本發(fā)明涉及堰塞湖應(yīng)急處置，具體涉及一種堰塞湖潰決洪峰及洪水傳播過程實(shí)時(shí)追蹤方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、通過人工干預(yù)措施誘導(dǎo)堰塞湖泄流是堰塞湖應(yīng)急處置減災(zāi)降險(xiǎn)的重要手段，但仍會(huì)發(fā)生潰決洪水，對(duì)于堰塞體體積巨大、庫(kù)容巨大的高危堰塞湖往往發(fā)生非常態(tài)潰決洪水。準(zhǔn)確、快速獲取洪峰流量過程及洪水傳播過程是管控潰決非常態(tài)洪水、降低洪水災(zāi)害的重要工作。目前，常采用現(xiàn)有水文站組建應(yīng)急監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，以此監(jiān)測(cè)水位變化，判斷洪峰是否過境，但高危堰塞湖非常潰決態(tài)洪水流速快、漲勢(shì)猛、破壞力強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)，下游水文站及周邊交通道路經(jīng)常因損毀而無法實(shí)現(xiàn)洪水水位、洪峰等水文數(shù)據(jù)觀測(cè)，同時(shí)嚴(yán)重威脅水文監(jiān)測(cè)人員人身安全，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)潰決洪峰的實(shí)時(shí)追蹤。如白格堰塞湖在人工干預(yù)下潰決后，洪峰流量達(dá)3萬m3/s，洪水標(biāo)準(zhǔn)超萬年一遇，下游50km處葉巴灘水文站兩個(gè)多小時(shí)水位上漲30m，自記水位計(jì)失效，下游190km處巴塘水文站一小時(shí)水位漲幅超過11m，水文站被淹，下游380km處奔子欄水文站被淹，下游480km處塔城水文站洪水標(biāo)準(zhǔn)仍超千年一遇，洪水所到之處橋梁、道路等設(shè)施或被淹沒、或被沖毀。

2、對(duì)于流速快、漲勢(shì)猛、破壞力強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)的高危堰塞湖非常態(tài)潰決洪水，由于地面水文站等監(jiān)測(cè)設(shè)施易被淹沒、沖毀，無法使用的概率極高，同時(shí)嚴(yán)重威脅水文監(jiān)測(cè)人員人身安全，缺少一種既能保障水文監(jiān)測(cè)人員人身安全，同時(shí)能實(shí)時(shí)追蹤潰決洪峰及洪水傳播過程的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于無人機(jī)的堰塞湖潰決洪峰及洪水傳播過程實(shí)時(shí)追蹤方法及系統(tǒng)，通過采用長(zhǎng)滯空無人機(jī)搭載多個(gè)傳感器模塊，在堰塞湖庫(kù)區(qū)部署追蹤潰口無人機(jī)，在下游河段沿程分布式布設(shè)監(jiān)測(cè)河道無人機(jī)，形成鏈?zhǔn)綗o人機(jī)群，通過控制端-處理端-服務(wù)器的信息傳遞，聯(lián)動(dòng)聯(lián)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)潰決洪峰實(shí)時(shí)追蹤。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種堰塞湖潰決洪峰及洪水傳播過程實(shí)時(shí)追蹤方法，包括：

4、堰塞湖潰決前，在堰塞體潰口以及堰塞體下游河道的預(yù)設(shè)點(diǎn)位上分別布設(shè)潰口無人機(jī)組和多個(gè)河道無人機(jī)組，潰口無人機(jī)組包括潰口無人機(jī)、潰口控制端和潰口處理端，每個(gè)河道無人機(jī)組包括河道無人機(jī)、河道控制端和河道處理端，所有的處理端對(duì)應(yīng)連接一個(gè)服務(wù)器；

5、堰塞湖潰決時(shí)，通過各控制端控制潰口無人機(jī)和河道無人機(jī)上升至目標(biāo)區(qū)域上方，各控制端將實(shí)時(shí)采集的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞至對(duì)應(yīng)的處理端，各處理端處理后傳遞信號(hào)至服務(wù)器，即實(shí)現(xiàn)對(duì)堰塞湖潰決洪水洪峰及其傳播過程的實(shí)時(shí)追蹤。

