高山峡谷暴雨洪灾北斗预警与孪生应用关键技术及应用
获奖名称: 高山峡谷暴雨洪灾北斗预警与孪生应用关键技术及应用
获奖等级: 一等奖
获奖类别: 卫星导航定位科技进步奖
授奖单位: 中国卫星导航定位协会
完成单位: 华中科技大学；珠江水利委员会珠江水利科学研究院； ；中国地质大学（武汉）
获奖年度: 2023
获奖人员: 刘懿；郭俊；宋利祥；毕胜；李清清；陈刚；程卓；王勇；唐颖哲；欧阳桂崇；秦晖；蒋志强；黎育红；朱双；张炜
成果简介:高山峡谷区气象变化剧烈，极端暴雨灾害频发，且受地形起伏大、山势陡峭等影响，暴雨洪水水流速度快、冲击力强，高山峡谷暴雨洪水灾害监测及预测预警极具挑战性，一直是亟待解决的国际难题，主要包括：1）高山峡谷区地势复杂，对卫星定位信号遮挡干扰明显，准确定位暴雨洪灾地理位置十分困难；2）高山峡谷的强迫作用使得暴雨洪水的气象、水文、水动力演化规律发生显著变化，已有预测预警技术无法适应高山峡谷区特殊的气象水情特征；3）高山峡谷区暴雨洪灾推演涉及陆地/水下地形、植被、土壤、河道、水利工程等多源海量信息，高效处理和实时虚实交互推演难度大。 针对以上技术难题，在国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等10余项科研项目的支持下，经过近10年的攻关，创新性提出“北斗定位技术与装备研制-暴雨洪水气象水文水动力耦合预警-洪灾数字孪生推演与应急救援”的技术思路，形成了多项国内外首创技术成果： （1）发明了高山峡谷区暴雨洪灾北斗定位监测技术与装备。设计了基于创新型空气微带混合介质方案与超宽带移相网络技术的新型RTK天线，发明了高山峡谷区宏观覆盖、低成本的水情分布式实时监测技术装备；开发了基于卫星遥感技术与地面监测技术有机协同的地灾隐患点实时监测系统，突破了对地质灾害与堰塞湖监测预警的技术壁垒；构建了水淹范围与典型地面特征像素级分割知识模型，提出了基于超现实迭代合并的水体漂浮物检测技术，建立了无人载具勘测系统，为后续研究工作提供了统一的数据源。 （2）构建了气象观测数据同化技术的算法模型库，攻克了高山峡谷复杂地形的降水预报问题；提出了水文径流高精度预报及多目标优化率定方法，显著提高了模型的预报精度和预报性能；建立了一套高效、稳定、可靠的暴雨洪水数学模型，攻克了现有数值计算方法在高山峡谷区发散、震荡、计算低的技术难题；提出了洪灾风险综合分析与智能评价方法，突破了高山峡谷区洪灾危险等级、易损等级和风险等级精确量化的技术瓶颈。 （3）研发了高山峡谷暴雨洪灾预测预警及应急救援数字孪生系统。创新性地提出了灾变知识图谱关联分析方法，突破了复合探测与精准预警、动态仿真与情景推演、协同决策与指挥调度等核心技术，构建了面向防灾“四预”的虚实孪生数字化场景，研发了部署灵活的北斗GNSS定位标签节点，衍生出了一系列低成本穿戴定位产品，建立了应急避险情景下全要素感知研判调度体系，实现了虚实孪生情境下的历史暴雨洪水复盘分析、典型洪水推演计算、洪灾预警预报与预案动态制定。
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