山洪灾害监测预警系统建设探讨.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.4(下)-111-生 态 与 环 境 工 程监测预警精度不高,是当前山洪灾害防御面临的主要瓶颈问题的情况,亟需深入研究山洪灾害成灾机理,开发准确率高的预警模型。在地质灾害点面双控试点进行大面积活动中,越来越多的地区参与到地质灾害由点及面的防控研究中,新的点面双控思路不断涌现。但是,我国地域广袤,山区地形各异,山洪灾害发生特点多样,山洪灾害监测预警指标设置难度较大,原有山洪灾害监测存在覆盖范围狭窄、预警不准确等问题。因此,从扩展山洪灾害监测范围、提高预警精准度着手,探究山洪灾害监测预警系统建设具有非常重要的意义。1 山洪灾害监测预警系统建设背景研究地区位于盆地西南
2、边缘,属于盆地到山原过渡地点。区域地势西南部高、北东部低,最高点海拔为 3098.3m,最低位置海拔为 420m,相对高差为 2679m。按照地貌形态,可将区域地貌分为平原、丘陵、山区 3 种类型,不同类型地貌特点见表 1。表 1 区域地貌特点地貌海拔/m面积/k形态平原400500200椭圆形,中部为带低丘横亘,呈陇岗状排列丘陵407036多为圆形丘包,呈北东向延伸山区3098.84200地面切割破碎,山势陡峻该区域降雨充沛,山顶多年平均降雨量为 1922.8mm,近40 年最大年降雨量为 2415.2mm。区域降雨量在地区分布不均,由北西山区向周边延伸逐渐减少。同时区域降雨量时空分布不均,
3、49 月降雨量超过其他月份(见表 2)。该区域频繁出现暴雨天气,受降雨影响,新增山洪灾害点 14 处。表 2 区域多年各月平均降雨量统计表(单位:mm)月份降雨量115.7222.0337.54128.65128.36185.57333.98381.49146.91078.41142.81215.62 山洪灾害监测预警系统功能2.1 山洪监测信息查询2.1.1 整合储存平台与智防 App 二维码在山洪灾害监测预警系统中,山洪监测信息查询子系统主要以生成链接的方式,将储存平台与智防 App 的二维码功能进行结合,满足山洪防控“一点一区一码”要求。技术实现涉及信息获取、表现形式确定、发布几个模块1
4、。用数据源接口获取信息,采用数据库系统+XML 文件双通道连接储存平台与智防 App,自动更新智防 App 内山洪灾害信息,并与山洪灾害存储平台信息同步发送,包括预警类别、预警设计、开始结束时间、防御指南等。表现形式根据智防 App终端、客户端要求差异,显示内容也有所差异。在智防 App终端,显示内容为气象灾害预警信息,并自动匹配预警解释说明、防御情况。在智防 App 客户端,以预警信号图片+文字的形式(如图 1 所示),表现多种预警信息,满足不同用户的个性化阅读需求。图 1 山洪灾害监测预警系统 App 端信息查询界面隐患点详情公一键报灾电话上报现在0mm0mm0mm0mm1点2点3点撤离路
5、线查看模型发布模块主要是利用信息 PUSH 自动推送与存储平台手动登录查询相结合的方式,收集移动用户二维码扫描信息,在智防 App 软件、存储平台建立连接,推送用户关注信息到发布端,并记录用户浏览时长,将信息反馈到推送端,为推送界面的持续优化提供依据。2.1.2 添加三维模型接口在智防 App 的地质灾害点、风险区二维码内,添加三维山洪灾害监测预警系统建设探讨徐鑫李洪(四川省第七地质大队,四川 眉山 614200)摘 要:为了更好地防御山洪灾害,利用文献资料法、案例分析法,以某地区山洪灾害监测预警为分析案例,简单介绍了山洪灾害监测预警系统建设需求,结合山洪灾害监测预警系统建设技术细节,探究了山
6、洪灾害监测预警系统功能。研究发现,山洪灾害监测预警系统可以实时监测山洪灾害,提高山洪灾害预防控制效率,具有一定应用价值和推广意义。关键词:山洪;灾害监测预警系统;激光雷达中图分类号:TV87文献标志码:A中国新技术新产品2024 NO.4(下)-112-生 态 与 环 境 工 程模型接口2。三维模型接口设计主要使用PDMS(Plant Design Management System)软件,以单个模型元素调整为重点,根据 PDMS 特有数据格式,建立三维模型接口。接口导出端构建 CAD 坐标系、PDMS 坐标系对应关系,使 CAD 内同一平面的一个点组在 PDMS 内对应一个 EXTRL SL
