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城市防汛应急管理智慧 Web GIS 可视化平台

hightopo
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前言

今年第 17 号台风“狮子山”(热带风暴级)登陆海南岛,受“狮子山”影响,海南岛北半部地区出现暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。台风带来的强风雨导致海南岛多地树木倒伏、道路积水、持续强降水造成多处险情告警。

如果能在台风来临前做好防范措施,将有效减少损失。防汛工作,重点在防。对未来气象情况的监测,地质灾害点、险工险段的重点防守必不可少。事先备足抢险救灾物资,筑起一道道“钢铁长堤”。将道路、桥梁、隧道等隐患点的实时水量数据掌控在手,在超过警戒水位之前进行人员和物资的转移。

效果展示

运用 Hightopo 自主研发产品 HT for Web,结合 GIS,实现防汛救灾工作的及时安排,及时布置,及时抢险,及时救援。在 GIS 系统中对海量的 POI 数据、交通流量数据、规划数据,现状数据等进行多样化的可视化展示。根据收集的降雨量信息,推演洪水的到达时间,对小区百姓和水库工作人员等做好提醒。

地理信息系统(Geographic Information System,GIS)在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。一个单纯的经纬度坐标只有置于特定的地理信息中,代表为某个地点、标志、方位后,才会被用户认识和理解。GIS 能使应急计划者在自然灾害的情况下较易地计算出应急反应时间。

以厦门地图为例,模拟了台风登陆后引发强降雨,导致洪水泛滥,最后实行救援的全过程。利用 GIS 展示厦门市的地理信息,结合北斗、5G、智能摄像头、云计算,实现对隐患点的监控和受困人员的精准定位,减少人员伤害和财产损失。台风的影响是不可估量的,造成的损害也可能是无法承受的,所以在台风来前就要做好相应设备的检查,避免意外事故的发生。

系统分析

气象预警

动画展示台风的移动,红色曲线是台风过境线路,途径城市的平均雨量和最大降雨量随台风的到来而急速增长。

天气情况

在中低纬度沿海沿湖地区,台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统会引起水面异常升降,它和相伴的狂风巨浪可引起水位增涨,从而引发洪水。HT 可通过接入实时气象数据,将 24 小时天气以折线图呈现,便于管理者预判突发情况。鼠标左右拖动可查看未来 7 日天气,做好防汛工作的长期规划。

台风强度

依据台风等级的不同采取不同的防御措施。例如:①政府及相关部门按照职责做好防台风应急和抢险工作;②停止集会、停课、停业(除特殊行业外);③回港避风的船舶要视情况采取积极措施,妥善安排人员留守或者转移到安全地带;④加固或者拆除易被风吹动的搭建物, 人员应当待在防风安全的地方,当台风中心经过时风力会减小或者静止一段时间,切记强风将会突然吹袭,应当继续留在安全处避风,危房人员及时转移;⑤相关地区应当注意防范强降水可能引发的山洪、地质灾害。

基础设施数量

城市紧急避险平台、消防和人防设施、紧急医疗救护设施等成为城市基础设施建设新的重点,也是人们避险的主要依靠。城市基础设施不仅要保持良好的运行状态,还要保证在自然灾害来临时不中断。提高城市基础设施安全保障系数,建设供电双回路及多回路、备用水源、备用气源、备用热源、备用通道等,提高洪水的抵御能力。

水利设施数量

水利设施是预防洪水的关卡,水闸、泵站、水库的数量展示了城市的抗洪能力。在相关防汛设备安装传感器或者利用 F5G 技术实现低延时,毫秒级的数据传输,及时进行排水、泄洪。

预警信息

通过不同颜色的预警信号表示台风的登陆时间和风力强度。

台风天气容易引起管道爆裂等问题,可能会导致停水停电等后果。在接收台风预警的同时,也要做好相应资源的储备。提前储备好一家人几天内的粮食和水,还有一些基本药物用来应急。

