物聯網技術與城市內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業股份有限公司 江蘇省南京市 210012）

城市內澇是由于短時強降雨或連續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象。近年來，高速發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，改變了城市所在區域的生態環境，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。城市內澇災害頻發的現狀不勝枚舉，如何建立和完善城市內澇監測預測體系，更加高效準確地對內澇災害進行監測、預測和管理，已成為當今防汛工作必須解決的問題，破解城市內澇難題也成為全民關注的痛點。

1 物聯網概述

物聯網（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”時代的重要發展階段，物聯網就是在互聯網基礎上延伸和擴展起來的網絡，將各種信息傳感設備與互聯網結合起來，實現在任何時間、任何地點、任何事物的互聯互通。

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圖2

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

圖3

2 城市內澇災害分析模型概述

城市內澇是由于短時強降雨或連續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象。

在城市內澇災害分析模型研究方面，國內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；國內學者以SWMM 模型為核心基礎構建了變化下墊面情景下的雨洪模型，并進行暴雨內澇洪水的淹沒模擬，對城市化進程中下墊面變化對積水產生的影響和對應條件下的排水管網優化開展了相應研究。

3 物聯網技術與城市內澇災害分析模型在城市防汛中的應用

應用先進的傳感器、移動通信等物聯網技術，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測體系，使得防汛監測更加科學、有效、便捷。

3.1 泵站信息采集與傳輸系統

泵站數據采集與傳輸系統中的各個遙測站點通過PLC 采集現場儀表、機泵等信號，進行處理后通過4G 網絡傳輸至中心站，中心站采集匯總現場傳送來的數據并通過接口軟件進行數據處理和存儲。

3.2 水位信息采集與傳輸系統

水位信息采集與傳輸系統由遙測數傳裝置（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控中心，監控中心接收并存儲。系統結構如圖1所示。

3.3 道路積水采集與傳輸系統

道路積水采集與傳輸系統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、數據保存、遠程數據通訊等功能。系統結構如圖2所示。

城市內澇災害分析模型基于城市DEM、城市排水管網、泵站、閘門等基礎數據，構建管網排水模型、道路積水模型，內河河網模型，綜合利用通過物聯網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測數據來預測城市河道水位和道路積水的發展趨勢，并給出閘門和泵站的調度建議，為防汛排澇獲取提前量，提高防汛調度的科學性、合理性及針對性。如圖3所示。

4 結語

綜上所述，利用物聯網技術使得防汛部門可以及時掌握城區雨情、水情、工情、災情信息，對城區防汛與處置工作做出科學決策，統一指揮、統一調度及監督處置工作、搶險工作、災后救助，并做好有關協調工作。通過城市內澇災害分析模型的應用可以提高防汛排澇調度科學性，降低極端天氣對社會經濟生活造成的影響，保障社會經濟的穩定發展。