基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，包括：数据处理模块，用于储存进水速率模型；模型模块，用于储存隧道水位上涨仿真模拟的切片模型集合；预测模块，用于获取未来雨强，计算进水速率，调用水位上涨仿真模拟切片模型；显示模块，用于显示隧道三维水位模拟视频；应急处理模块，用于判别风险等级和输出应急预案

【技术实现步骤摘要】
基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统和方法


[0001]本专利技术涉及隧道洪涝灾害预警领域
。
更具体地说，本专利技术涉及一种基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统和方法
。

技术介绍

[0002]近年来，高速公路不断向山区延伸，穿越崇山峻岭，桥隧比不断攀升
。
长隧道在省与省
、
市与市承担着重要的交通功能，其对减少城市道路用地，缩短行车里程，发展城市经济方面起到了非常积极的作用
。
[0003]城市间的长距离隧道也是交通要道，通行频率较高，但由于隧道一般地势较低
、
坡度较大，在极端天气发生城区内涝时，道路上雨水容易汇集涌入隧道内，成为积水最早
、
积水最深的地方，不仅严重影响正常交通通行而且极易造成难以预料的损失和灾难
。
[0004]近年来，极端天气频发，多地受到了严重的洪涝灾害遭遇暴雨天气的情形较过往要更严重，特大暴雨往往导致隧道严重积水，瞬间水量快速上升
。
如何对现役营运隧道或新建隧道进行洪涝预警和处置就显得极为重要
。
[0005]长距离隧道纵深狭长，现有的技术条件下，长距离隧道针对防洪排涝的预警准确率不高
、
预警时效短，常常要等在灾害发生之后才开始执行相关设备，导致应急滞后，研究如何提高长距离隧道洪涝预警信息的针对性
、
及时性
、
渠道和手段，具有重要经济价值和社会价值
。
>
技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点
。
[0007]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，包括：
[0008]数据处理模块，其用于储存进水速率模型，所述进水速率模型如公式1和公式2所示：
[0009]当
RZ<RZ0时，
V
进
＝
V0+
α
×
RZ+V3+V4‑
V5；公式1[0010]当
RZ≥RZ0时，
V
进
＝
V0+
α
×
RZ+
β
×
RZ+V3+V4‑
V5；
ꢀꢀ
公式2[0011]其中，
RZ
为雨强，
α
为内部流入率参数，
β
为外部流入率参数，
V0为隧道的平均固定渗漏速率，
RZ0为雨强阈值，
V3为消防用水进水速率，
V4为异常进水速率，
V5为隧道排水速率，其中，
α
、
β
、V0、
以及
RZ0基于隧道历史进水数据和历史排水数据统计分析得到；
[0012]模型模块，其用于储存隧道水位上涨仿真模拟的切片模型集合，每个切片模型以水为流体，以水位深度为标识，显示呈现隧道积水状态以及对应的关键因子参数信息，每个切片模型具有唯一配置编号，其中，水位深度为进水量与隧道容积计算得到；
[0013]预测模块，其用于获取未来一段时间内的雨强
RZ、
消防用水进水速率
、
异常进水速率以及隧道排水速率，并基于雨强
RZ
调用所述进水速率模型计算得到未来一段时间内的进水速率
V
进
，基于进水速率计算得到未来一段时间的进水量和隧道水位深度，调用与水位深
度一一对应的配置编号所对应的切片模型和关键因子参数信息，形成预测的水位上涨仿真模拟切片模型；
[0014]显示模块，其用于以时间为
x
轴，输出得到按时间轴顺序排列的隧道切片模型，并同时显示对应关键因子参数信息，形成隧道三维水位模拟视频；
[0015]应急处理模块，其用于统计分析隧道淹没时间和预计排涝完成时间，以及用于预设风险等级判别规则和应急预案，并依据风险等级判别规则的判别结果输出应急预案
。
[0016]优选的是，隧道历史进水数据包括非降雨期的隧道进水量
Q
进