6、優(yōu)選地，堰塞湖潰決前，通過各控制端控制將潰口無人機(jī)和河道無人機(jī)上升至目標(biāo)區(qū)域上方，獲取潰決前目標(biāo)區(qū)域信息數(shù)據(jù)，然后在各處理端上快速構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域三維模型。

7、進(jìn)一步優(yōu)選地，目標(biāo)區(qū)域信息數(shù)據(jù)包括：潰決發(fā)生前目標(biāo)區(qū)域的傾斜影像、地形測(cè)量數(shù)據(jù)、水面流速、水面高程；各處理端快速構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域三維模型的方法包括：基于傾斜攝影技術(shù)，利用獲取的傾斜影像，輔以地形測(cè)量數(shù)據(jù)，從而快速構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域三維模型。

8、優(yōu)選地，堰塞湖潰決時(shí)，通過潰口控制端控制潰口無人機(jī)上升至庫(kù)區(qū)目標(biāo)區(qū)域潰口的上方，實(shí)時(shí)采集目標(biāo)區(qū)域信息數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞至潰口處理端，經(jīng)潰口處理端處理后得到潰口洪峰峰量及其發(fā)生時(shí)間；

9、待潰口處理端監(jiān)測(cè)出現(xiàn)洪峰時(shí)，由潰口處理端傳遞信號(hào)至服務(wù)器，服務(wù)器記錄信息，并將洪峰出現(xiàn)時(shí)間及流量信息傳遞至第一個(gè)河道處理端；第一個(gè)河道處理端收到信號(hào)后，記錄信息，并適時(shí)通過第一個(gè)河道控制端操控第一個(gè)河道無人機(jī)上升至河道目標(biāo)區(qū)域上方，實(shí)時(shí)采集目標(biāo)區(qū)域信息數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞至第一個(gè)河道處理端，經(jīng)第一個(gè)河道處理端處理后得到目標(biāo)河道過流斷面洪峰峰量及其發(fā)生時(shí)間；

10、待第一個(gè)河道處理端監(jiān)測(cè)出現(xiàn)洪峰時(shí)，由第一個(gè)河道處理端傳遞信號(hào)至服務(wù)器，服務(wù)器記錄信息，并將洪峰出現(xiàn)時(shí)間及流量信息傳遞至第二個(gè)河道處理端；第二個(gè)河道處理端收到信號(hào)后，記錄信息，并適時(shí)通過第二個(gè)河道控制端操控第二個(gè)河道無人機(jī)上升至河道目標(biāo)區(qū)域上方，實(shí)時(shí)采集目標(biāo)區(qū)域信息數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞至第二個(gè)河道處理端，經(jīng)第二個(gè)河道處理端處理后得到目標(biāo)河道過流斷面洪峰峰量及其發(fā)生時(shí)間；

11、依次類推，直至完成釋放所有無人機(jī)。

12、進(jìn)一步優(yōu)選地，潰口處理端或河道處理端的處理方法為：通過對(duì)比不同時(shí)段影像，實(shí)時(shí)更新三維模型，得到堰塞湖潰口斷面或目標(biāo)河道斷面的形狀變化情況；再利用測(cè)得的水面高程，疊加至三維模型，可得到潰口或目標(biāo)河道過流斷面增加的過流面積；再利用測(cè)得的水面流速，結(jié)合流速分布模型和過水面積可推算出流量，由此實(shí)現(xiàn)潰口或目標(biāo)河道斷面的過流流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，繪制出洪水流量-時(shí)間曲線，可依此監(jiān)測(cè)潰口或目標(biāo)河道過流斷面的洪峰峰量及其發(fā)生時(shí)間。

13、進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于應(yīng)急處置特殊情況1，若潰口無人機(jī)無法反饋信息至服務(wù)器，則采用人工方式在監(jiān)測(cè)到可能形成潰決洪峰時(shí)，將估計(jì)的洪峰流量、出現(xiàn)時(shí)間信息傳遞給服務(wù)器，由服務(wù)器將信息傳遞給第一個(gè)河道處理端。

14、進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于應(yīng)急處置特殊情況2，若某一河道無人機(jī)無法反饋信息至相應(yīng)處理端，或該處理端無法反饋信息給服務(wù)器，即局部發(fā)生信息中斷，則跳過該處理端，由服務(wù)器將已獲取的信息傳遞給下一處河道無人機(jī)，適時(shí)釋放下一處河道無人機(jī)。

