一种城市洪涝灾害监测预警系统及方法与流程

本发明涉及监测预警领域，尤其是涉及一种城市洪涝灾害监测预警系统及方法。

背景技术：

1、城市洪涝监测与预警需要同时刻画地表汇流、地下排水管网与二者之间的回流/溢流耦合关系，以反映水流的物理连通与势能驱动特性，现有工程通常采用单层格网或孤立的管网模型，且多源观测难以在统一拓扑上有效融合，导致对传播通路、节点驱动势能及观测不确定性的联合判断能力不足，基于三层有向液压拓扑将多源数据映射为节点与有向边，可使水深、入流、管网饱和度与观测置信度在同一框架内表达并用于后续风险判别与调度。

2、然而，在现有技术中，仍然存在两点问题，其一，多数现行预警依赖绝对阈值或单一观测指标，难以在非线性跃迁发生前提供可靠先兆，当系统出现恢复率减缓或方差上升等短时动态征兆时，常被忽视，其二，在观测资源受限时，现有调度多按风险大小或静态覆盖优先，而未同时将传播能力与信息不确定度耦合排序，导致观测与干预资源浪费或错配。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种城市洪涝灾害监测预警系统及方法，旨在mdhg节点上采用短滑动窗口估算水深恢复率、自回归趋势与方差变化并构建lcsd节点临界征兆指数，实现在超阈值前识别临界恶化的先兆告警，以节点液压势能与传输阻抗计算传播潜能，并与观测/模型/群众上报不确定度耦合为puc值，用以排序优先观测与干预对象，从而在在线时延内更新概率与因果归因，最终驱动最小干预路径的整数规划与边缘闭环执行。

2、为此，本技术提供一种城市洪涝灾害监测预警系统及方法，包括如下步骤：

3、步骤s100、采用三层定向液压图谱配置城市洪涝水力拓扑结构，配置节点以承载城市洪涝关键水力状态，配置有向边以表达水流方向与通量能力，设定空间邻近关系映射多源观测数据至节点，设定节点状态量的统一表达与取值范围。

4、步骤s200、获取节点水深时间序列，并配置短滑动窗口执行恢复率估算，配置节点波动与脆弱性指标，配置节点临界征兆指数，设定测量置信度约束节点临界征兆指数的计算条件，并执行节点临界状态校验，基于节点临界状态执行联动控制与状态标记。

5、步骤s300、采用节点液压势能作为传播驱动量的计算方法，采用液压势能差与传输阻抗计算节点传播潜能，配置与计算节点不确定度度量以反映观测与模型可信度，配置耦合排序值puc，配置与资源受限下的选择规则。

6、步骤s400、设定观测资源集合，并定义观测资源属性，配置信息不确定度总量以量化观测价值基数，采用边际信息增益衡量单次观测的价值，采用效益成本比对观测任务进行优先级排序，执行贪心指派，并在线更新观测计划。

7、步骤s500、配置反事实图神经预测器cgnp，生成反事实场景集，并标注节点淹没与路径归因，设定预测输出，设定训练损失，并监督节点预测、路径归因与置信校准，定义边与路径贡献度的可解释归因计算，定义在线条件化更新与与voitask的联动规则。

8、步骤s600、配置干预候选集合，配置干预候选集合，采用cgnp估算干预的边际效益，设定最小干预路径整数规划表达，设定干预组合影响的交互性修正，设定边缘闭环下发与本地回退执行机制。

9、在一些具体实施方式中，所述步骤s100，具体包括：

10、步骤s100.1、采用三层定向液压图谱配置城市洪涝水力拓扑结构，配置节点以承载城市洪涝关键水力状态，配置有向边以表达水流方向与通量能力。

11、步骤s100.2、设定空间邻近关系映射多源观测数据至节点，设定节点状态量的统一表达与取值范围。

12、设定所述节点的水深以米为单位进行表达，入流速率以立方米每秒为单位进行表达，排水管网饱和度采用0至1之间的连续数值进行表达，测量置信度采用0至1之间的连续数值进行表达，其中数值越大表示对应状态量或观测结果的可信程度越高。

