洪水灾害是世界历史上自然灾害中极为严重的灾害之一。洪水灾害也是中国目前面临的主要自然灾害,其每年造成的经济损失已占国民经济总产值的3.15%左右。全国约有40%的人口、35%的耕地和70%的工农业产值分布在长江、黄河等七大江河中下游平原和东南沿海地区,这些地区大部分土地处于江河洪水水位以下,经常受到洪水的威胁。
近年来,我国汛情旱情阶段性和地域性特征愈发明显,表现出旱涝急转、秋汛影响范围扩大等复杂性特征,增加了防汛抗旱工作的难度。而本产品基于水文大数据与“3S”技术,选取区域监测地表植被和水土流失动态变化特征,对流域暴雨洪水发生过程和水土流失进行模拟预测,实时技术性防控,能够针对洪峰流量和可能发生的水土灾害进行预报,对区域洪涝灾害防治和水资源管理具有重要意义。
(1)关于“3S”成熟技术,广泛应用水利行业研究
由于水利信息大多与空间位置紧密联系,所以遥感系统(remote sensing,简
称 RS)、地理信息系统(geographical information system,简称GIS)和全球定位系
统(global position system,简称GPS)统称为“3S”,其技术支撑的空间信息技术在水利行业有着广泛的用途。RS
提供数据源和数据更新途径,GPS 提供地球表面任意物体的空间位置信息,GIS
提供强大的空间数据分析和处理能力,三者相互交叉,取长补短,从而完成对空间数据的实时采集、更新、处理和分析。随着现代科技水平的飞速发展,“3S”技术的发展更加成熟,在水利行业应用更加广泛,技术也更加精细完善。
RS 技术的遥感数据空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率越来越高,数据类型越来越丰富,数据量也越来越大,遥感数据已经具有了明显的大数据特征,如大容量、高效率、多类型、难辨识、高价值等,遥感进入了大数据时代。GPS
和 GIS 技术的发展也更加成熟,对于土地利用的监测也更加方便,在对全球的环境评价当中,通过对土地利用的监测,能够反映出研究区域的土地利用变化情况,这作为评价生态系统和环境都起到很好的参照作用。“3S”
技术还拥有强大的地图制图功能,选择地理数据制作的区域地形检测图,具有三维视野,动静结合,能生动地显示地形的立体景观。可以通过充分借助三维虚拟场景将数值模拟结果可视化,使结果更加直观,能够更加容易被大众理解。
(2)研究建立流域暴雨洪水与水土流失模型技术
近年来,在防汛工作积极开展的背景下,为了减轻突发洪水带来的灾害,专家对于洪水预测模型的研究逐渐增多。例如刘志飞基于最小二乘支持向量机洪水预测模型理论,
以我国西南地区某流域河段为例,建立了区域洪水预报模型,并对区域水位变化做出了准确预测。段生月等人针对传统神经网络模型应用于洪水预测时的问题进行改进,提出了基于正则化
GRU 神经网络的洪水预测模型来提高洪水预报精度。并且通过实验证明,预测准确性的不断提高,使其在实际应用中也有比较出色的表现。传统的洪水风险预测需要详细调查评估地区地形等自然地理信息、洪涝灾害发生特征及社会经济损失情况,不易实现,不能够实时监测,缺点校多。而运用遥感和
GIS 相结合的方法进行洪水风险预测以及模拟具有模拟速度快,时效性强的特点,已成为当前行业的研究热点。
随着时代的进步和科技的发展,市场上传统水患灾害监测已越来越不能适应新时期水文工作发展的需要,其存在的弊端和不足也日益严重的显现出来:首先,监测的手段比较落后,需要研究人员现场调研监测数据,监测参数比较单一;其次,水文监测信息传输不及时,时效性差,无法做到信息共享;第三,没有更好的利用现代高科技对流域的水文参数进行监测与预测,从而对存在的安全隐患和已经发生的事故不能做出及时的判断并进行有效的处理,预防及治理措施是按照研究人员经验提供方案,方案的实施成效等级参差不齐。随着我国科学技术的快速发展,传统的监测、预报和治理方案将向自动化、智能化和网络化为主的方向转型,许多单位加大了对核心技术的研发力度,以应对日益多样化的实时监测和环境管理发展的需要。
