(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210920028.1 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 国网河南省电力公司超高压公司 地址 450000 河南省郑州市中原区淮河路 40号 (72)发明人 扶光光　董武亮　池锐敏　王世旭　 焦澎　田蕊　尹秀刚　丁吾鹏　 张俊鹏　岳雷刚　张勋　崔琰　 时延英　王多娇　高彦军　张利　 李慧娜　孙步阳　张帅领　张妍妍　 郝苏凡　蒋硕颜　王胜磊　 (74)专利代理 机构 郑州图钉专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 41164 专利代理师 石路(51)Int.Cl. G08B 21/10(2006.01) H04N 7/18(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 变电站内涝灾害监测预警系统 (57)摘要 本发明涉及变电站内涝灾害监测预警系统， 所述的系统包括以下步骤： 步骤S1： 采用三维激 光扫描技术获取变电站内高精度、 高分辨率的地 表高程网格数据； 步骤S2： 结合变电站区域不同 频率降水数据， 构建变电站水位 ‑库容曲线； 步骤 S3： 结合站内的排水能力， 构建变电站内涝算法 模型； 步骤S4： 根据雨量实时观测数据可以实时 计算出变电站内不同区域产生的内涝积水深度； 步骤S5： 根据雨量实时观测数据可以实时计算出 变电站内不同区域的预计排水时间； 步骤S6： 结 合BIM建模和三维仿真建模， 进行动态展 示， 达到 预警效果； 本发明具有内涝及时预警、 防涝动态 预警、 提升排水防涝工作管理水平的优点。 权利要求书4页 说明书9页 附图6页 CN 115394051 A 2022.11.25 CN 115394051 A 1.变电站内涝灾害监测预警系统， 它 包括预警监测系统， 其特征在于： 所述的系统包括 以下步骤： 步骤S1： 采用三维激光扫描技 术获取变电站内 高精度、 高分辨 率的地表高程网格数据； 步骤S2： 结合变电站区域 不同频率降水 数据， 构建变电站水位 ‑库容曲线； 步骤S3： 结合站内的排水能力， 构建变电站内涝算法模型； 步骤S4： 根据雨量实时观测数据可以实时计算出变电站内不同区域产生的内涝积水深 度； 步骤S5： 根据雨 量实时观测数据可以实时计算出变电站内不同区域的预计排水时间； 步骤S6： 结合BIM建模和三维仿真 建模， 进行动态展示， 达 到预警效果。 2.如权利要求1所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的预警监测系 统包括监测终端、 微气象服务器以及与微气象服务器 建立通讯连接的监控中心、 云平台、 短 信平台和移动端平台。 3.如权利要求2所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的监测终端包 括一体化雨量监测站、 积水监测终端、 雷达水位计、 水浸传感器、 电子水尺、 管网监测设备、 电磁流量计、 智能排水监控终端和摄像头； 所述的积水监测终端实现变电站低 洼地积水监 测预警； 所述的雷达水位计、 水浸传感器、 电子水尺配合工作实现降水水位监测预警； 所述 的摄像头实现对变电站的视频监控。 4.如权利要求3所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的一体化雨量 监测站包括超声波六要素传感器， 所述的超声波六要素传感器实时监测气象数据， 为一体 化雨量监测站提供数据基础； 所述的管网监测设备包括智慧井盖和智能监测终端， 所述的 管网监测设备和电磁流量计实现排水管网在线监测； 所述的智能排水监控终端包括排水泵 组侧控终端， 通过排水泵组侧控终端实现排水泵自动控制。 5.如权利要求3所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的积水监测终 端在高精度数字高程模 型DEM数据基础上， 运用GIS和水文 学方法， 通过水流方向计算、 洼地 点位数据提取、 洼地贡献区提取、 洼地深度计算和精度评价方法确定最终的变电站低 洼地 易积水区分布范围， 在易积水区分布数据的基础上， 还可以结合降雨数据和管网数据， 模拟 计算实测暴 雨条件下的积水深度， 实现变电站低洼地积水监测预警。 6.