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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 系統(tǒng)以甘肅隴南地區(qū)為例，在C#平臺(tái)上通過(guò)ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，以歷史氣象資料和天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品為基礎(chǔ)，分布式水文模型SWAT為核心，對(duì)隴南地區(qū)的河道徑流量進(jìn)行模擬，分析出現(xiàn)堰塞湖時(shí)的上游水位情況，并提供三小時(shí)暴雨等級(jí)預(yù)警服務(wù)。系統(tǒng)從暴雨數(shù)據(jù)讀取、SWAT水文模型徑流模擬、洪水淹沒模擬，到預(yù)報(bào)預(yù)警的二、三維顯示與輸出，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、模型、模擬、二三維顯示的一體化、智能化全功能服務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 洪澇災(zāi)害是當(dāng)今世界上給人類帶來(lái)?yè)p失最大的自然災(zāi)害之一。我國(guó)是洪澇災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，20世紀(jì)90年代以來(lái)，由洪澇災(zāi)害帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失占全部自然災(zāi)害損失的62%，相當(dāng)于同期GDP的1.55%。我國(guó)的災(zāi)害性洪水主要由暴雨形成，夏季暴雨災(zāi)害多為季節(jié)性暴雨。甘肅省隴南地區(qū)是我國(guó)西北部暴雨災(zāi)害的一大重災(zāi)區(qū)，其降水具有面積小、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，每年均發(fā)生不同程度的暴雨洪澇災(zāi)害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)，為政府提供實(shí)時(shí)、直觀的暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，在防災(zāi)減災(zāi)方面具有重要意義。 系統(tǒng)以甘肅隴南地區(qū)為例，在C#平臺(tái)上通過(guò)ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，以歷史氣象資料和天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品為基礎(chǔ)，分布式水文模型SWAT為核心，對(duì)隴南地區(qū)的河道徑流量進(jìn)行模擬，分析出現(xiàn)堰塞湖時(shí)的上游水位情況，并提供三小時(shí)暴雨等級(jí)預(yù)警服務(wù)。系統(tǒng)從暴雨數(shù)據(jù)讀取、SWAT水文模型徑流模擬、洪水淹沒模擬，到預(yù)報(bào)預(yù)警的二、三維顯示與輸出，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、模型、模擬、二三維顯示的一體化、智能化全功能服務(wù)。 一、系統(tǒng)功能： 1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊。系統(tǒng)在二維或三維顯示模式下加載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（包括氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、道路河網(wǎng)數(shù)據(jù)以及高分辨率遙感影像），可進(jìn)行放大縮小、三維旋轉(zhuǎn)、飛行瀏覽、查詢屬性信息等操作。 2.氣象數(shù)據(jù)模塊。支持歷史與預(yù)報(bào)氣象信息的導(dǎo)入、查詢、編輯和修改等功能。 3.徑流模擬模塊。根據(jù)導(dǎo)入的實(shí)測(cè)（預(yù)報(bào)）降水、氣溫信息，通過(guò)SWAT模型，系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)每條河道進(jìn)行徑流量模擬，并以不同粗細(xì)、不同顏色線條展示徑流量大小，也可通過(guò)點(diǎn)擊查詢或圖表形式給出各條河流的模擬徑流量數(shù)值。 4.洪水模擬模塊。出現(xiàn)堰塞湖時(shí)，用戶選擇某河段的堵塞位置以及堵塞日期，生成堵塞后的河道水深折線圖，模擬河道水位上漲過(guò)程并預(yù)測(cè)溢出時(shí)間，對(duì)堵塞后的上游危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)報(bào)。 5.暴雨預(yù)警模塊。系統(tǒng)自動(dòng)讀取三小時(shí)降水預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，生成降水狀況的柱狀專題圖和時(shí)間序列折線圖，根據(jù)雨量大小生成縣級(jí)暴雨等級(jí)專題圖，針對(duì)不同等級(jí)的暴雨災(zāi)害，給出決策建議。 二、創(chuàng)新性： 1.分布式水文模型SWAT是在空間信息技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上形成的基于物理過(guò)程的徑流模擬模型，具有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，本系統(tǒng)將其脫離以往平臺(tái)ArcGIS（或ArcView），嵌入自行開發(fā)的系統(tǒng)軟件，克服SWAT模型在ArcGIS平臺(tái)下分步驟繁瑣運(yùn)行的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)徑流量的快速模擬 2.