【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及城市内涝防治，尤其是一种基于边缘计算的积水监测及预报装置。
技术介绍
1、城市内涝防治工作是保障城市安全的重要举措之一，布置积水监测设施可实时监控路段积水情况，为道路管制、应急救援提供参考。
2、目前，现有积水监测设施主要存在四方面问题，一是现有积水监测设施以监测具体点位积水深度为主，缺少对积水范围的监测手段，难以判断积水影响程度；二是现有的积水监测设施以实时监测为主，缺少对未来积水深度、积水范围的预测手段，以致无法提前做出防御或应急手段；三是积水监测信息以职能部门应用为主，未对公众开放，公众无法根据积水监测信息提前进行避让；四是现状积水监测模式通常以云计算模式为核心的集中式处理模式，该模式存在云计算实时性不够、带宽不足、能耗较大的缺点，无法高效处理边缘设备产生的数据。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，能用于实时监测和预报积水范围、深度，具体包括可用于计算实时积水范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围等。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，可用于计算实时积水范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围等作业，所述积水监测及预报装置的组成包括降水监测设施、边缘计算服务器端和布设在易涝路段的高程最低点处的积水监测设施；所述积水监测设施根据其所在区域的地面高精度栅格地形数据及监测积水深度，确定其所在位置的积水水位，判断积水监测设施所在位置周围栅格
4、所述积水监测设施包括网络通信组件和与之相连的积水监测传感器、边缘计算组件；具体为：
5、网络通信组件：用于将积水监测数据、实时积水范围计算数据传输至边缘计算服务器端；
6、积水监测传感器：用于监测其所在位置的积水深度；
7、积水监测边缘计算组件：用于计算实时积水范围。
8、积水监测边缘计算组件计算实时积水范围的方法具体为：
9、根据积水监测传感器监测数据确定其所在位置的水位，如公式一所示
10、h＝he+hs 公式一；
11、式中，he表示积水监测设施所在位置的地面高程；hs表示积水监测设施监测到的积水深度；h表示积水监测设施所在位置的水位。
12、判断积水监测设施所在位置周围栅格高程与积水水位的相关关系，若积水水位高于路面栅格高程则记为淹没栅格，若积水水位低于路面栅格高程则记为未淹没栅格，如公式二和公式三所示；通过对各栅格的计算来得到积水范围。
13、
14、
15、式中，gc表示高程栅格，aij表示各栅格高程值，value表示淹没标记栅格，m表示栅格标记值，其中m＝1表示淹没栅格，m＝0表示未淹没栅格。
16、所述降水监测设施布设在积水监测设施附近3公里范围内，若附近存在多处积水监测设施，则多处积水监测设施利用同一降水监测设施。
17、所述降水监测设施包括网络通信组件和与之相连的降水监测传感器、降水监测边缘计算组件；具体为：
18、网络通信组件：用于将降水监测数据、短时积水预报范围计算数据传输至边缘计算服务器端；用于接收边缘计算服务器端拟合生成的降雨-积水拟合关系；
19、降水监测传感器：用于监测所在位置的降水量；
20、降水监测边缘计算组件：利用路面积水产生时间较降雨时间存在汇流滞时现象，通过实时的降雨监测数据预报未来短时的积水范围。
21、所述边缘计算服务器端拟合生成的降雨-积水相关关系以下述公式四表示，
22、hs(t+a)＝b·p(t)+c 公式四；
23、式中，hs(t+a)表示t+a时刻的地面积水深度；p(t)表示t时刻的降雨量；a表示雨水汇流时间，其采用积水峰值出现时间与降雨峰值出现时间的差值；b、c为需利用积水、降雨数据进行参数拟合而成的数据。
24、降水监测边缘计算组件利用实时的降雨监测数据预报未来约0～1小时内的积水范围，降水监测边缘计算组件预报未来短时积水范围的计算方法为：先按公式四计算地面积水深度，再按公式一至公式三所表述的积水监测边缘计算组件计算实时积水范围的方法，来计算未来短时积水范围。
25、所述边缘计算服务器端包括网络通信组件和与之相连的存储组件、计算组件，具体为：
26、网络通信组件：用于接收积水监测设施发送的积水监测数据、实时积水范围计算数据，接收降水监测设施发送的实时降水监测数据、短时积水预报范围计算数据，接收气象预报的未来24小时降雨数据；用于传输拟合好的降雨-积水关系至降水监测设施；
27、存储组件：分为历史数据区、计算数据区、外部数据区，其中历史数据区用于存储降雨、积水监测数据；计算数据区用于存储实时积水计算范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围数据；外部数据区用于存储气象预报的未来24小时降雨数据；
28、计算组件：利用气象预报的未来24小时降雨数据，计算未来24小时的积水范围，利用历史降雨、积水监测数据拟合降雨-积水相关关系。
29、所述计算组件利用气象预报的未来24小时降雨数据，先按公式四计算地面积水深度，再按公式一至公式三表述的积水监测边缘计算组件计算实时积水范围的方法，计算未来24小时积水预报范围；
30、所述计算组件以公式五拟合降雨-积水相关关系；
31、
32、式中，b表示斜率；c表示截距；a表示雨水汇流时间，其采用积水峰值出现时间与降雨峰值出现时间的差值；hs(t+a)表示t+a时刻的地面积水深度；表示历史积水深度均值；p(t)表示t时刻的降雨量；表示历史降水量均值；
33、当存储组件中新增历史降雨、积水数据后，所述计算组件重新按公式五拟合降雨-积水相关关系。