15、優(yōu)選地，服務(wù)器還可通過實(shí)時(shí)地理視頻技術(shù)將無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻疊加在gis地圖上，動(dòng)態(tài)展示河段所有監(jiān)測(cè)斷面的無人機(jī)視野；或者，通過bim+gis技術(shù)將庫(kù)區(qū)、河道三維模型疊加在gis地圖上，通過三維影像實(shí)時(shí)展示目標(biāo)區(qū)域過流情況；或者，利用各監(jiān)測(cè)斷面的洪水流量-時(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)堰塞湖潰決洪峰預(yù)報(bào)模型實(shí)時(shí)修正。

16、本發(fā)明提供一種應(yīng)用于所述的堰塞湖潰決洪峰及洪水傳播過程實(shí)時(shí)追蹤方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

17、潰口無人機(jī)組，潰口無人機(jī)組包括潰口無人機(jī)、潰口控制端和潰口處理端，潰口控制端用于操控潰口無人機(jī)飛行并利用通訊網(wǎng)絡(luò)將潰口無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳遞到潰口處理端進(jìn)行處理；

18、河道無人機(jī)組，河道無人機(jī)組沿河道延伸方向布設(shè)有多個(gè)，每個(gè)河道無人機(jī)組包括河道無人機(jī)、河道控制端和河道處理端，河道控制端用于操控河道無人機(jī)飛行并利用通訊網(wǎng)絡(luò)將河道無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳遞到河道處理端進(jìn)行處理；

19、服務(wù)器，服務(wù)器與潰口處理端和所有的河道處理端信號(hào)連接。

20、優(yōu)選地，潰口無人機(jī)或河道無人機(jī)均搭載定位測(cè)量模塊、傾斜攝影模塊和雷達(dá)測(cè)流模塊，定位測(cè)量模塊用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域地形測(cè)量，傾斜攝影模塊用于獲取目標(biāo)區(qū)域傾斜影像為后續(xù)三維建模提供數(shù)據(jù)，雷達(dá)測(cè)流模塊用于采集水面流速和水面高程信息。

21、本發(fā)明提供的堰塞湖潰決洪峰及洪水傳播過程實(shí)時(shí)追蹤方法及系統(tǒng)，相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

22、(1)本發(fā)明采用無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量，避免了監(jiān)測(cè)人員直接進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，從而保障了監(jiān)測(cè)人員的人身安全。

23、(2)通過無人機(jī)實(shí)時(shí)采集潰口及河道數(shù)據(jù)，并快速傳輸至處理端進(jìn)行處理，再上傳至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)堰塞湖潰決洪峰及其傳播過程的實(shí)時(shí)追蹤，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

24、(3)采用一個(gè)控制端對(duì)應(yīng)一個(gè)處理端、所有處理端對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)器的分散式布設(shè)架構(gòu)，可以解決河道距離長(zhǎng)，控制端無法直接傳遞數(shù)據(jù)至服務(wù)器的問題，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

25、(4)采用分散式處理策略，在處理端處理無人機(jī)采集的信息數(shù)據(jù)，再將處理后的數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器，降低了服務(wù)器的信息處理負(fù)荷，有利于提高應(yīng)急處置效率。

26、(5)采用分散式布設(shè)架構(gòu)，可將服務(wù)器安置在環(huán)境條件較好、通信信號(hào)良好區(qū)域，可避免在應(yīng)急處置中由于惡劣環(huán)境發(fā)生突發(fā)情況時(shí)(如個(gè)別河道無人機(jī)、處理端無法工作、傳遞信息，無法替換)造成局部影響整體的情況。

27、(6)針對(duì)無人機(jī)或處理端無法反饋信息的情況，提供了人工干預(yù)和跳過中斷點(diǎn)的應(yīng)急處理方案，確保了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

28、(7)服務(wù)器集成了實(shí)時(shí)地理視頻技術(shù)、bim+gis技術(shù)和實(shí)時(shí)修正預(yù)報(bào)模型等功能，可以動(dòng)態(tài)展示河段監(jiān)測(cè)情況，實(shí)時(shí)修正預(yù)報(bào)模型，為應(yīng)急決策提供全面、準(zhǔn)確的信息支持。

29、(8)本發(fā)明不僅適用于堰塞湖潰決洪峰的實(shí)時(shí)追蹤，還可以推廣應(yīng)用于其他類型的洪水監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。