洪水风险分析三维推演系统制作流程

1、1、洪水风险分析三维推演系统制作流程1.1系统介绍在汛期，特殊的降水时间加上特殊的地形地貌，每遇短时暴雨或中到大雨，山洪暴发,殃及下游，毁田伤人亡畜事件常有发生。为确保人民群众生命财产安全，确保安全度汛，举行防御演练以增强相关部门的协调能力和指挥能力，提高人民群众遇到山洪灾害时的自救能力和逃生能力，洪水风险分析三维推演系统可以全面掌握山洪灾害应急预案的实用性和可操作性，为防汛工作提供辅助决策，提高防汛决策的准确性和时效性，最大限度地减轻洪涝等灾害所造成的损失。洪水风险分析三维推演系统工程主要是采用虚拟现实技术来实现,将防汛抗旱应急预案流程可视化，具体内容涵盖:险情上报、紧急会商、启动预案、人员

2、转移、避险安置、灾后恢复。1.2基础数据收集1.2.1正射影像数据（DOM）利用无人机航怕获取正射影像数据，DOM在系统中作为构建三维仿真环境的纹理，真实的影像纹理使得三维环境更加逼真。通过遥感影像展示的信息，在三维建模和场景模拟时,都能让在做数据过程中，更加直观看到模拟区域的环境情况。精度要求在0.2米和0.5米左右，坐标系为WGS84。1.2.2数字高程模型数据（DEM）利用无人机航怕获取数字高程模型数据，DEM是地形分析、工程规划、水容量计算以及地理环境三维可视化数据基础。DEM数据可直观查看试点区域的环境起伏，对水文淹没分析提供数据依据，对河道、流域断面测量提供支撑。精度要求在1米或0

3、.5米左右，坐标系为WGS84。1.2.3数字线划地图数据（DLG）根据系统的实际需求，采用各中不同比例尺的基本数字地图数据，作为系统建立虚拟现实与地理环境仿真的地理空间参考框架和背景地图。包含水利工程点位、河道线面、村庄点位、建筑面、道路线、撤退路线、安置点面等等矢量化数据。1.2.4真三维模型数据利用无人机倾斜摄影技术获取流域内沿河村落河道的真实场景，制作分辨率优于0.1米的倾斜摄影三维模型数据。倾斜摄影则是通过在一架运输机或无人机上,搭载不同角度的多个传感器同时采集地表影像，然后将采集到的影像输入建模软件中，输入少量参数便能够在短时间内自动生成精确逼真的实景三维模型，可从各个角度自由观看

4、。倾斜摄影构建的实景三维模型最大的特点就在于"地表全要素还原"。也就是说，它不仅能够将建筑模型按比例还原，还能对地面的各种细节，比如形状不规则的雕塑、窗户、楼梯甚至广告牌文字等进行精细表达。就像是将真实世界在数字空间中进行了一份完美的复制。倾斜摄影技术工作耗时短，模型批量生产完成，缺点在于精细度难把握，且对GIS系统有要求，不是所有版本的GIS系统都支持倾斜摄影。1.2.5河流断面数据利用人工实地测量获取流域内沿河村落河道的典型断面数据和山洪河道地形数据，包含水利工程点位、河道线面、村庄点位、建筑面、道路线、撤退路线、安置点面等等矢量化数据。1.2.6水文气象数据水文、气象

5、资料：收集水库历史典型洪水、设计洪水资料；收集水库设计暴雨资料和历史典型暴雨资料。1.2.7工程数据工程资料：收集水库大坝资料；收集水库下游的堤防、河道纵横断面、主要桥梁、道路、涵洞、河渠、泵站、重要交通路线等工程资料以及堤防溃决调查资料（包括历史溃口位置、溃口形状、参数等）（表1-1）。表1-1工程资料基本数据要求类型位置有大参数堤防桩号坐标险段坐标桩号所在堤顶高程堤防等级典型断面历史出险情况历史溃口形状、溃口宽、溃口深断面桩号坐标断面点高程及距离，断面间距桥梁桥两端坐标桥面底板咼程、桥墩间跨度、桥墩形状、尺寸、个数涵洞涵洞坐标涵洞形状、尺寸、涵洞长闸门闸门两端坐标闸门孔数、各孔闸门尺寸、设

6、计过流能力、闸孔系数公路、铁路沿程坐标路面咼程（相临两咼程点的距离不超过3km，咼程变化明显段适当加密）路面宽1.2.8社会经济数据社会经济资料：收集2017年各水库下游主要影响乡镇的社经资料1.2.9历史洪水数据洪水灾害资料：收集编制区域历史上典型洪水造成的灾害损失等。1.3洪水模型计算1.3.1前置处理将第一阶段获取的基础数据进行预处理，正射影像数据、数字高程模型数据、数字线划地图数据、真三维模型数据初步成果转换成通用格式，利用专业软件将数字高程模型数据进行剖分网格处理，正射影像数据和真三维模型数据数据进行切片或建立金字塔作为背景地图备用。河流断面数据转换成一维水深点位模型，水文气象数据、

7、工程数据、社会经济数据均录入成文本形式，历史洪水数据制作矢量范围图。1.3.2洪水模拟与风险分析1.3.2.1 溃口流量过程计算针对各水库的实际情况，设计多种溃坝情景，包括不同设计频率的入库洪水过程，溃决前不同的库水位，不同的溃坝位置、规模及方式，通过经验公式或参数模型，计算得到各溃坝方案下的溃口流量过程。1.3.2.2 溃坝洪水演进模拟以水库下游可能被淹没的区域为研究对象，以溃口流量过程为边界条件，通过一维，二维或一、二维耦合水动力学模型进行洪水演进计算，分析溃坝洪水演进规律，得到不同溃坝方案下各网格的水位、水深、流速过程。1.3.2.3 洪水灾害损失评估基于溃坝洪水演进模拟结果，结合溃坝洪

8、水影响区域的社会经济资料，选取淹没面积、受灾人口、淹没房屋、受影响GDP等作为损失评估指标，分析各溃坝方案下洪水灾害损失情况，评价灾害损失程度及等级。1.3.2.4避洪转移分析以各方案的淹没分析计算结果为依据，选取各方案计算结果的最大水深值和最短到达时间值，形成水深分布到达时间包络，并将各方案淹没范围叠加得到可能最大淹没范围，以上述淹没信息为基础，综合人口分布、撤离道路、安置条件等进行避险转移分析，确定转移人员数量，规划安置场所，制定转移路线。1.4三维Gis可视化平台通过GIS平台，三维场景漫游基于真实场景数据的三维模拟，提供灵活多样的三维场景导航工具，使用户在不进入真实场景就可以观察流域河道沿岸、水利工程设施、水文监测站等信息。三维GIS平台的基本操作功能，全景显示地图全貌，并实现地图放大、缩小、漫游、全图、距离量算、面积量算、鹰眼导航等功能；建立索引，实现快速地图定位；实现遥感影像、三维模型、模型分析等信息数据显示控制。1.5洪水风险分析1.5.1 洪水风险图绘制绘制各方案的洪水淹没水深分布图、洪水流速分布图、洪水前锋到达时间图和避洪转移图。1.3.2 洪水风险分析三维推演模拟系统结合洪水风险图算法和水动力学相关模型，集合中国水科院算出的洪水淹没数据，对洪水淹没峰值和消退过程进行模拟，以24小时内洪水变化过程为基础，推演出