本發(fā)明屬于洪澇風(fēng)險分析，具體涉及基于多層網(wǎng)格疊置分析的淹沒水深快速計算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在極端暴雨天氣頻發(fā)的背景下，城市防汛工作顯得尤為重要。洪澇風(fēng)險分析作為防汛工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于延長預(yù)警準(zhǔn)備時間、提升應(yīng)急響應(yīng)的科學(xué)性以及為暴雨發(fā)生時的決策提供有效支持具有重大意義。

2、淹沒水深是衡量洪災(zāi)嚴(yán)重程度的一個重要指標(biāo)，也是洪水風(fēng)險評估中的一個關(guān)鍵因子。在洪澇風(fēng)險分析中，淹沒水深的計算不僅影響著預(yù)警準(zhǔn)備的準(zhǔn)確性和時效性，還直接關(guān)系到應(yīng)急響應(yīng)的科學(xué)性和有效性。

3、然而，在實際操作中，在短時間內(nèi)基于實況天氣精準(zhǔn)計算淹沒水深度是制約洪澇風(fēng)險分析效果的關(guān)鍵問題與難題。目前，市場上存在兩種主要的淹沒水深計算方法：一是新興的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及交叉學(xué)科模型，這類方法雖然具有一定的創(chuàng)新性和靈活性，但在實際應(yīng)用中卻面臨著精準(zhǔn)度低、結(jié)果不穩(wěn)定的問題；二是傳統(tǒng)的水文水動力專業(yè)模型，這類方法雖然理論成熟、計算過程嚴(yán)謹(jǐn)，但計算量大、時效性低，難以滿足快速響應(yīng)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了解決上述問題，本發(fā)明提供了基于多層網(wǎng)格疊置分析的淹沒水深快速計算方法及系統(tǒng)。

2、技術(shù)方案：基于多層網(wǎng)格疊置分析的淹沒水深快速計算方法，包括以下步驟：

3、步驟 s1、基于同一監(jiān)測地區(qū)分別建立氣象網(wǎng)格、匯水區(qū)網(wǎng)格、以及水動力模型網(wǎng)格；所述氣象網(wǎng)格、匯水區(qū)網(wǎng)格、水動力模型網(wǎng)格中分別對應(yīng)劃分若干氣象網(wǎng)格點、流域分區(qū)、水動力模型網(wǎng)格單元；

4、步驟 s2、分析氣象網(wǎng)格點與流域分區(qū)之間、流域分區(qū)與水動力模型網(wǎng)格單元之間網(wǎng)格疊置關(guān)系，得到分析結(jié)果；將所述分析結(jié)果更新至分布式數(shù)據(jù)庫中；

5、步驟 s3、獲取當(dāng)前氣象網(wǎng)格點對應(yīng)的實時雨量，從所述分布式數(shù)據(jù)庫中索引查詢獲取與當(dāng)前氣象網(wǎng)格點具有疊置關(guān)系的當(dāng)前流域分區(qū)、以及與當(dāng)前流域分區(qū)具有疊置關(guān)系的當(dāng)前水動力模型網(wǎng)格單元；

6、步驟 s4、利用雨量計算公式計算得到所述當(dāng)前流域分區(qū)對應(yīng)的降雨量；基于所述降雨量，于預(yù)設(shè)的模型方案表中索引查詢得到對應(yīng)的雨量區(qū)間、以及雨量區(qū)間對應(yīng)的最大淹沒水深值；

7、步驟 s5、基于降雨量、雨量區(qū)間、以及雨量區(qū)間對應(yīng)的最大淹沒水深值計算得到當(dāng)前水動力模型網(wǎng)格單元所對應(yīng)的最大淹沒水深。

8、在進(jìn)一步的實施例中，步驟 s2進(jìn)一步包括以下步驟：

9、利用 gis技術(shù)對氣象網(wǎng)格與匯水區(qū)網(wǎng)格、匯水區(qū)網(wǎng)格與水動力模型網(wǎng)格進(jìn)行幾何相交操作，獲取具有疊置關(guān)系的氣象網(wǎng)格點與流域分區(qū)、以及流域分區(qū)與水動力模型網(wǎng)格單元；

10、對氣象網(wǎng)格點、流域分區(qū)、水動力模型網(wǎng)格單元分別賦予相應(yīng)的序號；

11、對具有疊置關(guān)系的氣象網(wǎng)格點與流域分區(qū)計算得到相交面積；將所述相交面積、以及與相交面積相關(guān)的氣象網(wǎng)格點和流域分區(qū)的序號更新至所述分布式數(shù)據(jù)庫中；

12、將具有疊置關(guān)系的流域分區(qū)與水動力模型網(wǎng)格單元的序號更新至分布式數(shù)據(jù)庫中。

13、在進(jìn)一步的實施例中，步驟 s4中降雨量采用以下雨量計算公式：

14、；

15、式中，為流域分區(qū)，為流域分區(qū)對應(yīng)的降雨量；為氣象網(wǎng)格點，為氣象網(wǎng)格點對應(yīng)的實時雨量；為流域分區(qū)的面積，為和的相交面積。

16、在進(jìn)一步的實施例中，步驟 s4中模型方案表的建立包括以下步驟：

17、獲取流域分區(qū)的歷史降雨量，并得到歷史降雨區(qū)間，其中，為歷史降雨量極小值，為歷史降雨量極大值；

18、將歷史降雨區(qū)間等距劃分為 n段，每個分段區(qū)間長為，其中， n為參數(shù)；將每個分段區(qū)間端點對應(yīng)的降雨量定義為預(yù)設(shè)降雨量，并更新至模型方案表中；

19、基于每個分段區(qū)間端點對應(yīng)的預(yù)設(shè)降雨量，計算得到流域分區(qū)對應(yīng)的水動力模擬網(wǎng)格單元在不同的預(yù)設(shè)降雨量下的最大淹沒水深；