，隧道进水量为隧道固有渗漏
Q0，隧道历史排水数据包括非降雨期的隧道排水量
Q
排
，所述数据处理模块基于公式
1、3
～5统计分析拟合得到参数
V0的值；
[0017]Q
进
＝
Q
排
ꢀꢀꢀꢀ
公式3[0018]Q
进
＝
Q0ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式4[0019]V
进
＝
Q
进
/t
排
公式
5。
[0020]优选的是，隧道历史进水数据包括降雨期的雨强
RZ、
降雨时间和隧道进水量
Q
进
，隧道进水量为隧道固有渗漏
Q0、
雨水固定流入量
Q1以及雨水外部流入量
Q2，隧道历史排水数据包括降雨期的隧道排水量
Q
排
；
[0021]所述数据处理模块用于基于公式1统计分析，进水速率增大时对应的雨强，即得到参数
RZ0的值；
[0022]选取雨强
RZ<RZ0的隧道历史进水数据，所述数据处理模块基于公式1统计分析拟合得到参数
α
的值；
[0023]选取雨强
RZ>RZ0的隧道历史进水数据，所述数据处理模块基于公式2统计分析拟合得到参数
β
的值
。
[0024]优选的是，还包括末端采集装置，其用于采集隧道历史进水数据和历史排水数据，所述末端采用装置包括：
[0025]雨量计，其用于实时采集降雨量和降雨时间，计算输出实时雨强平均值
RZ
，并存储，得到历史雨强数据
RZ
；
[0026]消防管道流量计，其用于检测消防用水管道流量，所述数据处理模块基于消防用水管道流量计算得到消防用水进水速率
V3；
[0027]液位计，其用于检测液位上升值和上升时间，所述数据处理模块基于液位上升值和上升时间计算液位上升速度
V
升
，以及采用公式6计算异常进水速率
V4；
[0028]V4＝
V
升
×
S
ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式6[0029]其中，
S
为泵房水尺横截面积；
[0030]排水管道流量计和排水泵流量计，其用于采集排水量，统计各泵总流量，排水量和各泵总流量用于计算得到水泵实际排水速率
V
泵
，所述数据处理模块采用公式7计算得到隧道排水速率
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，其特征在于，包括：数据处理模块，其用于储存进水速率模型，所述进水速率模型如公式1和公式2所示：当
RZ<RZ0时，
V
进
＝
V0+
α
×
RZ+V3+V4‑
V5；公式1当
RZ≥RZ0时，
V
进
＝
V0+
α
×
RZ+
β
×
RZ+V3+V4‑
V5；
ꢀꢀ
公式2其中，
RZ
为雨强，
α
为内部流入率参数，
β
为外部流入率参数，
V0为隧道的平均固定渗漏速率，
RZ0为雨强阈值，
V3为消防用水进水速率，
V4为异常进水速率，
V5为隧道排水速率，其中，
α
、
β
、V0、
以及
RZ0基于隧道历史进水数据和历史排水数据统计分析得到；模型模块，其用于储存隧道水位上涨仿真模拟的切片模型集合，每个切片模型以水为流体，以水位深度为标识，显示呈现隧道积水状态以及对应的关键因子参数信息，每个切片模型具有唯一配置编号，其中，水位深度为进水量与隧道容积计算得到；预测模块，其用于获取未来一段时间内的雨强
RZ、
消防用水进水速率
、
异常进水速率以及隧道排水速率，并基于雨强
RZ
调用所述进水速率模型计算得到未来一段时间内的进水速率
V
进
，基于进水速率计算得到未来一段时间的进水量和隧道水位深度，调用与水位深度一一对应的配置编号所对应的切片模型和关键因子参数信息，形成预测的水位上涨仿真模拟切片模型；显示模块，其用于以时间为
x
轴，输出得到按时间轴顺序排列的隧道切片模型，并同时显示对应关键因子参数信息，形成隧道三维水位模拟视频；应急处理模块，其用于统计分析隧道淹没时间和预计排涝完成时间，以及用于预设风险等级判别规则和应急预案，并依据风险等级判别规则的判别结果输出应急预案
。2.
如权利要求1所述的基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，其特征在于，隧道历史进水数据包括非降雨期的隧道进水量
