專利名稱：城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及洪水災(zāi)害預(yù)測(cè)技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)
方法。
背景技術(shù)：
洪水災(zāi)害一直是困擾人類社會(huì)發(fā)展的自然災(zāi)害，洪水災(zāi)害預(yù)測(cè)是防洪減災(zāi)工作的 核心內(nèi)容之一。目前水災(zāi)害的管理利用地理信息系統(tǒng)(Geogr即hicInformation System, 簡(jiǎn)稱"GIS")技術(shù)、遙感技術(shù)(Remote Sensing,簡(jiǎn)稱"RS")和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,簡(jiǎn)稱"GPS")技術(shù)，以及暴雨預(yù)測(cè)技術(shù)、洪水預(yù)報(bào)技術(shù)等來(lái)模擬預(yù)測(cè)。 但是，這種管理方法各項(xiàng)工作完成相對(duì)獨(dú)立，并沒(méi)有將所有的技術(shù)集成到一個(gè)平臺(tái)，不利于 對(duì)水災(zāi)害進(jìn)行快速有效地預(yù)測(cè)。同時(shí)，對(duì)于城市水災(zāi)害演進(jìn)實(shí)現(xiàn)三維可視化目前也一直處 于探索研究階段。 GIS技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力和可視化能力，城市暴雨管理模型一暴雨徑流 管理模型(Storm Water Management Model,簡(jiǎn)稱"SWMM")可以很好的對(duì)雨洪進(jìn)行管理、分 析和設(shè)計(jì)，但是在現(xiàn)階段的水災(zāi)害預(yù)測(cè)工作中，僅先利用GIS技術(shù)來(lái)管理和預(yù)處理數(shù)據(jù)，再 利用SWMM模擬計(jì)算，然后利用GIS技術(shù)二維顯示計(jì)算結(jié)果。其中，SWMM模型與GIS數(shù)據(jù)模 型并沒(méi)有兼容。這種方法不符合災(zāi)害預(yù)測(cè)工作快速、高效、直觀的要求。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種能有效提高預(yù)測(cè)效率的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法。
所述城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法包括以下步驟A.修改暴雨徑流管理模型，使 其與地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型一致；B.通過(guò)所述地理信息系統(tǒng)將所述暴雨徑流管理模型 的計(jì)算內(nèi)核嵌入到所述地理信息系統(tǒng)中；C.劃分研究區(qū)域的子流域；D.利用所述地理信息 系統(tǒng)獲取各項(xiàng)模型所需的參數(shù)；E.在所述地理信息系統(tǒng)中通過(guò)所述暴雨徑流管理模型進(jìn) 行模擬計(jì)算；F.根據(jù)所述模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)可視化。 所述步驟A中修改暴雨徑流管理模型的步驟包括Al.更新數(shù)據(jù)模型類定義； A2.更新已有數(shù)據(jù)實(shí)體； 所述步驟B包括數(shù)據(jù)層次綜合集成、模型層次綜合集成。 所述步驟C中劃分研究區(qū)域的子流域的步驟還包括將分布式流域水文模型集成 到地理信息系統(tǒng)中。
所述步驟E中通過(guò)暴雨徑流管理模型進(jìn)行模擬計(jì)算的步驟包括El.模擬計(jì)算各 結(jié)點(diǎn)水深；E2.模擬從結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)或者從結(jié)點(diǎn)到出水口水流深度的變化情況。
所述步驟F中根據(jù)模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)可視化的步驟包括Fl.根據(jù)所 述模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行地面積水漲消過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)4D仿真；F2.根據(jù)所述模擬計(jì)算的結(jié) 果進(jìn)行地下排水管網(wǎng)的三維可視化。 上述城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，通過(guò)修改暴雨徑流管理模型，使其與地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型一致，并將暴雨徑流管理模型的計(jì)算內(nèi)核嵌入到地理信息系統(tǒng)中，從而 將地理信息系統(tǒng)與暴雨徑流管理模型集成于一個(gè)平臺(tái)，這樣可以大大提高計(jì)算的效率，能 更加有效的為防災(zāi)減災(zāi)提供決策支持；同時(shí)，通過(guò)修改暴雨徑流管理模型，將其與地理信息 系統(tǒng)綜合集成，能實(shí)現(xiàn)高效便捷操作，從而有效地提高預(yù)測(cè)效率。


圖1是一個(gè)實(shí)施例中城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是一個(gè)實(shí)施例中城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)的系統(tǒng)示意圖；
圖3是一個(gè)實(shí)施例中城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，首先修改SWMM數(shù)據(jù)模型，在GIS平 臺(tái)上嵌入SWMM計(jì)算內(nèi)核，從而將城市暴雨管理模型SWMM和GIS集成到一個(gè)平臺(tái)，然后通過(guò) 子流域劃分以及獲取模型所需參數(shù)，使SWMM在平臺(tái)中可以直接利用GIS數(shù)據(jù)來(lái)模擬計(jì)算水 深以及排水管網(wǎng)的排水情況，并通過(guò)GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)地理積水漲消過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)4D仿真以 及地下管網(wǎng)的三維可視化。 如圖1所示，將SWMM計(jì)算內(nèi)核嵌入到城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)GIS集成平臺(tái)中，
