第２３卷第４期 洛阳理工学院学报（自然科学版） Ｖ０Ｉ．２３ Ｎｏ．４ ２０１３年ｌ２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｄｅｃ．２０１３ 基于ＧＩＳ和ＲＳ的城市内涝监测预警系统 王玉玺，李硕 （郑州大学水利与环境学院，河南郑州４５０００１） 摘要：近年来，随着“城市看海”现象的频繁发生，城市内涝问题日益严重。基于ＧＩＳ和ＲＳ的城市内涝监测预警 系统可依据城市降雨情况，将监测雨量信息和天气预报信息综合于仿真模型，实现水文学和气象学的结合，能对 城市的内涝灾害有关特征数据进行预测，提高积水预报的准确度，为制定防灾减灾措施提供科学依据。 关键词：ＧＩＳ；ＲＳ；城市内涝；模型；计算模拟；灾害预警 ＤＯｈ １０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７４－５０４３．２０１３．４０．０１６ 中图分类号：ＴＵ９８４；ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４．５０４３（２０１３）０４－００６４－０２ 城市内涝主要是由于短时间内高强度降水，造成地面积水过多，在排水不畅的情况下形成的一种城 市自然灾害 ’。近几年发生的几起内涝表明，城市内涝可造成房屋进水，交通瘫痪，极易引起人员伤亡， 严重影响了城市居民的正常生活和工作，造成严重的经济损失，成为各界普遍关注的城市问题。导致城 市内涝产生的主要影响因素是城市排水能力和强降水。而随着城市化进程的日益加快，城区可供雨水渗 透的地面不断减少，导致城市内涝现象频发。因此，开发科学合理的内涝灾害监测预警系统尤为重要。 利用ＧＩＳ的空间分析功能和ＲＳ提供的数据源，根据地理、水文等专业信息，结合城市暴雨强度经 验公式和数学计算模型，可建立城市内涝灾害分析模型，并在此基础上建立城市内涝监测预警系统， 对城市的内涝灾害有关特征数据进行预测，提高积水预报的准确度，为各部门制定防灾减灾措施提供 科学依据。 １ ＧＩＳ在城市防洪中的应用 ＧＩＳ具有数据采集及空间分析能力，可以方便地生成各种模型参数，如降雨等值线数据、ＤＥＭ数据 等，并实现了空间信息的可视化，初步解决不能动态显示模拟结果以及缺乏足够的空间分析功能的难题。 １）常态预防。在城市的基本规划中，ＧＩｓ可对空间信息进行有效的管理，将各种属性信息如经济、 人口以及社会信息与其相对应的地理位置结合；针对不同的城市地理图形属性，创造分属于不同地区的 图形对象集合 ，并组成规划信息数据库，以方便处理和分析。由于城市地形复杂，公园、河流和街区等 的面积和类型不同，各种工程设施、建筑物的分布以及对强降水所产生的径流影响很大，常规处理方式 不能很好地将所有信息进行综合。ＧＩＳ强大的信息处理功能可利用路径分析、缓冲区分析、图层叠加、空 间叠合以及空间插值等 。，对城市排水设施进行可视化管理，直观地对排水系统的运行进行监测和管理， 以保证整个排水系统完整安全地运行，为城市规划提供高效率的数据服务，显著改善规划的合理性和准 确性。 ２）紧急状态下的应用。在城市突发强降水过程时，利用ＧＩＳ空间数据库，结合水文与气象部门提供 的相关数据信息，通过已经制定的城市地形模型、内涝数学模型、地面特征模型、城市降水和排水模型 等相关模型 ，对城市可能发生内涝积水的相关区域进行计算，对降水给城市各局部地区带来的积水影响 进行预测并生成直观的图表和图形，建构积水地区的总体框架图，提高城市防洪保障能力。在已形成积 水的区域，可利用Ｇ１Ｓ强大的路径分析功能，实现可视化交通管理。通过可视化的界面，对交通情况进行 及时准确的监控 ，并通过事先制定的内涝紧急预案，对积水区域进行交通调控，减少人员与车辆拥堵， 收稿日期：２０１３－０８－０６ 作者简介：王玉玺（１９９１－），女，河南洛阳人，本科，主要从事“３ｓ＇，在资源环境领域应用方面的研究． 第４期 王玉玺等： 基于ＧＩＳ和ＲＳ的城市内涝监测预警系统 并对相关数据进行采集、处理、决策以及组织协调，充分发挥系统的整体效益，实现各类交通信息资源 的共享。 ２ ＲＳ在城市防洪中的应用 ＲＳ指从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等遥感器，通过摄影、扫描 等各种方式，接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而识别地面物 质的性质和运动状态的综合技术。遥感技术具有以下几个特点：①具有大面积同步检测能力。ＲＳ可以对 目标地区进行大范围观测，并获得较为可靠、有价值的遥感数据，对城市大面积地理信息的采集极为重 要。基于此，可以高速度、高质量地测绘地图，为ＧＩＳ提供海量数据。②具有较强的时效性。通过遥感技 术可以获取即时信息。⑨数据具有综合可比性。遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许 多自然、人文信息，客观地记录了地面的实际状况，数据综合性很强。由于相关仪器可以在短时间内对 同一地区进行重复探测，因此遥感数据可反映地面事物形态、分布的动态变化。实际操作中，可根据不 同的任务选用不同遥感仪器和波段来获取目的信息。利用图像处理软件对获得的遥感数据进行几何校 正、辐射校正、图像增强，然后对地物进行分类提取、测算水淹面积和判定水淹区域。 ３城市内涝监测预警系统 随着城市暴雨内涝数值模型的不断成熟以及气象观测技术和计算机技术的发展，使得对于城市暴雨 内涝的实时监测和预报预警成为可能。