预测降水量

通过 HT 可视化的 2D 面板和图表的数据绑定,以及利用不同样式的图表统计方式展示台风的各项数据信息,预测厦门各区未来 3小时、6 小时、12 小时的降水量,如预测到某些区县会出现持续强降雨,则可配备更多抢险救援物资。

预测降水面积

接入实时数据后,水位线会随着降水量而改变,绿色代表警戒线以下,橘色代表超过水位警戒线,当超过警戒水位后,可采取紧急预防措施。

实时监测

台风过境时降水量级大,河道湖库连续长时间高水位运行,各级水利部门承受着较大压力。需要时刻进行监测,有效进行工程调度,密切关注天气变化,及时做好洪水预报和信息发布,为各级决策提供信息支撑。

实时降雨量

采用雨量热力图直观展示降雨量多少,绿色—黄色—红色代表降雨量逐渐递增。当地图上出现大面积的红色区域,说明爆发洪水的几率增大,可提前作出应对之策。可通知住在地势低洼地区的居民,因地制宜采取“小包围”措施,如砌围墙、大门口放置挡水板、配置小型抽水泵等。

降水量统计

对降水持续时间、全市平均降雨量、全市最大降雨量、各区降雨量的实时数据进行统计,将目前统计的降水量数据与历史数据对比分析,预判洪水发生的概率和等级。例如:山西遭遇洪水时,雨量达 10 月常年平均降水量 3 倍以上。多个站点数据破建站以来的同期历史极值,累计降水量最大为 285.2 毫米。

降水面积

厦门各区降水面积分开统计,雷达图接入实时数据展示降水面积变化情况。当某个区出现持续强降水,应立即通知相关部门准备泄洪,并备好救援物资。

水库水位

根据河流的水文条件、坝址的地形地质条件和各用水部门的需水要求,通过调节计算,并从政治、技术、经济等方面进行全面的综合分析论证,来确定水库的各种特征水位及相应的库容值。水库特征水位主要有正常蓄水位、死水位、防洪限制水位、防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位等。每个水库由一座金字塔代替,用颜色的渐变展示水位高低,蓝色蔓延至金字塔顶端表示实时水位已经达到水库限制水位,需及时泄洪。HT 引擎强大的渲染能力,保证“防汛应急管理平台”在 Web 中高效流畅地加载运行,并保证了优秀的渐变效果。

各水库降水

持续强降雨,会导致水库水位急速上升,超过防洪限制水位和防洪高水位。将厦门市内水库分开罗列,可进行各区水库的综合监测。

水库泄洪

高水位运行的大中型水库要根据预报情况,结合实际做好防洪调度,规避洪水风险。泄洪总流量实时更新、每个闸口的开启高度和泄洪流量分别统计,将 2D 面板的泄洪速度和降水量对比分析,如泄洪速度达不到水量增长速度,就需要开启更多闸口,同时将下游村庄的百姓转移。

智慧大坝对水位控制、泄洪有更高的调控能力,可以从三峡大坝、水利水电工程等案例的视频中获悉一二。

江河水位

在 2D 面板进行警戒水位、保证水位的数据监测,在保障水库安全的前提下,调减下游河道流量,拦洪削峰错峰,利用沿线引水涵闸尽量多分洪,减轻江河行洪压力。统筹考虑流域水情,科学实施流域联合调度,适时分泄洪水,确保工程发挥最大防洪减灾效益。我国江河两岸地势低洼地区分布着众多的湖泊,是调蓄洪水的天然场所。但是,随着人口的增加和经济的发展,人与水争地的现象日趋严重,大量的湖泊被围垦,调蓄容积急剧减少,加重了洪涝灾害。

应急抢险

险情就是命令,抢险刻不容缓。当各项防洪措施尽数运用,依然阻挡不了洪水肆虐,只能积极做好灾后救援。在河口地区,当河流洪水、风暴潮洪水与天文潮遭遇时,洪水灾害会益加严重。