開發(fā)前期進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，建立天氣發(fā)生器、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)等，令軟件自帶隴南地區(qū)相應(yīng)信息，使用戶只需更新日降水、氣溫?cái)?shù)據(jù)即可運(yùn)行SWAT模型，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作 3.添加三維洪澇災(zāi)害顯示功能，使用戶可針對(duì)不同需求進(jìn)行二三維切換，得到立體形象的洪澇災(zāi)害情景。 三、科技性： 1.系統(tǒng)中嵌入分布式水文過(guò)程模型SWAT模型，程序設(shè)計(jì)相應(yīng)參數(shù)接口，通用性、智能化水平高。 2.將氣象、水文、地形地貌等數(shù)據(jù)與水文徑流模型、暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警等應(yīng)用模型耦合，利用GIS空間分析及可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了水文徑流模擬、暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警的二三維直觀展示。 四、社會(huì)價(jià)值： 1.對(duì)洪水進(jìn)行預(yù)報(bào)，預(yù)先了解洪水的影響范圍和程度，避免不必要的財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡 2.對(duì)各縣進(jìn)行暴雨預(yù)警，提供決策方案，便于相關(guān)部門安排工作，降低次生災(zāi)害所造成的損失 3.通過(guò)疊加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為防災(zāi)減災(zāi)決策制定提供科學(xué)依據(jù)
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、發(fā)明目的：在全球氣候變化的背景下，區(qū)域性極端天氣現(xiàn)象發(fā)生的頻率越來(lái)越高，暴雨天氣的影響也越來(lái)越大。甘肅省隴南地區(qū)作為暴雨災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，迫切需要構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)為政府提供實(shí)時(shí)、直觀的暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，在防災(zāi)減災(zāi)方面具有重要意義。 二、創(chuàng)新點(diǎn)：本系統(tǒng)將SWAT模型脫離以往平臺(tái)ArcGIS，嵌入自行開發(fā)的系統(tǒng)軟件，克服SWAT模型在ArcGIS平臺(tái)下分步驟繁瑣運(yùn)行的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)徑流量的快速模擬；開發(fā)前期進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，建立天氣發(fā)生器、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)等，令軟件自帶隴南地區(qū)相應(yīng)信息，使用戶只需更新日降水、氣溫?cái)?shù)據(jù)即可運(yùn)行SWAT模型，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作；添加三維洪澇災(zāi)害顯示功能，使用戶可針對(duì)不同需求進(jìn)行二三維切換，得到立體形象的洪澇災(zāi)害情景。 三、關(guān)鍵技術(shù)：系統(tǒng)中嵌入分布式水文過(guò)程模型SWAT模型，程序設(shè)計(jì)相應(yīng)參數(shù)接口，通用性、智能化水平高；將氣象、水文、地形地貌等數(shù)據(jù)與水文徑流模型、暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警等應(yīng)用模型耦合，利用GIS空間分析及可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了水文徑流模擬、暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警的二三維直觀展示。 四、技術(shù)指標(biāo)：在二、三維顯示模式下加載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行放大縮小、三維旋轉(zhuǎn)、飛行瀏覽、查詢屬性等操作；支持歷史與預(yù)報(bào)氣象信息的管理；根據(jù)導(dǎo)入的氣象信息，系統(tǒng)通過(guò)SWAT模型可自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)每條河道進(jìn)行徑流量模擬，實(shí)現(xiàn)徑流監(jiān)測(cè)；出現(xiàn)堰塞湖時(shí)，模擬河道水位上漲過(guò)程并預(yù)測(cè)溢出時(shí)間，對(duì)堵塞后的上游危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)報(bào)；自動(dòng)讀取三小時(shí)降水預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，生成專題圖，針對(duì)不同等級(jí)的暴雨災(zāi)害，給出決策建議。