城市内涝监测预警系统是模拟暴雨内涝积水过程、建立城市防汛 信息系统的重要研究手段。该系统通过结合水文学、河流动力学、气象学以及给排水工程等多学科知 识，在城市地理信息、排水管网等地理信息系统的基础上，模拟城市地表与明渠河道水流运动，制定相 关模型。系统可采用基于Ｃ／Ｓ和Ｂ／Ｓ相结合的系统架构，并基于角色进行权限管理，行政管理层以决策为 主，很少录入信息，故行政管理计算机组采用Ｂ／Ｓ模式，而对存储速度和系统交互性要求较高的其他用 户，则采用Ｃ／Ｓ模式。利用ＧＩＳ空间分析技术和Ｒｓ空间探测技术，集合城市地理、河道地形、工程设施、 气象监测、防洪调度等基础空间信息，以城区气象自动站资料、数值预报产品、雷达估测降水、主观降 水预报等作为实况和预报，用降雨边界条件，建立内涝应急数据库及内涝预警信息发布系统，实现内涝 分级预警信息以及内涝相关信息的网络发布 ，根据气象预报信息和空间探测数据对暴雨内涝过程进行 模拟和预测，可对城区降雨量空间分布和 积水空间分布进行图形显示，可提前２４ ｈ 对城区内涝和降水情况进行预测，实现了 城区降雨量大小分布和积水深度分布的图 形显示和数据查询以及预警提醒，为各部 ｆ－ｊ制定防灾减灾措施提供可靠依据，从而 满足政府指挥决策及应急联动需求的预警 系统整体框架，如图１所示。 笔者利用该系统对洛阳市进行城市内 涝历史反演，由于没有积水历时的详细资 料，故只对最大积水深度进行调试。结果 显示模拟计算积水区的分布与实况相比总 体上比较接近，最大积水深度和位置基本 一致，但积水面积偏小。结果表明：本系 统具备一定的暴雨内涝动态监测预报能 力，对拓展城市灾害预报服务领域，提高 城市暴雨内涝灾害监测、预报、灾害风险 图ｌ城市内涝监测预警系统 评估水平具有一定的使用价值。 ｆ］ 转第７４页） ７４ 洛阳理工学院学报（自然科学版） 第２３卷 砟轨道精调实践，全面系统分析了影响高速铁路无砟轨道精调的相关因素，并提出针对性的对策措施， 成功实现了对轨道板高精度的定位，保证了轨道严格的平顺性，为宁杭高铁的联调联试顺利完成，如期 开始试运行提供了坚实的基础和有力的保障，为类似工程实践积累了经验。 参考文献： …１马汉丞浅谈高速铁路无砟轨道精调ｌＪ］．科技情报开发与经济，２０１１，２１（１１）：２２２—２２５． Ｉ２ｌ刘学信．谈无砟轨道板博格精调施工技术Ｉ Ｊ１．中国西部科技，２０１０，９（４）：６１－６２． Ｉ３ｌ刘世．海，郭建钢，王波ＣＲＴＳ Ｉ型双块式无砟轨道静态调整和动态调整技术［ＪＩ．铁道标准设计，２０１０，（１）：８０－８４． Ｉ４铁运Ｊ４ｌ２０１２Ｊ８３号．ＴＧ／ＧＷＩ １５－－２０１２高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行））ＩｓＪ．北京：中国铁道出版社，２０１２． １５ｌ王炜执宜万铁路红瓦屋隧道双块式无砟轨道静态调整技术…．铁道标准设计，２０１０，（８）：４９－５１． 【６吴燕升．６ｌ武广客运专线双块式无砟轨道静态调整技术ｌＪＩ．铁道建筑技术，２０１０，（２）：８０－８３． １７Ｉ铁．￣＿［２０１０１２４１号．ＴＢ１０７５４—２０ｌＯ高速铁路轨道工程施工质量验收标准ｌｓＪ．北京：中国铁道出版 ２０ｌ０． Ｉ８ｌ胡庆丰．高速铁路高速道岔精调工艺探讨ｌ ＪＩ．科学之友，２０１ Ｉ，（１１）：５２－５４． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ＣＲＴＳ ＩＩ Ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ Ｔｒａｃｋ Ｐｌａｔｅ ｏｎ Ｎａｎｊｉｎｇ・・Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｈｉｇｈ・－ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙｓ ＨＵＡＮＧ Ａｎ・ｎｉｎｇ （Ｎａｎｊｉｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｔｒａｃｋ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆＳｈａｎｇｈａｉ ａＲｉｌｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＣＲＴＳ ＩＩ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ｐｌａｔｅ ｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒａｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｙｐｅｓ ｆｏｒ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙｓ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙｓ．Ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ｏｎ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙｓ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈｌｙ ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｇｒｅａｔ ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ， ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆｔｈｅ ＣＲＴＳ ＩＩ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ｐｌａｔｅ ｏｎ Ｎａｎｊｉｎｇ—Ｈａｎｇｚｈｏｕ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ＣＲＴＳ ＩＩ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ｐｌａｔｅ ｏｎ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙｓ，ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋｓ ｐｒｅｃｉｓｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ，ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｓ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｏｆｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ；ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ；ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ；ＣＯＵｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆ上接第６５页１ 参考文献： ｆｌＪ赵连柱，孙亚军．ＧＩ 术在城市排水管网管理与地形三维可视化中的应用ｌＪＪ．北京测绘 ２ｏｏ７（０３）：１０３－１０６． １２Ｉ芦逸云，党巧红ＧＩＳ管理系统中图形对象实体点选的处理方＂￣ｌＪＩ．洛阳理工学院学报，２０１１，２１（１）：８９—９１． 【３ｌ郑传新，米浦强＇谢筱惠等．柳州市暴雨渍涝气象预警系统ＩＪ１．广西气氛２００５（０２）：８９—９１． Ｉ４Ｊ刘瑶杰；刘振泉．城市内涝的对策及ＧＩｓ在其中的应用ＩＪｌ冲学地理教学参考，２０１２（０１）：７２—７３． Ｉ５ｌ王建鹏；薛春芳；解以扬，等．基于内涝模型的西安市区强降水内涝成因分析Ｉ ＪＩ．气象科技，２００８（０６）：１５６—１５９． Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗａｒｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ ａｎｄ ＲＳ ＷＡＮＧ Ｙｕ—ｘｉ，ＬＩ Ｓｈｕｏ （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ ｉｓ ｇｅｔｔｉｎｇ ｓｅｒｉｏｕｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ”ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｓｅａ”． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｒａｉｎｆａｌｌ，Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒｉｏｇｇｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗａｒｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｒａｉｎｆａｌｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｗｅａｔｈｅｒ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｅｄｉｃｔｓ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ｕｎｂａｎ ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ ｄｉｓａｓｔｅｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｈａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＩＳ ａｎｄ ＲＳ ｉｎ ｃｉｔｙ ｆｌｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒｉｏｇｇｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗａｒｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＩＳ；ＲＳ；ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ；ｍｏｄｅｌ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｉｓａｓｔｅｒ ｗａｒｎｉｎｇ