一种基于知识图谱的洪涝事件预演方法与流程

本发明属于城市洪涝灾害预警与应急管理，尤其涉及一种基于知识图谱的洪涝事件预演方法。

背景技术：

1、传统单一维度的洪水模拟方法暴露出系统性缺陷，难以有效捕捉内涝演进过程中复杂的水-电耦合效应。现有技术在模拟强降雨引发的级联灾害链时存在多重局限：

2、水务设施与电力设施的物理依赖关系被人为割裂，排涝泵站等关键防汛设施的排水能力通常被简化为固定常量或仅依据积水深度线性调整，完全忽视了上游变电站因自身受涝导致供电中断所引发的泵站停摆风险。实际灾害案例反复验证，变电站进水或输电线路损毁是泵站失效的核心诱因，但现有模型缺乏将供电依赖路径整合至知识图谱框架内进行联合推演的机制，导致无法量化评估跨域停电对排水能力的连锁影响。

3、同时，积水传导计算过度依赖经验性汇水区划分或静态分配系数，未能基于知识图谱中的水力流通路径以及管道截面积、坡降梯度等物理参数构建水力传导权重体系，致使上游节点溢流时无法实现向下游分支的精准水量分配，内涝蔓延方向与严重程度的预测偏差显著增大。

4、针对上述问题，现有技术亟需改进。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种基于知识图谱的洪涝事件预演方法，旨在解决上述问题。

2、本发明是这样实现的，一种基于知识图谱的洪涝事件预演方法，包括以下步骤：

3、s1、获取城市水务设施与电力设施的空间分布，构建包含实体节点，以及连接所述实体节点的水力流通路径和供电依赖路径的知识图谱；

4、s2、实时采集各设施节点的降雨强度和积水体积数据，利用预设的极限基准参数对采集到的原始数据进行归一化处理，映射为无量纲的归一化值，并写入至所述知识图谱对应节点的动态属性库中；

5、s3、沿着所述水力流通路径，将节点自身的归一化降雨量，与上游节点溢流后依据水力传导权重分配的传导水量进行叠加，计算输出各个节点随时间演进的动态洪涝受压指数；

6、s4、沿着所述供电依赖路径，提取目标防汛设施自身及其供电电源节点的动态洪涝受压指数，通过权重系数评估停电风险，计算出所述目标防汛设施的当前服务能力指数；

7、s5、在时间轴的模拟推演中，持续监测所述目标防汛设施的服务能力指数，当该服务能力指数低于预设的安全阈值时，通过调控公式动态削减该设施的实际排水速率归一化值；并将削减后的排水速率归一化值代入下一时间步长的所述s3计算步骤中，触发积水无法排散而向周边蔓延的二次迭代计算，最终生成级联内涝演进图谱。

8、作为本发明进一步的方案，所述s1中对水力流通路径与供电依赖路径的具体构建方式为：

9、根据城市地表高程梯度分布与地下排水管网的空间连接关系进行构建，所述水力流通路径为有向边，其方向限定为流体受重力驱动由高程节点指向低程节点，或由出水管口指向受纳水体；

10、根据城市电网从变电站至排涝泵站配电柜的物理电缆走线网络进行构建，所述供电依赖路径为有向边，其方向限定为由电源端实体节点指向负荷端实体节点。

11、作为本发明进一步的方案，s2中数据归一化处理的具体方式为：

12、降雨强度归一化值等于实际降雨强度除以该节点所处地理网格的历史极值降雨强度；

13、存量积水体积归一化值等于实际存量积水体积除以该节点允许的最大安全蓄水容积。

14、作为本发明进一步的方案，所述s3中水力传导权重的具体计算公式为：

15、对于任一上游节点与其任一直接相连的下游节点，首先计算该两个节点之间排水管道的内部截面积乘以其坡降梯度的平方根，得到分子项；

16、然后计算该上游节点所连接的所有下游分支对应的特征值的累加和，得到分母项；所述特征值为截面积乘以其坡降梯度平方根；

17、将分子项除以分母项，所得比值即为该上游节点向该下游节点分配的水力传导权重；该权重的取值范围被限定在0到1之间，且上游节点分配给其所有下游分支的权重之和为1。