20、將水動力模擬網(wǎng)格單元的序號、以及水動力模擬網(wǎng)格單元在不同的預(yù)設(shè)降雨量下的最大淹沒水深更新至模型方案表中。

21、在進(jìn)一步的實施例中，步驟 s4中索引查詢得到對應(yīng)的雨量區(qū)間、以及雨量區(qū)間對應(yīng)的最大淹沒水深值；包括以下步驟：

22、于所述模型方案表索引查詢得到當(dāng)前流域分區(qū)所對應(yīng)的預(yù)設(shè)降雨量集合；

23、基于降雨量，從預(yù)設(shè)降雨量集合中選取雨量區(qū)間；其中，定義降雨量為不大于的降雨量最大值，定義降雨量為不小于的降雨量最小值，；

24、基于降雨量、降雨量，分別獲取當(dāng)前水動力模型網(wǎng)格單元在降雨量、時的最大淹沒水深。

25、在進(jìn)一步的實施例中，步驟 s5中當(dāng)前水動力模型網(wǎng)格單元所對應(yīng)的最大淹沒水深，利用重心坐標(biāo)線性插值計算，計算公式如下：

26、；

27、；

28、式中，為水動力模型網(wǎng)格單元在降雨量時的最大淹沒水深；、分別為水動力模型網(wǎng)格單元在降雨量、時的最大淹沒水深；是插值參數(shù)。

29、在進(jìn)一步的實施例中，還包括以下步驟：

30、利用并行計算技術(shù)，針對每個水動力模型網(wǎng)格單元在相對應(yīng)的雨量區(qū)間內(nèi)進(jìn)行重心坐標(biāo)插值計算。

31、在另一個技術(shù)方案中，提供了基于多層網(wǎng)格疊置分析的淹沒水深快速計算系統(tǒng)，用于實現(xiàn)如上述的基于多層網(wǎng)格疊置分析的淹沒水深快速計算方法，所述系統(tǒng)包括：

32、第一模塊，被設(shè)置基于同一監(jiān)測地區(qū)分別建立氣象網(wǎng)格、匯水區(qū)網(wǎng)格、以及水動力模型網(wǎng)格；所述氣象網(wǎng)格、匯水區(qū)網(wǎng)格、水動力模型網(wǎng)格中分別對應(yīng)劃分若干氣象網(wǎng)格點、流域分區(qū)、水動力模型網(wǎng)格單元；

33、第二模塊，被設(shè)置分析氣象網(wǎng)格點與流域分區(qū)之間、流域分區(qū)與水動力模型網(wǎng)格單元之間網(wǎng)格疊置關(guān)系，得到分析結(jié)果；將所述分析結(jié)果更新至分布式數(shù)據(jù)庫中；

34、第三模塊，被設(shè)置獲取當(dāng)前氣象網(wǎng)格點對應(yīng)的實時雨量，從所述分布式數(shù)據(jù)庫中索引查詢獲取與當(dāng)前氣象網(wǎng)格點具有疊置關(guān)系的當(dāng)前流域分區(qū)、以及與當(dāng)前流域分區(qū)具有疊置關(guān)系的當(dāng)前水動力模型網(wǎng)格單元；

35、第四模塊，被設(shè)置利用雨量計算公式計算得到所述當(dāng)前流域分區(qū)對應(yīng)的降雨量；基于所述降雨量，于預(yù)設(shè)的模型方案表中索引查詢得到對應(yīng)的雨量區(qū)間、以及雨量區(qū)間對應(yīng)的最大淹沒水深值；

36、第五模塊，被設(shè)置基于降雨量、雨量區(qū)間、以及雨量區(qū)間對應(yīng)的最大淹沒水深值計算得到當(dāng)前水動力模型網(wǎng)格單元所對應(yīng)的最大淹沒水深。

37、有益效果：

38、（1）本發(fā)明預(yù)先構(gòu)建氣象網(wǎng)格、匯水區(qū)網(wǎng)格、水動力模型網(wǎng)格；利用氣象網(wǎng)格與匯水區(qū)網(wǎng)格之間的相交面積作為分配權(quán)重，并獲取實時降雨數(shù)據(jù)計算匯水區(qū)單元上分配的雨量；利用匯水區(qū)網(wǎng)格與水動力模型網(wǎng)格之間的疊置關(guān)系和匯水區(qū)單元上分配的雨量，計算水動力模型網(wǎng)格單元的最大淹沒水深。

39、（2）本發(fā)明使用匯水區(qū)為基本單元進(jìn)行雨量分配，精準(zhǔn)計算降雨對積淹水深的影響；借助氣象網(wǎng)格與匯水區(qū)單元之間的空間疊置關(guān)系，通過相交面積加權(quán)進(jìn)行用量分配；利用空間疊置關(guān)系分布式數(shù)據(jù)庫，通過索引快速查詢由空間疊置信息，加速實時計算。

40、（3）本發(fā)明結(jié)合分布式數(shù)據(jù)庫和并行計算技術(shù)，提出基于靜態(tài)—動態(tài)變量解耦插值方法，在短時間內(nèi)提供與專業(yè)模型相對一致的結(jié)果；通過疊置分析、分布式數(shù)據(jù)庫、并行計算的有機結(jié)合，不僅實現(xiàn)了復(fù)雜數(shù)據(jù)分析與模擬的準(zhǔn)確計算，還確保了快速響應(yīng)的能力；

41、相較于經(jīng)典水文水動力模型，本發(fā)明將時間成本降低至1/12，絕對誤差控制在5 cm以內(nèi)，且超過97.7%的水動力模型網(wǎng)格單元其絕對誤差均低于0.25 cm。