物联网技术与城市内涝灾害分析模型在城市防汛工作中的应用

孟波波

（江苏南大先腾信息产业股份有限公司 江苏省南京市 210012）

城市内涝是由于短时强降雨或连续性降雨超过城市排水能力，在排水不畅等情况下形成城市积水灾害的现象。近年来，高速发展的城市化进程引起城市水文特性的显著变化，城市人口数量大幅增加、交通运输量加大、城市房屋建筑密集、混凝土覆盖面积增大、雨水渗透减少，改变了城市所在区域的生态环境，进而形成热岛效应，而城市热岛效应会直接影响降水，导致降雨强度增加。城市内涝灾害频发的现状不胜枚举，如何建立和完善城市内涝监测预测体系，更加高效准确地对内涝灾害进行监测、预测和管理，已成为当今防汛工作必须解决的问题，破解城市内涝难题也成为全民关注的痛点。

1 物联网概述

物联网（The Internet of Things，简称IOT）是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，物联网就是在互联网基础上延伸和扩展起来的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来，实现在任何时间、任何地点、任何事物的互联互通。

图1

图2

物联网技术就是实现物物互联的技术，物联网技术通过射频识别技术（RFID）、全球定位系统（GPS）、红外线传感器、激光扫描仪等信息技术与传感设备，按照约定的协议，将事物与互联网相连接，进行信息交换，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。

图3

2 城市内涝灾害分析模型概述

城市内涝是由于短时强降雨或连续性降雨超过城市排水能力，在排水不畅等情况下形成城市积水灾害的现象。

在城市内涝灾害分析模型研究方面，国内外学者进行了较多尝试，并取得了大量研究成果。国外研究开发了多个分析预报模型，例如丹麦的MIKE12、荷兰的DELFT3D、澳大利亚的GCOM2D/3D 等模型；国内学者以SWMM 模型为核心基础构建了变化下垫面情景下的雨洪模型，并进行暴雨内涝洪水的淹没模拟，对城市化进程中下垫面变化对积水产生的影响和对应条件下的排水管网优化开展了相应研究。

3 物联网技术与城市内涝灾害分析模型在城市防汛中的应用

应用先进的传感器、移动通信等物联网技术，建立覆盖城市河道、泵站、闸站、道路的雨、水、泵、积水等实时信息的自动化采集和传输，形成采集自动化、处理实时化、决策智慧化、指挥可视化的城市防汛监测体系，使得防汛监测更加科学、有效、便捷。

3.1 泵站信息采集与传输系统

泵站数据采集与传输系统中的各个遥测站点通过PLC 采集现场仪表、机泵等信号，进行处理后通过4G 网络传输至中心站，中心站采集汇总现场传送来的数据并通过接口软件进行数据处理和存储。

3.2 水位信息采集与传输系统

水位信息采集与传输系统由遥测数传装置（RTU）、水位传感器、通信设备（GPRS、蓝牙）、太阳能电池板、蓄电池组等组成。水位传感器测量河道、闸门上下游、泵站前池的实时水位，通过通信设备传送到监控中心，监控中心接收并存储。系统结构如图1所示。

3.3 道路积水采集与传输系统

道路积水采集与传输系统由感应式采集终端和无线端机两部分集合一体而成，感应式采集终端利用电子装置感应水位变化，并将水位信息传送至无线端机，无线端机采用先进微型处理器，内置远程通讯模块，集成RTU、DTU、充电控制器、防雷模块、摄像头模块、蓝牙模块等，完成水位测量、照片采集、数据保存、远程数据通讯等功能。系统结构如图2所示。

城市内涝灾害分析模型基于城市DEM、城市排水管网、泵站、闸门等基础数据，构建管网排水模型、道路积水模型，内河河网模型，综合利用通过物联网技术采集到的河道水位、泵站前池水位、闸门泵站工况以及降雨预报等实时防汛监测数据来预测城市河道水位和道路积水的发展趋势，并给出闸门和泵站的调度建议，为防汛排涝获取提前量，提高防汛调度的科学性、合理性及针对性。如图3所示。

4 结语

综上所述，利用物联网技术使得防汛部门可以及时掌握城区雨情、水情、工情、灾情信息，对城区防汛与处置工作做出科学决策，统一指挥、统一调度及监督处置工作、抢险工作、灾后救助，并做好有关协调工作。通过城市内涝灾害分析模型的应用可以提高防汛排涝调度科学性，降低极端天气对社会经济生活造成的影响，保障社会经济的稳定发展。