18、作为本发明进一步的方案，所述s3中动态洪涝受压指数的具体计算公式为：

19、当前时刻节点的动态洪涝受压指数等于该节点的降雨强度归一化值与存量积水体积归一化值之和，再加上所有上游节点溢流后传导来的水量；上游节点的传导水量等于该上游节点的水力传导权重乘以上游节点在上一时刻的动态洪涝受压指数减1的正部。

20、作为本发明进一步的方案，所述s4中计算服务能力指数的代数方程具体为：

21、目标防汛设施的服务能力指数等于1减去静态参数；其中抗涝韧性系数与依赖惩罚系数之和为1；所述静态参数为设施自身的抗涝韧性系数乘以该设施自身动态洪涝受压指数与1的较小值，再加上依赖惩罚系数乘以所有供电变电站节点动态洪涝受压指数与1的较小值中的最大值。

22、作为本发明进一步的方案，所述s5中动态削减实际排水速率归一化值的调控公式具体为分段函数：

23、当服务能力指数大于或等于预设安全阈值时，排水速率归一化值保持为1；

24、当服务能力指数低于安全阈值时，排水速率归一化值等于指数比值的非线性衰减指数次方；指数比值为服务能力指数除以安全阈值；

25、该非线性衰减指数取值范围为1.5至2，模拟因断电导致泵站排水能力骤降的级联致灾过程。

26、作为本发明进一步的方案，存量积水体积归一化值的迭代更新公式为：

27、下一时刻的存量积水体积归一化值等于当前时刻的存量积水体积归一化值加上动态积水值，再乘以时间步长；动态积水值为当前时刻降雨强度归一化值减去当前时刻经动态削减后的排水速率归一化值。

28、作为本发明进一步的方案，在构建基础设施关系图谱的步骤中，获取城市水务设施与电力设施的空间分布信息；获取方式包括通过人工录入城市规划部门提供的设施清单和地理坐标以及通过导入现有的地理信息系统数据文件。

29、作为本发明进一步的方案，基于空间分布数据构建一个包含实体节点以及连接实体节点的水力流通路径和供电依赖路径的知识图谱；在构建过程中，实体节点可以表示为设施的名称和位置，水力流通路径可以表示为排水管网的连接关系，供电依赖路径可以表示为电力线路的连接关系。

30、相比于现有技术，本发明的有益效果：

31、本发明通过构建包含水力流通路径与供电依赖路径的统一知识图谱，将城市水务设施与电力设施的空间分布及依赖关系深度融合，能够量化评估上游变电站受涝导致的供电中断对排涝泵站等关键防汛设施服务能力的连锁影响，填补了传统洪涝预演中水-电耦合机制缺失的技术空白。

32、本发明沿水力流通路径，利用排水管道的内部截面积与坡降梯度计算水力传导权重，实现了上游节点溢流水量向下游分支的物理比例分配，克服了传统方法依赖静态汇水区划分或经验系数的弊端，显著提高了内涝蔓延方向与积水程度的预测准确性。

33、本发明利用预设极值基准参数对实时采集的降雨强度与积水体积数据进行无量纲归一化，并建立服务能力指数与排水速率之间的动态削减反馈回路，能够根据设施实际运行状态自适应调整排水能力，驱动下一时间步长的二次迭代计算，使预演结果紧密贴合实时监测工况。

34、本发明通过在服务能力指数低于安全阈值时非线性削减排水速率归一化值，并触发积水无法排散而向周边蔓延的闭环迭代，真实再现了“供电中断、排水能力断崖式下降至淹没范围加速扩张”的级联致灾过程，最终生成直观的级联内涝演进图谱，为城市洪涝预警、应急调度与防灾规划提供了科学依据。