Q
进
，隧道进水量为隧道固有渗漏
Q0，隧道历史排水数据包括非降雨期的隧道排水量
Q
排
，所述数据处理模块基于公式
1、3
～5统计分析拟合得到参数
V0的值；
Q
进
＝
Q
排
ꢀꢀꢀꢀ
公式
3Q
进
＝
Q0ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式
4V
进
＝
Q
进
/t
排
公式
5。3.
如权利要求2所述的基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，其特征在于，隧道历史进水数据包括降雨期的雨强
RZ、
降雨时间和隧道进水量
Q
进
，隧道进水量为隧道固有渗漏
Q0、
雨水固定流入量
Q1以及雨水外部流入量
Q2，隧道历史排水数据包括降雨期的隧道排水量
Q
排
；所述数据处理模块用于基于公式1统计分析，进水速率增大时对应的雨强，即得到参数
RZ0的值；选取雨强
RZ<RZ0的隧道历史进水数据，所述数据处理模块基于公式1统计分析拟合得到参数
α
的值；选取雨强
RZ>RZ0的隧道历史进水数据，所述数据处理模块基于公式2统计分析拟合得到参数
β
的值
。4.
如权利要求3所述的基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，其特征在于，还包括末端采集装置，其用于采集隧道历史进水数据和历史排水数据，所述末端采用装置包括：
雨量计，其用于实时采集降雨量和降雨时间，计算输出实时雨强平均值
RZ
，并存储，得到历史雨强数据
RZ
；消防管道流量计，其用于检测消防用水管道流量，所述数据处理模块基于消防用水管道流量计算得到消防用水进水速率
V3；液位计，其用于检测液位上升值和上升时间，所述数据处理模块基于液位上升值和上升时间计算液位上升速度
V
升
，以及采用公式6计算异常进水速率
V4；
V4＝
V
升
×
S
ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式6其中，
S
为泵房水尺横截面积；排水管道流量计和排水泵流量计，其用于采集排水量，统计各泵总流量，排水量和各泵总流量用于计算得到水泵实际排水速率
V
泵
，所述数据处理模块采用公式7计算得到隧道排水速率
V5；
V5＝
n
×
V
泵
ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式7其中，
n
为水泵实际运行数量，
V
泵
为水泵实际排水速率
。5.
如权利要求1所述的基于流体三维动态模拟仿真的隧道洪涝预警系统，其特征在于，还包括设备运行态势监测装置，其包括：多个有源电子标签，多个有源电子标签设置于水泵和配电箱上，所述有源电子标签用于实时监测并保存配电箱出线的电压及电流参数数值
、
进线电缆的温度，同时监测开关分合闸位置状态
、
脱扣情况，以及用于实时监测水泵设备的运行流量
、
扬程
、
轴功率及比转数；多对主射频模块和从射频模块，多对主从射频模块和从射频模块间隔设置于隧道顶上，多对主射频模块和从射频模块用于识别处于天线辐射范围内的泵房及配电房的有源电子标签的数据信息，以及实现
RFID
系统双通道数据通信；
ZigBee
终端节点，其通过无线与主射频模块和从射频模块连接，
ZigBee
终端节点用于接收主射频模块和从射频模块传输的有源电子标签的数据信息，同时也用于将控制命令回传至主射频模块和从射频模块；
ZigBee
协调器节点，其与
ZigBee
终端节点无线连接，
ZigBee
协调器节点用于接收
ZigBee
终端节点发送的数据信息，同时也用于将控制命令回传至
ZigBee
终端节点；
PC

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟汉，胡叶彪，曹世锦，何锦荣，谢正坚，席芳，颜清清，陈炳求，覃振东，倪丽君，盛秋实，
申请(专利权)人：中交智慧城市生态发展广州有限公司，
类型：发明
国别省市：