多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统及方法与流程

本发明涉及多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统及方法，属于水利工程中洪水预报领域。

背景技术：

1、水灾是人类历史上常见的自然灾害之一。在全球气候变化加剧、人类活动影响加大的背景下，近年来水灾频率和规模呈上升趋势，给世界各地人民带来了深重的灾难。2023年前三季度，全国共出现35次区域性暴雨过程，7月底至8月上旬，华北、东北相继出现极端暴雨天气，海河流域发生流域性特大洪水，松花江发生编号洪水，部分地区遭遇“旱涝急转”，京津冀等地多个蓄滞洪区启用，黑龙江、吉林部分农田受淹，基础设施损毁严重。

2、水灾不仅影响受灾地区的居民，还可能影响整个国家甚至全球范围内的经济、社会和生态环境。水灾可能导致粮食短缺、物价上涨、疾病传播等问题，给人们的生活带来巨大压力。我国有5万多条中小河流(流域面积100km2以上)，分布广泛且地理条件复杂。洪水预警预报是及时采取防洪抢险措施，力求使洪灾损失限制到最低程度的重要非工程措施。一直以来，国内外学者主要关注江河防汛工作，大江大河无论在防洪工程设施建设，还是洪水监测预报系统方面都有了较大的发展，而数量众多、分布范围广泛的中小河流却仍有“大雨大灾,小雨小灾”的灾害问题。

3、尤其是无资料区域，其洪水数据资料无法及时采集、传输，影响了洪水预报的时效性和准确性。同时，由于中小河流的洪水预报未形成相关的技术标准，相关方案的精度及时效性难以得到保证。发生在中小河流流域的洪水具有季节性，汛期来临时洪水汇流快，成灾快，破坏性强。由于中小流域存在水文资料匮乏，历史洪水资料缺测，不完整等问题，因此对于中小河流洪水预报，如何提高预报预警的精度和延长洪水预报的预见期是亟待解决的关键问题。

4、要实现对多区域多历时洪水的动态感知与预报，需要感知与预报系统具有实时在线、多尺度等特性，基于当前最新技术下洪水感知与预报系统的相关理论研究还明显不足，急切地需要研制一种能够高效感知与预报的系统及成套技术。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统及方法，大大提高了洪水预报精度和效能，对周遭环境几乎没有要求、其适用性非常强，尤其是面对无资料区域洪水预报问题，极好地满足了当前洪水预报领域的需求。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统，包括洪水多信息嵌入台，所述洪水多信息嵌入台通过固定装置固定在河道中，在所述洪水多信息嵌入台上设有左右对称分布的若干个大流量通孔以及若干个小流量通孔，所述大流量通孔上安装有大套筒，在小流量通孔上安装有小套筒，在大套筒内固定安装有可转动的转叶，在洪水多信息嵌入台上还设有不通孔，在不通孔中安装有圆柱体；在洪水多信息嵌入台顶端的两侧分别安装有左端面标控端和右端面标控端，在洪水多信息嵌入台顶部中部设有远端信息载盒，光纤通过左端面标控端依次穿过若干个大流量通孔以及若干个小流量通孔以及圆柱体，通过右端面标控端引出。

3、作为优选，所述洪水多信息嵌入台上安装有若干个楔形块，楔形块设有通孔，光纤穿过通孔。

4、作为优选，所述楔形块通过紧固件安装在洪水多信息嵌入台上。

5、作为优选，所述大套筒设有外螺纹，在大套筒上套有大弹性块，光纤通过大弹性块压在大套筒上，大弹性块通过螺母固定在大套筒上。

6、作为优选，所述小套筒设有外螺纹，在小套筒上套有小弹性块，光纤通过小弹性块压在小套筒上，小弹性块通过螺母固定在小套筒上。

7、作为优选，所述圆柱体上设有弧形槽，光纤穿过弧形槽，并通过压块固定在弧形槽中。

8、作为优选，位于洪水多信息嵌入台左下方的大流量通孔的光纤360°缠绕在大套筒上。

9、作为优选，所述转叶分布在洪水多信息嵌入台的左下、中部以及右下区域，在洪水多信息嵌入台中部，转叶至少各有一部分布在洪水多信息嵌入台上部、中部和下部。

10、作为优选，所述大套筒和小套筒内壁均经过打磨处理。

11、一种上述的多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统的使用方法，包括以下步骤：

12、首先，依次配置连接左端面出口光纤、左端面光纤、中连光纤、右端面光纤、右端面出口光纤，左端面出口光纤、左端面光纤、中连光纤、右端面光纤、右端面出口光纤为一整根光纤，左端面出口光纤贯穿左端面标控端两侧，且左端面出口光纤与左端面标控端连接处柔性固定，右端面出口光纤与右端面标控端连接处柔性固定，左端面光纤沿着无阻感测通孔进行布设，在左下大流量通孔进行全周向缠绕，后接中上大流量通孔，后经无阻感测通孔，与圆柱体周向进行连接，用螺母对传感光纤与无阻感测通孔进行连接，用楔形块对传感光纤与无阻感测通孔进行连接左下大流量通孔、中上大流量通孔、右下大流量通孔；