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)引入分布式水文模型——SWAT模型進(jìn)行徑流模擬，此模型經(jīng)過(guò)十多年的完善，經(jīng)歷8個(gè)版本，是現(xiàn)今具有較大影響力的水文模型。其模型研究時(shí)不受空間尺度和時(shí)間尺度的限制，在提高模擬精度方面，可以將研究區(qū)域細(xì)分成若干計(jì)算單元，以達(dá)到提高模擬精度的效果。針對(duì)甘肅隴南地區(qū)，本系統(tǒng)采用SWAT模型最新版本SWAT2009模擬河道徑流量，預(yù)報(bào)預(yù)警暴雨洪澇災(zāi)害。現(xiàn)今SWAT模型的使用需在ArcGIS或ArcView平臺(tái)上，非專業(yè)GIS人員要掌握其使用較為困難，即便是GIS專業(yè)人員，在使用時(shí)，需進(jìn)行大量前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及處理，操作復(fù)雜，準(zhǔn)備繁瑣。此外，若要更新氣象信息，需重新運(yùn)行ArcSWAT，耗時(shí)長(zhǎng)，極為不便。在自行開發(fā)的軟件中，針對(duì)隴南地區(qū)，事先將變化較小的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立天氣發(fā)生器和數(shù)據(jù)庫(kù)，使得用戶只需更新氣象信息便可運(yùn)行SWAT模型，方便快捷。系統(tǒng)界面友好，操作簡(jiǎn)單，非專業(yè)人士也可輕松使用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段，即將納入業(yè)務(wù)化運(yùn)行
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物 產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、使用說(shuō)明：該系統(tǒng)的使用需導(dǎo)入氣象數(shù)據(jù)，建議使用一年以上的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)以達(dá)到較準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。此外，由于系統(tǒng)支持三維顯示，對(duì)計(jì)算機(jī)要求較高，若該計(jì)算機(jī)顯卡配置較差，可能會(huì)出現(xiàn)三維顯示模塊圖像滯后的情況，建議在較好配置的計(jì)算機(jī)上使用，以便更加清晰流暢地進(jìn)行三維瀏覽，充分發(fā)揮系統(tǒng)作用。 二、適用范圍及前景：該系統(tǒng)適用于甘肅省隴南地區(qū)，能為該地區(qū)的暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)。本系統(tǒng)提供了暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的一個(gè)模式，通過(guò)更改部分信息，系統(tǒng)即可移植到全國(guó)各地，讓隴南模式更好地為其他易遭受暴雨洪澇災(zāi)害的地區(qū)服務(wù)。 三、經(jīng)濟(jì)效益：該系統(tǒng)開發(fā)的目的為防災(zāi)減災(zāi)，并不存在通常意義上的商業(yè)價(jià)值。但由于自然災(zāi)害的特殊性，一旦爆發(fā)，往往造成大量經(jīng)濟(jì)損失甚至威脅到人民的生命安全。甘肅省隴南地區(qū)平均每年由暴雨洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)千萬(wàn)。如能提前有效的對(duì)暴雨洪澇災(zāi)害經(jīng)行預(yù)報(bào)預(yù)警，則可最大程度的減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，即間接帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益可估算為每年近千萬(wàn)。
同類課題研究水平概述
- 針對(duì)洪澇災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)多采用監(jiān)測(cè)—預(yù)報(bào)一體的預(yù)警方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水文情勢(shì)，一有異常立刻采取相應(yīng)措施；通過(guò)水文模型模擬流域各水文特征量，提早發(fā)現(xiàn)洪澇災(zāi)害，發(fā)布應(yīng)急預(yù)案防災(zāi)減災(zāi)。從上世紀(jì)70年代開始，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)流域水文模型，通過(guò)徑流模擬展開預(yù)報(bào)工作。通過(guò)40多年的學(xué)習(xí)發(fā)展，我國(guó)水文預(yù)報(bào)工作從無(wú)到有、由點(diǎn)到面迅速發(fā)展起來(lái)。目前，在水文作業(yè)預(yù)報(bào)中，我國(guó)所采用的水文預(yù)報(bào)模型主要由我國(guó)自行研制開發(fā)的新安江模型、雙超產(chǎn)流模型、河北雨洪模型、姜灣徑流模型等，從國(guó)外引進(jìn)的模型主要有Tank、Sacramento和SMAR等模型，以及改進(jìn)的國(guó)外模型，如連續(xù)API模型、CLS模型和NAM模型等。