综上所述,运用遥感和GIS相结合的方法进行洪水风险预测和模拟,精准度高且实效性强,但目前国内外大部分仍使用传统洪水风险预测方法,新型模拟方法需任重而道远。
(3)智慧监测进行实时动态监测技术
近年来,国家越来越重视水患的监测和预警,每年都在加大财政投入,保证人民的生命、财产安全。目市场巨大、发展空间巨大,市场对水患预警,水土流失治理等相关服务的需求正在稳定且持续上升。由于近年来全国的水患造成的损失持续增加,严重威胁到人民的生命、财产安全,国家对水患监测预警的加力了投入,这将导致许多传统的水患监测预警企业纷纷开始向智能化综合监测预警转型。
项目已开发构建数字水文系统,系统涵盖洪水过程演算、洪水产沙模拟、水土流失区域监测预报、水土流失智能演算、水患灾害预警、方案效果模拟、方案实施评价等服务,且本项目已拥有
7 件授权专利和 3 件软件著作权,国内外的优质平台资源支持,10
余年相关科研基础数据库为核心,并且指导老师带领的科研团队也将会一直致力于此领域的研究,项目团队有能力也有信心不断革新核心技术。
项目前期知名度不高,市场范围较小,加之本项目较传统的水患监测预警项目有了较大创新,将面临市场的信任度问题,市场对本项目的接受度也是未知数,种种不良因素可能会阻碍项目的推广与发展。
(4)基于现有水文数据量身定制相关方案
我国每年都有严重的水患灾害发生以及较多的水土流失情况,国家不计成本进行防治,在政府机关的规划设计中,有大量的工程项目需要进行实施,相关部门企业需要进行大量的工程施工任务,而施工需要施工方案,部分公司无法编制满足“规划”要求的方案,数字水文便可提供工期短、费用低、效果好的方案;与此同时工程施工结束后项目可提供施工成果验收检查服务,以保证工程建设优质高效。
本团队资料收集已较为充分,目前有近20
年 LandsatTM、Landsat8 OLI-TIRS、
MODISD 等遥感卫星数据和桂东北地区19 个主要的气象站数据;前期已对研究区内
20 年的归一化植被进行提取,提取精度较高,遥感解译了流域土地利用类
型图、流域水系图。团队依托环境科学与工程学院水文与水资源教研室,可获得 往年实习实测气象数据。同时桂林理工大学国家级水污染控制实验教学中心、广西环境污染控制理论与技术重点实验室等科研平台,软硬件实力强大。团队所需各类数据成员还在学校图书馆、博物馆等学校二级部门丰富的学术资源、资料数据库中收集整理。
本产品已对漓江流域进行实时动态监测,并且取得了一定的成果。拥有近20年
LandsatTM、Landsat8 OLI-TIRS、MODISD
等遥感卫星数据和桂东北地区19个
主要气象站数据;利用遥感解译了流域土地利用类型图、流域水系图,已对研究区内20 年的归一化植被进行较高精度的提取,从而监测漓江流域的旱涝灾情。
项目团队指导老师长期从事水土保持及水文与水资源方面的教学与科研工作,在遥感技术、地理信息技术、洪涝灾情监测与分析方面经验丰富。经过三代的提高与完善,项目团队成员已经将暴雨洪水中的降雨产流算法嵌入虚拟可视化场景,能够初步揭示暴雨洪水的发生过程。
本项目可利用互联网+设立咨询服务平台及时在线为客户进行直观的客服介绍,及时解决客户对于产品方案以及平台服务的相关疑问,针对不同地区以及客户群体和项目,因地制宜定制满足各方需求的运营维护系统服务及产品方案,能够使得客户对企业不断地接纳和认可,增加了本项目的市场竞争优势,
也实现企业的快速发展,实现企业经济效益最大化。
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