估子模块基于资源配置优化方案，采用支持向量机，分析洪水风险数据，划分洪水风险等级，识别风险区域和关键影响因素，生成洪水风险等级评估信息；

21、所述策略制定子模块基于洪水风险等级评估信息，采用决策树算法，通过风险等级、资源可用性和地区需求，匹配响应措施，包括疏散指令、救援队伍部署和物资分配，生成洪水响应策略方案；

22、所述协调执行子模块基于洪水响应策略方案，利用实时数据流技术，协调目标区域内多个部门和地区执行紧急响应行动，包括跨部门和地区之间的通信和协作，生成紧急响应行动计划。

23、作为本发明的进一步方案，所述影响因素分析模块包括因素提取子模块、因素分类子模块、影响评估子模块；

24、所述因素提取子模块基于黄河流域历史洪水数据和当前环境数据，采用主成分分析算法，提取影响洪水发生的关键因素，包括降雨量、流域地形、土地利用类型和土壤湿度，生成关键影响因素数据集；

25、所述因素分类子模块基于关键影响因素数据集，采用谱聚类算法，根据对洪水影响的相似度，包括降雨模式、土地地形和土地利用情况，进行关键影响因素分类，生成细化因素聚类信息；

26、所述影响评估子模块基于细化因素聚类信息，利用卷积神经网络，对影响因素进行特征提取和模式识别，分析目标因素与洪水强度、发生概率之间的非线性关系和相互作用，生成洪水影响分析结果。

27、作为本发明的进一步方案，所述实时风险监控模块包括数据监测子模块、异常检测子模块、危险监控子模块；

28、所述数据监测子模块基于洪水影响分析结果，采用自回归移动平均模型，监测目标时间内的水文数据，分析潜在的洪水预警信号，包括异常降雨模式和河流水位上升，生成实时监控数据信息；

29、所述异常检测子模块基于实时监控数据信息，采用孤立森林算法，通过构建多个随机树孤立观测点，分析实时监控数据中的异常点，识别潜在洪水风险信号，生成异常监控点识别结果；

30、所述危险监控子模块基于异常监控点识别结果，通过多元回归分析，分析异常点与洪水风险间的关系，确定多种因素对防洪措施的影响，通过地理信息系统技术，分析异常点对周围防洪设施和区域的影响，生成的风险监控与评估结果。

31、作为本发明的进一步方案，所述效能准确性验证模块包括效能评估子模块、准确性分析子模块、调整建议子模块；

32、所述效能评估子模块基于风险监控与评估结果，采用数据包络分析法，对多种防洪措施的效能进行比对，包括成本、资源投入、减少的洪水损害、提高的安全水平，评估防洪策略效益，生成防洪措施效能评分；

33、所述准确性分析子模块基于防洪措施效能评分，采用交叉验证方法，分析洪水预警预测模型的表现和特征，评估模型对洪水发生的预测准确性和差异化情境下的表现，生成预警模型性能评估结果；

34、所述调整建议子模块基于预警模型性能评估结果，利用粒子群优化算法，对防洪策略进行调整，包括预警系统的参数设置、资源分配比例和响应时间，匹配防洪策略配置，优化预警准确性和响应效率，生成系统效能信息。

35、作为本发明的进一步方案，所述决策信息展示模块包括信息整合子模块、策略评估子模块、综合方案生成子模块；

36、所述信息整合子模块基于洪水趋势预测结果、资源配置优化方案、紧急响应行动计划、洪水影响分析结果、风险监控与评估结果、系统效能信息，采用etl算法，整合目标数据，转换为统一的格式，生成整合数据信息；

37、所述策略评估子模块基于整合数据信息，采用决策分析法，分析洪水预警级别、受影响区域、资源部署情况和响应措施的有效性，评估目标措施对减轻洪水影响的潜在效果，匹配资源配置和响应策略，生成策略优化信息；

38、所述综合方案生成子模块基于策略优化信息，采用决策树算法，分析多种洪水管理策略，包括洪水预警系统的部署、资源配置方案、紧急响应措施和恢复计划，通过线性规划算法，分析现有资源，优化洪水管理方案，生成洪水管理综合解决方案。

39、黄河防汛指挥决策支持方法，所述黄河防汛指挥决策支持方法基于上述黄河防汛指挥决策支持系统执行，包括以下步骤：

40、s1：基于黄河流域气象水文数据，采用土壤水分评估工具模型和长短期记忆网络，模拟降雨径流过程，分析历史与实时数据变化趋势，预估洪水可能性与强度，生成洪水风险评估信息；

41、s2：基于所述洪水风险评估信息，采用决策树算法，分析防洪资源需求，包括水坝调控水量、救援人员数量和救灾物资种类，识别资源需求量和优先级，生成资源需求清单；

42、s3：基于所述资源需求清单，采用混合整数线性规划和遗传算法，优化防洪资源配置，生成资源配置优化方案；

43、s4：基于所述资源配置优化方案，通过支持向量机和决策树算法，分析洪水风险等级，匹配紧急响应策略和行动计划，生成紧急响应行动计划；

44、s5：基于所述历史洪水数据和当前环境数据，利用主成分分析和k-均值聚类算法，提取关键影响因素，通过卷积神经网络，分析目标因素对洪水强度和发生概率的影响，生成洪水影响分析结果；

45、s6：基于所述洪水影响分析结果，采用时间序列分析和孤立森林算法，分析实时水文数据，对洪水风险进行实时评估，生成实时风险监控信息；

46、s7：基于所述实时风险监控信息，采用数据包络分析方法和交叉验证技术，评估防洪措施效能和洪水预警系统准确性，生成效能与准确性评估结果；

47、s8：基于所述洪水风险评估信息、资源配置优化方案、紧急响应行动计划、洪水影响分析结果、实时风险监控信息和效能与准确性评估结果，利用etl工具，匹配洪水管理解决方案，生成洪水管理综合解决方案。

48、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

49、本发明中，通过采用土壤与水评估工具模型和长短期记忆网络，精确模拟流域降雨径流过程并分析历史与实时数据的变化趋势，提高洪水趋势预测的准确性，混合整数线性规划和遗传算法的应用优化了防洪资源分配，确保防洪资源的高效利用，支持向量机和决策树算法在紧急响应协调中的使用提升了多部门和地区协调的效率，主成分分析和k-均值聚类算法准确提取影响洪水的关键因素，通过卷积神经网络分析因素与洪水强度的关系，增强对洪水影响因素的理解，利用时间序列分析和孤立森林算法，通过实时风险监控，提高了对洪水发展情况的监控能力和评估防洪措施效果的准确性，数据包络分析和交叉验证方法在效能准确性验证模块中的使用，优化了防洪策略，确保洪水预警系统的高效运行。