13、基于节点中存储的测量置信度对后续洪涝分析与预警决策进行约束，当某一节点的测量置信度小于等于0.6时，降低该节点在洪涝风险判定中的权重。

14、当测量置信度小于等于0.3且持续时间超过10分钟时，将该节点标记为低可信节点，并以避免不可靠观测对整体洪涝预警结果产生误导。

15、在一些具体实施方式中，所述步骤s200，具体包括：

16、步骤s200.1、获取节点水深时间序列，并配置短滑动窗口执行恢复率估算，配置节点波动与脆弱性指标，配置节点临界征兆指数。

17、步骤s200.2、设定测量置信度约束节点临界征兆指数的计算条件，并执行节点临界状态校验，基于节点临界状态执行联动控制与状态标记。

18、在一些具体实施方式中，所述步骤s300，具体包括：

19、步骤s300.1、采用节点液压势能作为传播驱动量的计算方法，采用液压势能差与传输阻抗计算节点传播潜能。

20、步骤s300.2、配置与计算节点不确定度度量以反映观测与模型可信度，配置耦合排序值puc，配置与资源受限下的选择规则。

21、在一些具体实施方式中，所述步骤s400，具体包括：

22、步骤s400.1、设定观测资源集合，并定义观测资源属性，配置信息不确定度总量以量化观测价值基数，采用边际信息增益衡量单次观测的价值。

23、步骤s400.2、采用效益成本比对观测任务进行优先级排序，执行贪心指派，并在线更新观测计划。

24、在一些具体实施方式中，所述步骤s500，具体包括：

25、步骤s500.1、配置反事实图神经预测器，生成反事实场景集，并标注节点淹没与路径归因，设定预测输出，设定训练损失，并监督节点预测、路径归因与置信校准。

26、步骤s500.2、定义边与路径贡献度的可解释归因计算，定义在线条件化更新与与voitask的联动规则。

27、在一些具体实施方式中，所述步骤s600，具体包括：

28、步骤s600.1、配置干预候选集合，配置干预候选集合，采用cgnp估算干预的边际效益，设定最小干预路径整数规划表达。

29、步骤s600.2、设定干预组合影响的交互性修正，设定边缘闭环下发与本地回退执行机制。

30、若多个干预存在显著交互效应，则将联合边际效益记作，并将优化目标扩展为包含交互修正项的二次或混合整数规划以避免重复估值。

31、将经优化选择的干预集合通过边缘执行单元下发：边缘执行单元包括泵站scada控制模块、阀门远程控制单元、应急车辆指挥终端与现场应急队对于每一被选中干预，执行前需进行本地安全性校验，并记录：

32、若=可回退，则在执行命令中包含回退条件与回退指令，若=不可回退，则需额外触发人工确认或自动阈值校验。

33、一种城市洪涝灾害监测预警系统，包括如下模块：

34、三层液压模块，用于采用三层定向液压图谱配置城市洪涝水力拓扑结构，配置节点以承载城市洪涝关键水力状态，配置有向边以表达水流方向与通量能力，设定空间邻近关系映射多源观测数据至节点，设定节点状态量的统一表达与取值范围。

35、节点征兆模块，用于获取节点水深时间序列，并配置短滑动窗口执行恢复率估算，配置节点波动与脆弱性指标，配置节点临界征兆指数，设定测量置信度约束节点临界征兆指数的计算条件，并执行节点临界状态校验，基于节点临界状态执行联动控制与状态标记。

36、传播潜能耦合模块，用于采用节点液压势能作为传播驱动量的计算方法，采用液压势能差与传输阻抗计算节点传播潜能，配置与计算节点不确定度度量以反映观测与模型可信度，配置耦合排序值puc，配置与资源受限下的选择规则。

37、信息价值调度模块，用于设定观测资源集合，并定义观测资源属性，配置信息不确定度总量以量化观测价值基数，采用边际信息增益衡量单次观测的价值，采用效益成本比对观测任务进行优先级排序，执行贪心指派，并在线更新观测计划。

38、因果归因模块，用于配置反事实图神经预测器cgnp，生成反事实场景集，并标注节点淹没与路径归因，设定预测输出，设定训练损失，并监督节点预测、路径归因与置信校准，定义边与路径贡献度的可解释归因计算，定义在线条件化更新与与voitask的联动规则。

39、最小干预模块，用于配置干预候选集合，配置干预候选集合，采用cgnp估算干预的边际效益，设定最小干预路径整数规划表达，设定干预组合影响的交互性修正，设定边缘闭环下发与本地回退执行机制。

40、综上所述，本技术提供的一种城市洪涝灾害监测预警系统及方法，通过三层定向液压图谱将多源观测一致化到节点/边表征，并以短滑动窗口的恢复率与方差上升等指标构建节点临界征兆，可在传统绝对阈值触发前识别非线性临界演化，最后以mip求解最小干预集合并下发至边缘执行单元并做后验验证，从而在受限资源下实现更低的误警率、更高的响应针对性与可量化的风险降低效果。