河道抢险

河道 3D 场景采用轻量化建模方案,通过 Hightopo 自研引擎结合 GIS 实现了河道位置的精确还原。GIS 引擎,能够与 3D 场景准确同步,既保留了 GIS 引擎的效果和功能,同时又不去限制设计师在 3D 场景中的发挥;对应的 2D 图纸,适应各种比例的屏幕,解决了不同屏幕比例下的展示问题。

场景中的绿色、蓝色、粉色小点代表有关部门、当地驻军、人民武装部的响应时间,粉色覆盖区域是河流两岸的淹没范围,下方进度条展示了河水淹没和救援部门响应速度的进程。响应速度依据道路情况的不同会有响应时长的差别,可就近进行人员调度。

受灾情况

根据监测数据掌握洪水信息,并通过各种媒体传播给百姓。人们可结合自己所处的位置和条件,冷静地选择最佳路线撤离,避免出现“人未走水先到”的被动局面,对已经受灾的人们要尽快送往紧急安置点。房屋倒塌数、电路中断情况、公路中断情况、受灾人数、经济损失等都是灾后首要统计的数据,将烟囱林立的各部门数据,通过 HT for Web 统一呈现,再进行融合分析,才能进行科学救援。

各区积水点

洪水过后,低洼地带会产生积水。将道路、下水井、隧道的积水情况进行统计,并上传到相关的地图 APP。全方位实施车车、车路动态实时信息交互,并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理,充分实现人车路的有效协同,保证交通安全,提高通行效率。

积水点位

通过 HT for Web GIS 准确定位积水点,鼠标放到代表积水点的圆柱体上可查看积水深度、积水地点、受困人员和车辆、是否有人抢险等。高低不等的圆柱体代表积水深浅,柱体越高积水越深。

积水点处理

已处理数、未处理数及时通报,数据实时更新。将积水路面提前封闭,也许河北平山通勤车涉水倾覆的悲剧就不会上演。人们掌握了积水点位置,也能提前绕行,避免陷入积水区域。对于隧道等易积水区域可以通过智慧监控进行积水深度的通报。

救援物资

医疗资源是人们健康的有力保障,矿泉水、方便面、火腿肠、帐篷、棉被、雨衣雨鞋等生活物资是人们生活的希望,应急避难所为人们遮风挡雨,充气式救生衣、非充气式救生衣、水上安全带等救生设备能救人性命。将各种物资的使用情况进行统计,科学管理,真正做到有备无患。

物资仓库占用率

接入实时数据显示物资堆放情况,合理利用仓库资源和救援物资。

抢险人员

每个区的抢险人员分别统计,根据受灾程度的不同进行人员分配,快速实现被困人员的救治。

人员受困

从北斗卫星导航系统中得到的位置,用摄像机、数字扫描仪、激光雷达、航空器和卫星收集的数据,都可以被直接输入到 GIS 中,用于判断被困人员的位置信息。不同区域的受困人数及时查看,便于分配救援物资和调遣救援设备。

点击橘色圆圈可下钻至二级页面,查看救援人员接收救援任务——救起受灾人员——送至安置点的全路径,救援人员可上传救援现场照片,便于其他搜救人员判断该区域的救援难易程度。

总结

今年第 17 号台风“狮子山”和第 18 号台风“圆规”先后登陆。两个台风间隔时间不到 5 天,影响范围高度重合,叠加效应明显,给人们的生活带来较大威胁。图扑的防汛应急管理平台能有效的预判风险,通知百姓提前准备药品和食物。实时数据检测能缩短救援时间,是管理人员在汛期进行科学管控的重要工具。

图扑多年来始终坚持国产化,自主研发核心产品 HT for Web 具有独立知识产权,不依赖第三方商业或开源库,满足了工业物联网现代化的、高性能的、跨平台(桌面 Mouse/移动 Touch/虚拟现实 VR)的数据可视化需求。基于局部刷新、批量聚合、图像缓存、极少化 DOM 元素等,从底层设计就追求极致的性能,组件可承受万级甚至十万级别数据量,突破了诸多传统行业应用极限。

更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接:https://www.hightopo.com/demo...

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