空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)和管理多用戶空間數(shù)據(jù)庫(kù)的通路，其將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)、氣象數(shù)據(jù)子庫(kù)及 管線數(shù)據(jù)子庫(kù)中的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理接口提供給GIS集成平臺(tái)。該GIS集成平臺(tái)除了具有 GIS的基本功能外，還具有以下功能數(shù)據(jù)組織管理與處理、屬性信息查詢、模擬計(jì)算、水災(zāi) 害預(yù)測(cè)以及4D仿真。 圖2示出了一個(gè)實(shí)施例中城市暴雨水災(zāi)害預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣象數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)、區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS集成平臺(tái)。其中氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集氣象數(shù)據(jù)， 為水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)用于管理大量數(shù)據(jù)，包括基 礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)；GIS集成平臺(tái)用于對(duì)水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)并進(jìn)行三維可視化。如 圖1所示，本發(fā)明方法所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括GIS集成平臺(tái)、各種數(shù)據(jù)庫(kù)及SWMM模型。
圖3示出了一個(gè)實(shí)施例中城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法的流程，具體過(guò)程如下
在步驟S31中，修改暴雨徑流管理模型，使其與地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型一致。在 一個(gè)實(shí)施方式中，修改SWMM數(shù)據(jù)模型的過(guò)程具體包括更新數(shù)據(jù)模型類定義；更新已有數(shù) 據(jù)實(shí)體。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)研究SWMM的數(shù)據(jù)模型，在模型源代碼中直接將規(guī)定的數(shù)據(jù) 模型修改成與GIS數(shù)據(jù)模型一致，以達(dá)到在GIS平臺(tái)中SWMM直接利用帶有屬性信息的GIS 數(shù)據(jù)來(lái)模擬計(jì)算的目的。 在步驟S32，通過(guò)地理信息系統(tǒng)將暴雨徑流管理模型的計(jì)算內(nèi)核嵌入到地理信息 系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施方式中，具體包括數(shù)據(jù)層次綜合集成、模型層次綜合集成。將SWMM模 型的計(jì)算內(nèi)核嵌入到GIS平臺(tái)中后，則在GIS平臺(tái)中SWMM可直接利用GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì) 算。 在步驟S33中，劃分研究區(qū)域的子流域。利用適用于復(fù)雜大流域的水文模型 SWAT(Soil and Water Assessment Tool,—種基于GIS基礎(chǔ)上的分布式流域水文模型)， 將SWAT集成到GIS平臺(tái)中，并通過(guò)建立的數(shù)字高層模型(DigitalElevation Model,簡(jiǎn)稱"DEM")計(jì)算元胞個(gè)數(shù)和面積，創(chuàng)建河流和出水口，即可實(shí)現(xiàn)子流域的劃分，同時(shí)還可以計(jì)算 各個(gè)子流域的參數(shù)。由于在子流域劃分的同時(shí)，還可創(chuàng)建河流和出水口，在已有的河流數(shù)據(jù) 和出水口數(shù)據(jù)不全或者缺失的情況下，可以做數(shù)據(jù)校核的參考。 在步驟S34中，利用地理信息系統(tǒng)獲取各項(xiàng)模型所需的參數(shù)。所需的參數(shù)分為確 定性參數(shù)和不確定性參數(shù)兩大類。對(duì)于確定性參數(shù)一般采用GIS技術(shù)以及根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù) 來(lái)獲得，例如對(duì)于各個(gè)子流域的面積、河流的長(zhǎng)度都可以通過(guò)GIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于不 確定性參數(shù)，首先通過(guò)前人的取值經(jīng)驗(yàn)，然后將他們所取的參數(shù)放在本研究中返回試驗(yàn)，同 時(shí)參考優(yōu)化參數(shù)的方法獲得適合本發(fā)明的參數(shù)。參數(shù)獲取后，參考SWMM指定的輸入文件格 式，將參數(shù)添加到各個(gè)圖層的屬性表中，這樣，利用SWMM模擬計(jì)算時(shí)只需選擇所需的圖層 即可。 在步驟S35中，在地理信息系統(tǒng)中通過(guò)暴雨徑流管理模型進(jìn)行模擬計(jì)算。在一個(gè) 實(shí)施例方式中，模擬計(jì)算的過(guò)程具體包括模擬計(jì)算各結(jié)點(diǎn)水深；模擬計(jì)算從結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn) 或者從結(jié)點(diǎn)到出水口水流深度的變化情況。由于SWMM的計(jì)算內(nèi)核已經(jīng)嵌入GIS平臺(tái)，只需 利用GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算即可。通過(guò)SWMM初始模擬結(jié)果，可以得到積水點(diǎn)的水深時(shí)間序列 圖，可以看出各結(jié)點(diǎn)積水水深隨時(shí)間的變化情況。SWMM還可以模擬從結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)或者從結(jié) 點(diǎn)到出水口水流深度的變化情況，可以從剖面圖的表達(dá)方式形象地表達(dá)排水管道及結(jié)點(diǎn)的 豎向位置關(guān)系。以及結(jié)果通過(guò)GIS圖形表達(dá)功能可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行直觀表達(dá)。