34、所述边缘计算服务器端还包括用于展示实时积水范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围成果的显示设备。
35、所述积水监测及预报装置用于城市内涝防治。
36、本专利技术所述方案，能通过布设地面积水监测设施结合地面高精度地形图计算地面实时积水范围；利用历史降雨、积水监测数据拟合降雨-积水相关关系，结合气象预报的未来24小时降雨量，预报未来24小时积水范围；利用显示设备滚动展示实时积水范围与预报积水范围，具备实时监测和预报积水范围、深度的能力，为道路管制、应急救援提供参考。
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1.一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，可用于计算实时积水范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围等作业，其特征在于：所述积水监测及预报装置的组成包括降水监测设施、边缘计算服务器端和布设在易涝路段的高程最低点处的积水监测设施；所述积水监测设施根据其所在区域的地面高精度栅格地形数据及监测积水深度，确定其所在位置的积水水位，判断积水监测设施所在位置周围栅格高程与积水水位的相关关系，根据判断结果标记栅格，对标记后的各栅格进行计算以得到实时积水范围；利用路面积水产生时间相比降雨时间存在汇流滞时现象，通过实时降雨监测数据计算并预报未来短时积水范围；边缘计算服务器端利用历史降雨、积水监测数据拟合降雨-积水相关关系，结合气象预报的未来24小时降雨量，预报未来24小时积水范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述积水监测设施包括网络通信组件和与之相连的积水监测传感器、边缘计算组件；具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：积水监测边缘计算组件计算实时积水范围的方法具体为：>
4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述降水监测设施布设在积水监测设施附近3公里范围内，若附近存在多处积水监测设施，则多处积水监测设施利用同一降水监测设施。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述降水监测设施包括网络通信组件和与之相连的降水监测传感器、降水监测边缘计算组件；具体为：
6.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述边缘计算服务器端拟合生成的降雨-积水相关关系以下述公式四表示，
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述边缘计算服务器端包括网络通信组件和与之相连的存储组件、计算组件，具体为：
8.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述计算组件利用气象预报的未来24小时降雨数据，先按公式四计算地面积水深度，再按公式一至公式三表述的积水监测边缘计算组件计算实时积水范围的方法，计算未来24小时积水预报范围；
9.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述边缘计算服务器端还包括用于展示实时积水范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围成果的显示设备。
10.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述积水监测及预报装置用于城市内涝防治。
...【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，可用于计算实时积水范围、短时积水预报范围、未来24小时积水预报范围等作业，其特征在于：所述积水监测及预报装置的组成包括降水监测设施、边缘计算服务器端和布设在易涝路段的高程最低点处的积水监测设施；所述积水监测设施根据其所在区域的地面高精度栅格地形数据及监测积水深度，确定其所在位置的积水水位，判断积水监测设施所在位置周围栅格高程与积水水位的相关关系，根据判断结果标记栅格，对标记后的各栅格进行计算以得到实时积水范围；利用路面积水产生时间相比降雨时间存在汇流滞时现象，通过实时降雨监测数据计算并预报未来短时积水范围；边缘计算服务器端利用历史降雨、积水监测数据拟合降雨-积水相关关系，结合气象预报的未来24小时降雨量，预报未来24小时积水范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述积水监测设施包括网络通信组件和与之相连的积水监测传感器、边缘计算组件；具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：积水监测边缘计算组件计算实时积水范围的方法具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的积水监测及预报装置，其特征在于：所述降水监测设施布设在积水监测设施附近3公里范围内，若附近存在多...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡辉艺，夏继勇，陈奕，高学珑，肖利，
申请(专利权)人：福州市规划设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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