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为内涝防御注入“气象智慧”——天津构建内涝预警与应急响应平台提升内涝风险预警能力
发布时间: 2019-09-19

近年来,随着我国极端降水发生频率和强度的增加,暴雨洪涝灾害增多,特别是城市内涝对公众生活和出行等各个方面造成连锁反应,可以说,这一直是大城市的“痛点”所在。试想,如果在提前收到降雨预报的同时,还能收到所在位置的积水风险预报预警,那是不是有利于政府开展更有针对性的调度指挥?有利于排水部门实施更有效的排水措施?有利于交管部门实施更科学的交通疏导措施呢?答案必然是肯定的,而且这也是气象部门近年来一直努力攻克的难题。

近日,由天津市气象台研发的“城市内涝智能监测预报预警与应急响应平台”(以下简称“内涝预警与应急响应平台”)就直面城市内涝的难题,利用大数据及人工智能技术开展基于影响的内涝预报预警服务,实现了在城市内涝风险预警能力上的突破。该项目在近日召开的全国第七届海峡青年节·两岸青年生态旅游气象服务创新交流大会上获得创新项目一等奖,被授予“金点子”称号。

新模型助力提升内涝风险预警能力

天津市气象台副台长杨晓君说:“对于我们研发的这套内涝预警与应急响应平台来说,城市内涝仿真模拟系统是预报技术的关键支撑。”天津的城市暴雨内涝预报预警研究开展得较早,2003年就研发建成推广型城市暴雨内涝仿真系统,并在全国30个城市推广应用。随着科学技术的不断革新,市气象科学研究所持续对暴雨内涝仿真系统进行迭代升级,结合近几年城市内涝灾害普查结果,进一步对内涝模型模拟效果进行检验评估,并根据实际积水数据对模型参数进行了修订。

特别是近两年来,随着数据资料的不断细化和计算水平的大幅提升,市气象科学研究所与天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室、天津市排数管理处共同合作,开展了新型内涝模型的研发及城市内涝积水精细化处理技术研究,建立了基于融合实况信息的逐时快速循环同化内涝模型,改进模型网格为分区、分层、立体多重网格形式,在模型中建立了雨量层、地表层、管网层分层体系,又利用智能网格预报技术在同一平面位置上布设多重网格,为路网、管网、暗河等不同下垫面独立解决立体层面的水体汇流和积水问题。

作为新模型研发的主要负责人,天津市气象科学研究所工程师陈靖介绍说:“随着城市下垫面信息在新模型中的进一步完善,我们依据不同下垫面特性将天津中心城区划分为1.5万余个网格块,并实现结合精细到1公里的智能格点预报,模拟预报每个网格块的积水情况,进而开展更精细的内涝预报及风险预警服务。”

在新型内涝模型的支撑下,用户可通过内涝预警与应急响应平台随意查看某一网格块的积水情况和风险预警,还能点击查看该区域包括哪些路段、社区等地理信息,此外还可以专门选取河道、道路、管网等不同地形以及不同社区,查看其积水演变情况,进而采取有针对性的排涝、疏散等指挥措施。

大数据智能识别助力构建内涝立体监测预警新模式

进入内涝预警与应急响应平台,选取某一个区域和某一个出现降雨的时间段,记者看到密密麻麻的站点标识图旁标注着不同的数字,这些不同颜色的数字分别是降水实况和积水实况信息。市气象台在该平台整合了气象、水务、政府部门共计200余个物联网降水、积水监 测站点,实现动态查询从10分钟到24小时的降水、积水实况信息。

杨晓君说:“实时获取最新的积水深度监测数据,对提升基于位置的内涝风险预警能力尤为重要。”为此,市气象台在对内涝预警与应急响应平台的研发中,注重多部门数据融合,不仅整合了相关部门物联网降水、积水监测站点数据,还接入了几百个城市公共高清摄像头,并大力构建“大数据挖掘+智能识别”的内涝智能监测新模式,研发了基于城市公共摄像头的积水深度智能识别技术,通过对几万张积水图片进行深度学习,实现了对视频中积水深度的智能识别能力,可以实时给出当前位置的积水风险等级。这项技术充分利用城市已有公共资源挖掘积水监测信息,不再需要建设积水监测站,大大节约了监测成本,并实现对城市积水情况的实时精细监控,为除涝排水、交通疏导等提供了决策依据,同时也为开展基于位置的内涝风险预警奠定了基础。

基于此,市气象台牵头组织研发了基于高分辨率内涝仿真模型和积水点致灾临界雨量算法的点面结合的城市内涝风险预警新模式,建立了以雷达外推降水预报技术、城市公共摄像头积水智能识别技术、城市内涝仿真模拟技术为支撑的天津城市内涝精细化监测预报预警技术体系,实现了动态模拟未来逐小时网格化内涝预报信息,为进一步提升城市内涝预报预警的准确性提供了技术支撑。

基于影响的内涝预警助力提升防灾减灾决策能力

基于城市内涝对不同部门的影响,市气象台共整合了气象普查的190个易涝点、交管部门307处易涝点和排水部门的69个易涝下沉区域信息,在内涝预警与应急响应平台开发了针对水务、交通、政府等多部门的内涝决策辅助支撑系统,助力政府及相关部门加强城市内涝综合防控、实时调度、应急响应与联动处置能力,并在重点城区联合开展示范应用。

针对城市内涝对交通出行带来的影响,市气象台开发建立了基于内涝影响的交通决策辅助支撑子系统,提供天津城区降水及路网积水监测与预报预警信息,可作为交管部门的指挥辅助分析平台。杨晓君打开该子系统,并选择了一次历史降水过程,该系统便自动生成天津城区路网的降水和积水情况。不仅如此,系统会结合内涝风险等级为用户生成内涝交通导航路线。杨晓君说:“就如同出行导航一样,普通导航是根据道路拥堵情况为用户推荐最佳路线,我们的系统会同时结合积水情况为用户推荐最安全和最快速的路线,为城市内涝情况下交通出行发挥了‘气象导航’的有效作用。”

此外,市气象台还建立了基于内涝影响的排水决策辅助支撑子系统,提供天津城区社区、路网、管网、河网的降水和积水监测预报预警信息,以及天津下游渤海潮位预报信息,并将其作为水务部门的决策辅助分析平台,布设于天津市水务部门;建立了基于内涝影响的政府决策辅助分析子系统,提供天津城区降水、积水信息、承灾体信息、不同重现期下城市内涝风险区划信息,为城市内涝应急管理提供依据。目前该系统已布设在天津市政务中心的政务云上,对各部门开放,为部门联动提升城市内涝应对能力发挥积极作用。(张妍)

 

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