物聯(lián)網(wǎng)技術與城市內(nèi)澇災害分析模型在城市防汛工作中的應用

孟波波

（江蘇南大先騰信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司 江蘇省南京市 210012）

城市內(nèi)澇是由于短時強降雨或連續(xù)性降雨超過城市排水能力，在排水不暢等情況下形成城市積水災害的現(xiàn)象。近年來，高速發(fā)展的城市化進程引起城市水文特性的顯著變化，城市人口數(shù)量大幅增加、交通運輸量加大、城市房屋建筑密集、混凝土覆蓋面積增大、雨水滲透減少，改變了城市所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，進而形成熱島效應，而城市熱島效應會直接影響降水，導致降雨強度增加。城市內(nèi)澇災害頻發(fā)的現(xiàn)狀不勝枚舉，如何建立和完善城市內(nèi)澇監(jiān)測預測體系，更加高效準確地對內(nèi)澇災害進行監(jiān)測、預測和管理，已成為當今防汛工作必須解決的問題，破解城市內(nèi)澇難題也成為全民關注的痛點。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，簡稱IOT）是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段，物聯(lián)網(wǎng)就是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展起來的網(wǎng)絡，將各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，實現(xiàn)在任何時間、任何地點、任何事物的互聯(lián)互通。

圖1

圖2

物聯(lián)網(wǎng)技術就是實現(xiàn)物物互聯(lián)的技術，物聯(lián)網(wǎng)技術通過射頻識別技術（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外線傳感器、激光掃描儀等信息技術與傳感設備，按照約定的協(xié)議，將事物與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡技術。

圖3

2 城市內(nèi)澇災害分析模型概述

城市內(nèi)澇是由于短時強降雨或連續(xù)性降雨超過城市排水能力，在排水不暢等情況下形成城市積水災害的現(xiàn)象。

在城市內(nèi)澇災害分析模型研究方面，國內(nèi)外學者進行了較多嘗試，并取得了大量研究成果。國外研究開發(fā)了多個分析預報模型，例如丹麥的MIKE12、荷蘭的DELFT3D、澳大利亞的GCOM2D/3D 等模型；國內(nèi)學者以SWMM 模型為核心基礎構(gòu)建了變化下墊面情景下的雨洪模型，并進行暴雨內(nèi)澇洪水的淹沒模擬，對城市化進程中下墊面變化對積水產(chǎn)生的影響和對應條件下的排水管網(wǎng)優(yōu)化開展了相應研究。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術與城市內(nèi)澇災害分析模型在城市防汛中的應用

應用先進的傳感器、移動通信等物聯(lián)網(wǎng)技術，建立覆蓋城市河道、泵站、閘站、道路的雨、水、泵、積水等實時信息的自動化采集和傳輸，形成采集自動化、處理實時化、決策智慧化、指揮可視化的城市防汛監(jiān)測體系，使得防汛監(jiān)測更加科學、有效、便捷。

3.1 泵站信息采集與傳輸系統(tǒng)

泵站數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中的各個遙測站點通過PLC 采集現(xiàn)場儀表、機泵等信號，進行處理后通過4G 網(wǎng)絡傳輸至中心站，中心站采集匯總現(xiàn)場傳送來的數(shù)據(jù)并通過接口軟件進行數(shù)據(jù)處理和存儲。

3.2 水位信息采集與傳輸系統(tǒng)

水位信息采集與傳輸系統(tǒng)由遙測數(shù)傳裝置（RTU）、水位傳感器、通信設備（GPRS、藍牙）、太陽能電池板、蓄電池組等組成。水位傳感器測量河道、閘門上下游、泵站前池的實時水位，通過通信設備傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收并存儲。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3 道路積水采集與傳輸系統(tǒng)

道路積水采集與傳輸系統(tǒng)由感應式采集終端和無線端機兩部分集合一體而成，感應式采集終端利用電子裝置感應水位變化，并將水位信息傳送至無線端機，無線端機采用先進微型處理器，內(nèi)置遠程通訊模塊，集成RTU、DTU、充電控制器、防雷模塊、攝像頭模塊、藍牙模塊等，完成水位測量、照片采集、數(shù)據(jù)保存、遠程數(shù)據(jù)通訊等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

城市內(nèi)澇災害分析模型基于城市DEM、城市排水管網(wǎng)、泵站、閘門等基礎數(shù)據(jù)，構(gòu)建管網(wǎng)排水模型、道路積水模型，內(nèi)河河網(wǎng)模型，綜合利用通過物聯(lián)網(wǎng)技術采集到的河道水位、泵站前池水位、閘門泵站工況以及降雨預報等實時防汛監(jiān)測數(shù)據(jù)來預測城市河道水位和道路積水的發(fā)展趨勢，并給出閘門和泵站的調(diào)度建議，為防汛排澇獲取提前量，提高防汛調(diào)度的科學性、合理性及針對性。如圖3所示。

4 結(jié)語

綜上所述，利用物聯(lián)網(wǎng)技術使得防汛部門可以及時掌握城區(qū)雨情、水情、工情、災情信息，對城區(qū)防汛與處置工作做出科學決策，統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度及監(jiān)督處置工作、搶險工作、災后救助，并做好有關協(xié)調(diào)工作。通過城市內(nèi)澇災害分析模型的應用可以提高防汛排澇調(diào)度科學性，降低極端天氣對社會經(jīng)濟生活造成的影響，保障社會經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。