如权利要求1所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的步骤S1中采 用三维激光扫描技术获取变电站内高精度、 高分辨率的地表高程网格数据， 具体包括以下 步骤： S1.1： 点云数据获取： 使用高精度大空间三维激光扫描仪， 基于长距离三维激光测量系 统同步采集高精度的点云以及高分辨率影像数据， 与地理信息技术结合， 对变电站内部和 外部结构进行扫描， 获取初始点云数据， 由于变电站内部结构复杂以及各建筑物体 自遮挡 问题导致不可能在一个测站获取整体信息， 为获取变电站整体空间信息， 需要多角度架设 仪器站点进行扫描， 并且在扫描区使用标靶纸或者标靶球作为标靶， 数量最少为3， 标靶用 于测站扫描坐标系变至测量 坐标系的坐标系转换； S1.2： 全景照片拍摄及制作： 通过仪器内置相机得到全景HDR影像， 并通过PTGui工具完 成全景照片的拼接 工作， 形成测站的全景照片； S1.3： 点云数据处理， 具体为： S1.31： 点云数据去噪和平滑处理： 将采集到 的原始三维权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115394051 A 2点云坐标数据和地理位置信息数据进行去 噪和平滑处理， 去除不合理的噪音点， 剔除扫描 过程中的行人、 杂物 等认为噪音 数据， 获取干净清晰的整体扫描点云拼接数据； S1.32： 点云 数据拼接： 将无标靶点云拼接， 完成相互有关联的测站区域的拼接工作， 完成所有相 邻站间 的拼接工作后， 得到完整的三维点云数据； S1.33： 坐标系统转换： 将拼接后的点云数据坐标 系转换为测量 坐标系； S1.4： 点云数据导入并进行BIM建模： 将完整数据导入点云拓扑模型中， 将点云数据和 全景照片相互匹配； S1.5： 根据点云拓扑模型中导入的点云数据， 对比实际点云数据， 对变电站进行3D仿真 建模,得到1： 1的高精度的内部 设备模型和外部结构还原模 型， 使其以三 维立体图形的形式 展现出来， 达 到预警效果。 7.如权利要求1所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的步骤S2中结 合变电站区域不同频率降水数据， 构建变电站水位 ‑库容曲线具体为： 采用GPS全球定位系 统组合水下超声波测探系统并结合变电站区域不同频率 降水数据， 对变电站进行全面测 量， 得到变电站区域内均匀分布的所有地形坐标， 由SU FER中的改进 谢别法对数据点进 行网 格划分， 利用辛普森3/8规则计算变电站各水位下的库容， 得到变电站水位 ‑库容关系曲线， 然后选取指数函数V＝a ×e(‑Z/b)+c数学函数模型作为拟合， 其中V为库容， Z为水位， a、 b、 c 为常数， 利用or igin非线性曲线拟合工具对 水位库容曲线进 行拟合， 得到曲线函数， 为使亏 你个关系曲线尽可能客观反 映变电站真正的库容水位关系， 最大限度的减少偏差， 在拟合 曲线的基础上， 选取正弦函数ΔV＝a+b ×sin(pi×(Z‑c)/d)， 其中ΔV为库容拟合偏差， Z为 水位， a、 b、 c、 d为常数， 对存在的偏 差进行二次拟合， 得到拟合修正函数， 将一次拟合函数与 二次修正函数叠加， 得到变电站经修 正的拟合 函数， 即得到最终变电站水位 ‑库容曲线。 8.如权利要求1所述的变电站内涝灾害监测预警系统， 其特征在于： 所述的步骤S3 中结 合站内的排水能力， 构建变电站内涝算法模型是采用基于InfoWorks  ICM模型建立一维耦 合水动力学模 型、 二维耦合水动力学模 型， 对变电站 排水系统 能力进行分析， 并通过Mike模 型建立内涝模型， 对变电站 内涝风险进行评估， 以实现对排水系统能力的评估， 具体为： 1) 采用年最大值法推算出暴雨强度公式： 其中q为暴雨强度， 单位mm/min； P为 设计重现期/年； t为降雨历时， 单位min， n、 A、 b、 C为地区参数， 与地区气候条件有关； 2)搭建 一维管网模型， 根据设定不同下垫面的不透水率计算变电站各集水区的径流系数， 通过总 降雨量减去下渗水量和径流过程的初损量得到各集水区的净雨量， 模拟地表降雨径流， 通 过现阶段变电站管道、 检查井、 调蓄设施、 排水泵组侧控终端站的地理坐标、 地面及管网高 程构建模型网络数据库， 设置最大入流量参数来控制雨水检查井的受水能力， 在加载地表 产汇流计算结果， 模拟水流在管网中的运行状态， 由设计暴雨构建降雨数据库， 借助相关工 具分析得到地面高程模型数据库， 形成管网水力模型的基本数据； 3)二维地表模型的地面 高程数据取自测绘图， 并经过实际测量对高程的误差进 行修正， 以地面高程模型为基础， 综 合考虑变电站内道路、 建筑物对水流的引导和阻挡、 各地面的蒸发量以及地面上不同类型 地块的糙率对变电站内涝的影响， 得到二 维地表漫流模型； 4)搭建变电站内涝模 型， 通过耦 合模型将雨水管网模型和地表漫流模型进 行耦合模拟 计算， 将检查井作为耦合点与二维的 地面计算网格进行耦合计算， 得到变电站在一定降雨条件下， 管道的溢流和汇流的变化过权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115394051 A 3