- 【2023-08-11】專利抗災，聞“汛”而動！
自主研發(fā)的水雨情遙測系統(tǒng)讓河湖“長眼睛”“會說話”；城市洪澇監(jiān)測預報預警平臺，可為公眾提供未來積水路況；黃河精準防汛的科技“神器”——數(shù)字孿生黃河，實現(xiàn)流域物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同步反饋......
近期，隨著臺風“杜蘇芮”殘余環(huán)流一路北上，華北、黃淮一帶的降雨量增強。高強度的降雨易引發(fā)洪水災害，近年來，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等防汛手段不斷升級，助力防汛從“人防”向“技防”的轉變。
智能預警高效監(jiān)測汛情
“今年汛期降雨，有過去幾年的共性特征——氣候的變化引起的極端性和異常性降雨增多。這種情況下，常規(guī)的氣象預報就很難準確預測。”應急管理部減災中心研究員聶娟介紹，今年重慶萬州出現(xiàn)的特大暴雨以及去年甘肅酒泉沙漠地帶突發(fā)80毫米暴雨，都讓防汛工作猝不及防。尤其是干旱地區(qū)的極端降雨，讓大家以為能緩解旱災，但實際上，突發(fā)的極端降雨更有可能導致由旱轉澇的災害風險。
聶娟表示，由于今年全國各地高溫環(huán)境，容易導致土壤干燥和土壤疏松，一旦出現(xiàn)極端降水，由旱轉澇發(fā)生山體滑坡、泥石流、坍塌等次生洪澇災害可能性較大。傳統(tǒng)的防汛方法已經(jīng)不能滿足防汛面臨的新挑戰(zhàn)，這就要求防汛檢測裝備必須更加實時、精準、高效。
7月，黃河流域正式進入主汛期。黃河精準防汛“神器”——數(shù)字孿生黃河，通過數(shù)字孿生技術，再造虛擬黃河，實現(xiàn)流域實際狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的數(shù)據(jù)同步反饋。該系統(tǒng)由黃河水利科學研究院自主研發(fā)，通過數(shù)字孿生平臺，實現(xiàn)流域天空地水信息和物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)的融合展示，呈現(xiàn)氣象降雨預報、水位、流量、洪水演進流場及淹沒水深等實時查詢動圖。
對于城市洪澇災害，如何讓廣大群眾及時了解汛情，合理規(guī)劃出行路線？珠江水利科學研究院自主研發(fā)的高密度城市洪澇監(jiān)測預報預警技術，有效幫助城市防御洪澇災害。利用“實時響應、精準定位、風險分級”預警技術構建的一體化的城市洪澇監(jiān)測預報預警平臺，可實現(xiàn)實時監(jiān)測—集合預報—智能預警，為公眾提供當前及未來積水路況、道路水浸及擁堵風險、合理的路線規(guī)劃及避險指引，在有效避免水浸災害損失的同時大大緩解了交通出行壓力。
防汛于未然，水情預警技術發(fā)揮了重要作用。北京知匯林知識產(chǎn)權代理事務所代理人孫海波介紹，通過對防汛減災領域的專利檢索分析，截至目前，我國在防汛減災專利中涉及預警技術的專利申請較多，其中包括預警系統(tǒng)、遙感衛(wèi)星技術等專利。
高校、科研院所成為防汛減災技術創(chuàng)新成果的策源地。目前，防汛減災專利申請數(shù)量排名靠前的申請人分別為國家電網(wǎng)有限公司、水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院、華北水利水電大學、河海大學、德尼爾科環(huán)境技術（蘇州）有限公司、中國水利水電科學研究院等。
水文智能監(jiān)測技術，可提升洪水預報值精度。如國家電網(wǎng)公司提交的專利申請“一種水位測控系統(tǒng)及其測試方法”，采用多個超聲波傳感器與光電編碼器比較測量，提高了水位測量精度。高校方面，華北水利水電大學提交的發(fā)明專利申請“一種水利工程用智能防洪設備”，利用水位傳感器和壓力傳感器實時感測河道內部水位高度以及對設備產(chǎn)生的壓力，實現(xiàn)了河道內水位高度的智能化管理。今年6月，河海大學提交的專利申請“一種水文多模型時變權重組合預報方法”，建立了多個水文模型時變權重求解方法，實現(xiàn)對目標流域洪水流量的預報，提高洪水預報值的精度，為防洪決策提供依據(jù)。
災后評估助力科學決策
每到汛期，聶娟與團隊參加重大自然災害核查時，總會用到高分遙感衛(wèi)星技術，對受災地區(qū)地面景象進行遠距離無接觸式信息采集。“衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，相對地面實際情況存在一定時間差。同時，在地形和植被種類相對復雜的地區(qū)，衛(wèi)星遙感技術也會受到一定限制。在山區(qū)，利用遙感衛(wèi)星很有可能拍不到被淹沒地區(qū)。”聶娟表示，針對該情況，他們自主研發(fā)了洪澇模型等，利用局部的遙感影像去修正模型，得出更加精準的受災數(shù)據(jù)。
“洪澇災害風險評估模型”是聶娟與團隊的研究成果，目前已提交了發(fā)明專利申請。“通過把洪澇災害的風險做成分線，分成高中低三個級別，如此一來被評估出的高風險地區(qū)，就能及時引起地方高度重視。”聶娟介紹。
去年，甘肅酒泉沙漠地帶發(fā)生強降雨，團隊提前做出降水預報，并發(fā)現(xiàn)降雨具有極端性。團隊利用遙感衛(wèi)星與洪澇基底模型的結合，事先做了降雨預測，提前幫助當?shù)氐拇迕褶D移，最終并未造成人員傷亡。
“汛期不僅需要做好事先、事中的及時天氣、水位預警，災后評估同樣是防汛減災中的重要一環(huán)，及時評估受災后的資產(chǎn)價值損失，確定恢復和重建的資金需求，可為政府和社會提供參考信息。”聶娟表示。
災后經(jīng)濟損失如何判定？去年，聶娟所在團隊利用洪澇災害范圍的模擬模型對福建洪澇災害進行評估。“團隊首先對三明市和南平市進行受災評估，模擬受災范圍，再用遙感衛(wèi)星對數(shù)據(jù)信息加以修正，結合道路、房屋、農作物等分布情況及其經(jīng)濟價值，得到具體經(jīng)濟損失，以此方法延伸到福建其他市（區(qū)），最終評估出全省直接經(jīng)濟損失，幫助當?shù)貫暮笾亟ā?/div>
遙感衛(wèi)星與洪澇基底模型的結合，讓數(shù)據(jù)結果更加精準。“我們每天收看的天氣預報播報的中小河流風險預警，背后都是由這些自主研發(fā)的系統(tǒng)所支撐。”聶娟說。
孫海波介紹，通過對災后評估專利檢索分析，近10年，我國在防汛減災專利中涉及災后評估技術的專利申請800余件，主要包括災后評估、大模型、監(jiān)測等細分技術領域。一件件科學智能化的創(chuàng)新成果，逐步筑牢防汛的堤壩。（劉娜）
文章來源：中國知識產(chǎn)權網(wǎng)
