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

賈東風

摘 要：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作出科學決策，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。

關鍵詞：物聯網技術;城市內澇災害分析模型;城市防汛工作

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。

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（北斗）、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。

2.物聯網技術在城市防汛工作中的重要性

2.1預測

利用物聯網技術對防汛工作的影響因素進行數據分析，根據以往大量的經驗與實證基礎上預測內澇可能發生的時間范圍與洪水流向等，以便更好地預防內澇的發生與發生后及時作出應急措施;

2.2治理

基于物聯網技術，可以有效確定需要治理的區域，確定后制定解決方案，做到治理的精準性、及時性。從內澇和暴雨災害的預防到治理，物聯網技術在城市防汛工作中的作用十分重要，不僅可以降低人身安全與財產損失的概率，還可以保護城市正常的運行與發展。從氣候變化和城市發展來看，在城市防汛中引入物聯網技術是非常必要的。物聯網技術具備的系統性與整體性，可以將信息進行有效整合，實現從信息的采集到傳輸，再到整理與分析的整個流程，實現城市防汛工作的一體化管理。

3.物聯網技術在城市防汛中的具體應用

3.1實現對市政設施的實時監控

城市規模處于不斷擴張的形勢，市政基礎設施也在不斷增加的過程中，城市化的所有發展與推進都在無形中提高對城市防汛工作的要求。而通過物聯網實現對整個城市的實時監控與管理便是十分關鍵的一環，將實時監控引入到城市防汛工作中，可以幫助相關工作人員實現對有關積水等水災害的高效處理。通過在城市中安裝高清監控設施，利用無線視頻服務器等完成視頻傳輸，實現對人行天橋、地下通道、立交橋等易積水市政設施與城市排水管交接處等易損壞區域的全天監控，實現對受災區域的準確定位與概況了解，以便相關人員對災害的程度與造成的影響進行分析與評估，并及時排除積水、積雪等可能造成市政設施受到損害的隱患等。

3.2實現對防澇井蓋的高效管理

井蓋是城市下水道與地面的連接處，通過井蓋，地面上的積水、雨水、污水都可以及時得到排放，當城市排水管網或下水道出現問題時，通過井蓋處相關人員可以及時對故障進行檢修與處理，有著一定的防澇作用。當前現狀是城市井蓋經常出現丟失或移位等現象，網絡上頻頻爆出因井蓋丟失發生的安全事故，在這一方面，井蓋的丟失或異位對城市防汛排水的工作十分不利。由于城市中井蓋數量較多、分布較廣，相關單位無法實現對所有井蓋的實時監管，無法及時獲知出現異常的區域，更無法及時作出相應的應急方案與措施。

3.3實現對排水管網水位及氣體的監測

城市具備一定的規模，其排水系統也十分復雜。在城市防汛中，對排水管網狀態進行有效管控十分關鍵，是防汛排水的關鍵因素。排水管網有合流、截流等多種現象的存在，不同的水位有不同的數據，而排水管網中水位數據變化則是城市防汛工作中應急決策的關鍵依據。通過利用物聯網構建排水管網水位監測系統，安裝水下液位計與可燃氣體傳感器實現對排水管網中的水位數據與可燃及有毒有害氣體的濃度進行監測，通過監測系統將液位計與傳感器采集到的模擬信號轉變為計算機可以識別的數字信號，在通過無線傳輸網絡將數字信號傳輸至計算機系統中，最后實現排水管網水位與氣體的實時監測，對傳輸回來的數據進行分析與處理，為城市防汛工作提供科學依據。

4.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。

5.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

5.1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5G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。

5.2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。

5.3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，內置遠程通信模塊，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。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和潮汐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。

6.結束語

綜上所述，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。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，已成為當今城市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。

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