13、其次，对左端面出口光纤、左端面光纤、中连光纤、右端面光纤、右端面出口光纤进行初期的感测与标定，并将左端面标控端内的分布式传感光纤进行应变标定，将右端面标控端的点式传感光纤进行振动标定；

14、第三，转动左下大流量通孔、中上大流量通孔、右下大流量通孔内的转叶，测试其可以正常运行，并测试转叶转动与非转动下传感光纤数据信息；

15、第四，确定洪水多信息嵌入台个数，并且通过连接装置将多个洪水多信息嵌入台进行有效连接，并将左端面出口光纤和右端面出口光纤与其他的洪水多信息嵌入台上的右端面出口光纤和左端面出口光纤进行有效连接；

16、第五，将多个洪水多信息嵌入台配置于待测洪水区域内，进行实时感测，并且利用远端信息载盒接收来自卫星、地面收集的该区域的大气运动、降水的信息，并且远端信息载盒也将传感光纤的信息进行融合、传输与预报。

17、在本发明中，左端面出口光纤依次与左端面光纤、中连光纤、右端面光纤、右端面出口光纤进行连接，组成一个完整且分段感知与标定的分布式洪水感测网络。左端面标控端内布设有无外力干扰的分布式传感光纤，且左端面标控端直接与外界接触，洪水无法通过左端面标控端与左端面标控端内的分布式传感光纤进行接触，右端面标控端内布设有无外力干扰的点式传感光纤，且右端面标控端直接与外界接触，洪水无法通过右端面标控端与右端面标控端内的点式传感光纤进行接触。洪水多信息嵌入台包括五个楔形块，楔形块是分布在无阻感测通孔、左下大流量通孔、中上大流量通孔、右下大流量通孔中间位置处，且楔形的宽口方向向上、窄口方向向下。楔形块主要是在左下大流量通孔、中上大流量通孔、右下大流量通孔周围处进行空间位置的固定与感测标定。左下大流量通孔、中上大流量通孔、右下大流量通孔内布设有转叶，转叶可以记录过流洪水冲击，通过记录转叶旋转次数的高低来分析过流洪水的强弱，并与传感光纤的感测结果进行相互矫正。左下大流量通孔和右下大流量通孔分布在洪水多信息嵌入台的左右两侧，且左下大流量通孔和右下大流量通孔保持空间位置对称性，以保证左右两侧过流洪水对洪水多信息嵌入台对称性冲击。无阻感测通孔的内侧经过打磨处理，将其打磨成低阻化的通孔，保证过流的洪水在此处无阻碍通过，且传感光纤在左侧、中间、右侧分别通过洪水多信息嵌入台内上部、中间、下部、左侧、中间、右侧的无阻感测通孔的外缘，并通过矩形旋块与无阻感测通孔进行连接。左端面光纤绕着左下大流量通孔进行360°缠绕，中连光纤紧贴中间部分的中上大流量通孔通过两侧的楔形块进行固定并标定，右端面光纤紧贴圆柱体进行缠绕固定。在保证左下大流量通孔和右下大流量通孔完全对称的情况下，监测圆柱体受到的洪水冲击的情况，进而从荷载作用角度进行分析洪水等级大小。

18、在本发明中，转叶主要分布在洪水多信息嵌入台左侧、中间、右侧区域，且在中间区域，将转叶又配置了上部、中间、下部，以比较全面掌握洪水多信息嵌入台承受的来自洪水的信息。

19、有益效果：本发明的多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统，结构完整，可以实现流程化、自动化应用，在降低感测与预报成本、提高感测与预报精度及提升工程实用化能力等方面具有较大优势；本发明的基于多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统，其包括若干个洪水多信息嵌入台，洪水多信息嵌入台又包括了左端面标控端、远端信息载盒、右端面标控端、无阻感测通孔、左下大流量通孔、中上大流量通孔、右下大流量通孔、楔形块、矩形旋块等核心组件，进而实现了不同分区感知、不同模式对比感知、远端信息融合感知、分布式感知等联合模式，从而研发了基于多源融合降水信息及实时感知信息驱动洪水预报系统。本发明大大提高了洪水预报精度和效能，对周遭环境几乎没有要求、其适用性非常强，尤其是面对无资料区域洪水预报问题，极好地满足了当前洪水预报领域的需求，大大提高了感测与预报的范围，极大提升了该技术在实际工程中的应用和推广能力。