在步驟S36中，根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維可視化。在一個(gè)實(shí)施例方式中，所進(jìn)行 的三維可視化過(guò)程具體包括根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行地面積水漲消過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)4D仿 真；根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行地下排水管網(wǎng)的三維可視化。 上述城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，通過(guò)修改SWMM數(shù)據(jù)模型，并在GIS平臺(tái)中嵌 入SWMM計(jì)算內(nèi)核，從而將GIS和SWMM模型集成在一個(gè)平臺(tái)，然后劃分子流域、獲取模型所 需參數(shù)，并通過(guò)SWMM模型進(jìn)行模擬計(jì)算，從而完成城市暴雨水災(zāi)害的模擬計(jì)算，得到各結(jié) 點(diǎn)水深；而三維可視化過(guò)程根據(jù)模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)地理積水漲消過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)4D仿 真以及地下排水管網(wǎng)的三維可視化，從而為制定防災(zāi)減災(zāi)措施提供更為直觀和有效的手 段。 本發(fā)明提供的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法基于GIS綜合集成建立一個(gè)可靠、快 速且具有足夠精確度的洪水模擬預(yù)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，將為城市管理者提供一個(gè)掌握全局和決 策的輔助工具，同時(shí)也為公眾提供一個(gè)知曉其生活環(huán)境內(nèi)的信息的窗口。做好城市水災(zāi)的 模擬與預(yù)測(cè)工作可以降低人民生命財(cái)產(chǎn)的損失，保障社會(huì)安定團(tuán)結(jié)。同時(shí)，這項(xiàng)工作能做到 以最小的投入將災(zāi)害損失降低到最低限度，最大程度的減免國(guó)家經(jīng)濟(jì)損失，減少不必要的 市政投資，實(shí)現(xiàn)防洪經(jīng)濟(jì)效益的最大化。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟A.修改暴雨徑流管理模型，使其與地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型一致；B.通過(guò)所述地理信息系統(tǒng)將所述暴雨徑流管理模型的計(jì)算內(nèi)核嵌入到所述地理信息系統(tǒng)中；C.劃分研究區(qū)域的子流域；D.利用所述地理信息系統(tǒng)獲取各項(xiàng)模型所需的參數(shù)；E.在所述地理信息系統(tǒng)中通過(guò)所述暴雨徑流管理模型進(jìn)行模擬計(jì)算；F.根據(jù)所述模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)可視化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟A中修 改暴雨徑流管理模型的步驟包括Al.更新數(shù)據(jù)模型類定義； A2.更新已有數(shù)據(jù)實(shí)體；。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟B包 括數(shù)據(jù)層次綜合集成、模型層次綜合集成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟C中劃分研究區(qū)域的子流域的步驟還包括將分布式流域水文模型集成到地理信息系統(tǒng)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟E中通過(guò)暴雨徑流管理模型進(jìn)行模擬計(jì)算的步驟包括 El.模擬計(jì)算各結(jié)點(diǎn)水深；E2.模擬從結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)或者從結(jié)點(diǎn)到出水口水流深度的變化情況。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟F中根 據(jù)模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)可視化的步驟包括Fl.根據(jù)所述模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行地面積水漲消過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)4D仿真； F2.根據(jù)所述模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行地下排水管網(wǎng)的三維可視化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種城市暴雨水災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)方法，該方法包括A.修改暴雨徑流管理模型，使其與地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型一致；B.通過(guò)所述地理信息系統(tǒng)將所述暴雨徑流管理模型的計(jì)算內(nèi)核嵌入到所述地理信息系統(tǒng)中；C.劃分研究區(qū)域的子流域；D.利用所述地理信息系統(tǒng)獲取各項(xiàng)模型所需的參數(shù)；E.在所述地理信息系統(tǒng)中通過(guò)所述暴雨徑流管理模型進(jìn)行模擬計(jì)算；F.根據(jù)所述模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維可視化。本發(fā)明能有效提供城市暴雨水災(zāi)害的預(yù)測(cè)效率，實(shí)現(xiàn)城市水災(zāi)害預(yù)測(cè)的信息化和數(shù)字化，對(duì)城市暴雨水災(zāi)害的積水位置、深度、時(shí)間、歷時(shí)可以提供快速、準(zhǔn)確和直觀有效的預(yù)報(bào)，為防災(zāi)減災(zāi)提供決策支持。
文檔編號(hào)G01W1/00GK101694680SQ20091019063
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者劉為, 胡金星 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院;