7、ON,且第一个点组为 EXTRL SLON 的原点。2.1.3 获得三维模型在三维模型接口支持下,可上传区域部分灾害点的三维模型数据(包括断面信息、流域信息)3。此时,用户可采用扫描灾害点的二维码的方式,直接获得灾害点的三维模型。三维模型是根据已知场地竖向数据对每3个临近点联结为三角形,区域任意灾害点均落到三角面顶点、线或三角形内,根据落到三角形 3 个顶点、线与内部的灾害点差值,可以输出灾害点高程,并显示地形三角网,准确反映灾害点地势地形4。在地形三角网内,点击模型局部,了解流域设计暴雨、断面避灾转移路线、淹没范围等信息,并根据需要查询灾害点的形态和范围。2.2 山洪信息实时预报2.2.1
8、野外调查山洪灾害监测预警系统拟选择基于临界雨量预报模式,临界雨量是根据实际降雨量、临界雨量对比,预测区域山洪灾害是否发生及其紧急程度、危害程度。在运行山洪实时预报功能前,应提取山洪灾害监测预警系统内存储的野外调查数据。利用大疆精灵 4RTK 无人机进行野外调查,规划航线(包括飞正射影像、飞倾斜影像),面对山洪灾害高风险区的斜坡拍摄无人机 1 10000 比例尺正射影像图、倾斜摄影图或贴近(仿地)摄影图。同时利用大疆智图软件解析空中三角测量,自动匹配、正射纠正制作正射影像图5。2.2.2 重建三维格网在获得正射影像图后,利用系统端三维格网重建功能,自动纹理映射制作获取三维模型。第一步,根据无人机
9、拍摄某物体的序列图像,采用三维重建算法(PMVS 运动信息结构化算法),重建三维模型(3行 4 列的矩阵)和相机参数(与序列图像中成像一一对应)。第二步,基于遮挡原理,检测快速片元可见性,确定片元的法向量、顶点法向量。即设定片元数为 N,一个网格内块数为 M,一个块内线程数为 T,利用一个块测试一个片元是否被其他片元遮挡。在相机矩阵内,三维模型上的点和投影到图像上的点间关系如公式(1)所示。Vij=PiVj (1)式中:Vij为投影到图像上的点;Pi为相机矩阵;Vj为三维模型上的点。确定三维模型上的点和投影到图像上的点间关系后,利用块内线程,将片元数扩大至网格块数的整数倍,计算 2 个三角形是
10、否重叠(公共部分面积是否为 0)。第三步,根据顶点法向量与顶点到相机中心的向量的夹角,推测无人机摄像中对应像素颜色相对顶点颜色的权值(顶点法向量与顶点到相机中心向量的夹角的余弦),完成自动纹理映射。2.2.3 校对流域信息以三维模型为底图,同时提取系统端数据库内历史山洪灾害数据、涉水工程补充调查数据、沿河村落详细勘察数据,现场校对小流域基础信息。小流域基础信息校对可以利用形状约束条件下的流域分散入流非线性回流模型,利用基于压力传感器的河流高度测量估计流量,辅以周期性流量测量,关联河流高度与流量,如公式(2)所示。Q=K(H-H0)z (2)式中:Q 表示稳态排放;K 表示评级曲线常数;H 表示
11、流高,m;H0表示零排放;z 表示评级曲线常数。在壤中流、地下径流对洪水过程贡献相对较小情况下,借助全流域整体模拟,完成小流域基础信息校对。2.2.4 输出多元数据根据校对结果,依托主流 GIS 服务软件(GeoServer 或ArcGIS)的 REST 服务能力,系统端集成地图切片、DOM 数据、DEM 高程数据、空间矢量数据,输出遥测数据、前期土壤含水量数据以及本次降水形成洪峰洪量数据,为山洪预警响应奠定基础。以 ArcGIS Server 10 java 版本的 REST 服务部署为例,利用 ArcGIS Manager 创建服务,开启 ArcGIS Services Directory
12、,从 Mangaer 中导出 est 服务对应.war 包,将.war 包放入 Tomcat 虚拟目录,重启 ArcGIS Server 服务,确定 REST 服务接口发布成功。2.3 山洪监测信息更新2.3.1 搭建三维实景模型山洪灾害监测预警系统内储存海量数据信息,数据维护是系统正常运行的前提。系统储存数据格式、数据类型具有一定差异,因此可以三维实景模型为载体,对流域信息、雨图 2 某地区山洪灾害崩塌体三维监测模型中国新技术新产品2024 NO.4(下)-113-生 态 与 环 境 工 程量信息以及断面信息进行维护更新。以区域在册的山洪灾害点和选定的 1 处极高风险区建立三维实景模型,如图
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