根据《关于进一步改进和规范科技成果登记工作的通知》(鲁科奖办字[2018]4号)要求，现对《基于物联网与GIS技术的区域雨洪资源控制运用研究——以日照水库流域为例》成果的具体情况进行公示，详见附件。

公示期限：2019年11月25日—2019年11月29日

接访部门：教务与科研处

接访时间：公示期内     上午08：30—12：00

下午14：30—18：00                                      

若有异议，请以书面形式向教务与科研处反映（不受理口头、电话或匿名信形式反映的意见）。

                                  山东水利职业学院

                                   2019年11月25日

1、成果名称：基于物联网与GIS技术的区域雨洪资源控制运用研究——以日照水库流域为例

2、成果完成单位：山东水利职业学院

3、完成人：贾乃波、崔振才、崔维群、高晓黎、肖汉、尹相利、赵德远、杜守建、何晓科、颜勇、李玉芝、乔鹏、王娟

4、成果简介

一、项目来源与背景

1. 项目来源

“基于物联网与GIS 技术的区域雨洪资源控制运用研究——以日照水库流域为例”项目为山东省水利厅和山东省财政厅批准立项的2013年省级水利科研与技术推广项目。该项目属应用技术研究范畴，总体目标是研制出基于物联网的水库流域水利信息全面感知和智能分析成套技术，利用物联网技术，对水库全流域水利信息进行全面感知，实现水库流域所有雨量站、水库水位、下游河道水位、水库坝体渗压、闸门开度等全要素信息的自动采集、传输、存储与集中管理，并利用GIS和大数据分析模型，实现了各类数据的智能分析，全面掌控水库流域的各类信息。

2. 研究背景

我国是严重缺水的国家，也是洪涝灾害频发的国家。如何利用汛期多余的洪水，把水多和水少、水量和水质的问题统筹起来考虑，实现水资源的合理配置，改过去的视洪水为猛兽向人与洪水和谐共处转变，从过去单一的控制洪水向全面管理洪水转变，实行控制洪水与利用洪水相结合，治水与塑造洪水相结合，实现洪水资源化管理，就成为新时期水利工作者需要研究并解决的重要课题之一。

二、技术原理及性能指标

1. 技术原理

本项目主要通过对日照水库流域历史暴雨洪水规律分析研究、不同设计标准条件下日照水库流域产汇流规律分析研究，建立日照水库流域产流模型和汇流模型。在此基础上将物联网技术、GIS技术等有机集成并应用于日照水库的雨洪资源控制与管理，编制水库兴利调度和防洪调度图，自动生成三维水库蓄水变化体和三维模拟水库供水过程，对雨洪灾情进行虚拟重建和预测预报，建立具有三维场景描述的、可实时交互的、能进行空间分析和查询的水库运行调度管理平台。在对历史数据的分析、研究和建模基础上，根据水库对不同暴雨洪水控制运用的调度出流过程，采用马斯京根河道洪水演算模型，对不同断面洪水过程进行预测。利用物联网前端传感器传回来的各种信息，通过物联网和GIS平台对不同断面洪水水位进行识别以及实时定位、追踪、控制和可视化管理,并采用GIS平台对洪水过程进行三维模拟和虚拟重建。通过物联网，远程对降雨量，河道流量，水库闸坝水位，水利工情等进行实时监测，结合GIS技术和WEB服务器平台，实现对流域实时雨情、水情的可视化监测、发布及预测、预警和预报，为管理者进行快速、科学、合理决策提供直观的可视化平台，使洪水资源效益最大化，变害为利，达到人与洪水的和谐相处。

2. 主要性能指标

数据检测传输准确率≥99.99%，反应时间≤1秒；平均无故障时间MTBF≥40000小时；检测设备供电：DC 12V±20%，功耗：工作≤50mA，休眠≤100µA；串行接口(DB9)：RS-232或RS-485；以太网接口：10/100BaseT/RJ45；工作温度：-25℃～＋60℃。

三、技术的创造性与先进性

项目的创新点主要包括：实现了日照水库流域不同雨型经验单位线与瞬时单位线的参数优选；建立了汛限水位动态控制的预泄能力约束模型；实现了不同设计标准出库洪水的预报、定位、追踪、控制和可视化管理；实现了物联网与GIS技术在雨洪资源控制运用中的集成与应用。

项目的先进性主要如下：项目采用的研究方法先进，具有广泛的推广应用前景，经济、社会和环境效益显著；成果具有创新性，居国际先进水平。

四、技术的成熟度、适用范围和安全性

项目使用的相关技术，如物联网技术、GIS技术、自动检测及数据传输技术等都是非常成熟的先进技术。项目以新安江模型和马斯京根模型为基础，根据对日照水库流域的水文水资源基础数据的分析和计算，得出了日照水库流域的蒸发量计算模型、产流计算模型、水源划分模型和汇流计算模型及相应的参数，并对模型参数进行了率定，得到了日照水库流域的产汇流模型。模拟验证表明，使用该产汇流模型得出的模拟预报库水位和库容与实测库水位和库容吻合度高，最大误差不超过5%，完全满足实用需要。

项目采用二维水动力学模型模拟日照水库下游的洪水演进过程，演算河段的上断面为日照水库出库口，下游为入海口潮水位。在GIS中应用该模型得到的模拟洪水演进效果与历史记录的实际情况基本相符，达到了实用程度。

对大坝渗压采用渗压计进行自动检测。渗压计检测的数据误差来源比较复杂，利用建立的一元线性回归模型对水库水位与渗压计检测结果进行分析，并利用数据模型中的回归区间预测，为以后的日常的坝体渗压观测提供参考范围。项目模型的应用，不仅可以有效地避免误差引起的观测数据不准确，提高了观测精度及效率，而且为以后通过观测数据来定量分析和预测大坝变形规律和发展趋势、适时监控大坝的运行状态提供了有效的保障。

为适应不同流域的实际条件和需要，项目中用到了目前大部分主流的通信技术及组网方式。通过将各种异构技术和异构网络有机地集成在一起，组成高可靠性的、满足系统需求的数据传输网络。通过实际运行，数据传输的稳定性、可靠性和带宽及速率完全满足要求。

项目基于物联网和GIS技术，构建的集水库运行调度、水库流域雨情、水情可视化管理、水库出库洪水演进与可视化管理等子系统于一体的雨洪资源控制运用及洪水预报调度系统，可适用于山东省及周边地区大部分水库流域的雨洪资源控制。

五、应用情况及存在问题

通过本项目研究建立的日照水库流域雨洪资源控制运用系统，被应用于日照水库，不但实现了日照水库流域雨洪资源的有效控制和利用，还实现了日照水库流域所有水文站点的雨量、水库水位等信息从数据的自动采集、传输、存储到数据的集中管理、自动统计、查询及数据可视化分析、统计、显示、报表等，不但极大地节约了人力、物力和资金，提高了工作效率，更为重要的是有效地提高了水库的信息化管理和调度水平，创新了水库信息化管理系统的实现方法和管理模式，为最大限度地拦截和利用雨洪资源提供了基础，取得了良好的经济、社会及生态效益。

通过应用，发现目前存在的主要问题有：

1. 系统自动生成最优调度方案功能有待进一步开发和完善。如何根据来水量的变化，依据人工调度经验，利用专家系统自动生成最佳调度方案，在确保安全的前提下，最大限度地保护和利用雨洪资源功能有待进一步开发和完善。

(2)系统报警功能有待进一步开发。系统某些参数异常（如水位超限）等报警功能有待进一步开发。