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出版者:Computational Mechanics

作者:Mascarenhas, F. C. B./ Toda, K./ Miguez, M. G./ Inoue, K.

出品人:

页数:436

译者:

出版时间:

价格:258

装帧:HRD

isbn号码:9781853127519

丛书系列:

图书标签:

• 洪水风险
• 水文模型
• 数值模拟
• 风险评估
• 灾害管理
• 水资源
• GIS
• 城市规划
• 气候变化
• 防洪工程

潮汐的低语：数字时代的水文观测与预警系统 作者： 孙浩然 出版社： 蓝海科技出版社 出版日期： 2024年10月 页数： 580页 定价： 128.00元 --- 内容简介 在人类文明的漫长发展中，水——它既是生命之源，也是最具破坏力的自然力量之一。本书《潮汐的低语：数字时代的水文观测与预警系统》并非聚焦于洪水风险的模拟和建模，而是深入探讨如何利用现代信息技术，构建一套全面、实时、智能的水文信息获取与预警机制。本书旨在为水利工程师、环境科学家、城市规划者以及应急管理人员，提供一套在“数据洪流”时代下，有效捕捉、分析和响应水文动态变化的系统性方法论和实践指南。 本书的核心理念是：精准的预警依赖于无缝的、多源异构的数据集成与智能分析。 我们将详尽剖析当前水文监测领域的前沿技术应用，从传统的雨量站和水位计的升级，到新兴的遥感技术、物联网（IoT）传感器网络，乃至结合人工智能的预测模型构建。 第一部分：水文数据采集与传感网络革新 (约150页) 本部分重点阐述了在数字化浪潮下，传统水文观测手段如何实现智能化升级。 1.1 智能传感器的部署与优化： 我们详细探讨了新一代低功耗、高精度的水文传感器（如超声波水位计、声学多普勒流速剖面仪ADCP的微型化应用）在复杂地理环境中的部署策略。重点分析了传感器选型、校准标准以及如何设计鲁棒的野外维护方案，确保数据采集的连续性和可靠性。 1.2 遥感水文学的深度应用： 卫星观测已成为宏观水文监测不可或缺的组成部分。本书深入解析了合成孔径雷达（SAR）在穿透云层监测地表积水和土壤湿度方面的优势，以及光学遥感（如Landsat, Sentinel系列）在水体范围变化、河道形态演变中的定量应用。我们提供了一套将卫星数据与地面测量数据进行空间融合与交叉验证的流程。 1.3 物联网（IoT）在水文网格化中的实践： 探讨了如何构建一个大规模、低成本的无线传感器网络（WSN），实时回传降雨、蒸散、地下水位等微观尺度的环境参数。特别关注了LoRaWAN、NB-IoT等低功耗广域网络技术在偏远地区数据传输中的实际表现与挑战。 第二部分：多源异构数据融合与质量控制 (约120页) 水文信息来源多样，格式各异，如何将这些“噪音”转化为“信号”，是预警系统的基础。 2.1 数据标准与元数据管理： 介绍了当前主流的水文数据交换标准（如WaterML 2.0）及其在跨机构数据共享中的应用。强调了建立统一元数据框架的重要性，确保数据在不同系统间传输时语义的准确性。 2.2 质量控制（QC）与数据插值技术： 系统阐述了用于识别传感器漂移、异常值、缺失值的统计学方法和机器学习方法。重点介绍了基于时空模型的异常检测算法，以及在缺失数据情况下，如何利用同位站数据和邻近地表特征进行合理插值，以维持时间序列的完整性。 2.3 时空数据立方体的构建： 讲解了如何将点状的观测数据、线状的河网数据和面状的遥感数据，整合到一个统一的“时空数据立方体”框架中，为后续的高级分析奠定基础。 第三部分：智能预警与信息可视化平台 (约180页) 数据收集的最终目标是实现快速、准确的预警，并将复杂信息以直观方式传达给决策者和公众。 3.1 预警模型的智能升级： 本章探讨了如何将传统的水动力学模型（如浅水方程组求解器）与数据驱动的机器学习模型（如长短期记忆网络LSTM、图神经网络GNN）进行耦合。这种混合模型能够更好地捕捉复杂非线性关系，提高短期水文事件（如突发性山洪）的提前量和准确率。 3.2 临界阈值的动态设定： 传统的预警阈值往往基于历史极值，缺乏对当前气候背景和土地利用变化的适应性。本书提出了一种基于风险评估矩阵和实时水文气象情景的动态阈值调整机制，以应对气候变化带来的不确定性。 3.3 交互式可视化与决策支持系统（DSS）： 详细介绍了现代地理信息系统（GIS）在水文预警中的集成应用。探讨了如何设计用户友好的仪表板，实时展示洪水淹没范围预测图、风险暴露等级图，以及“如果-那么”（What-If）情景分析工具，辅助管理者进行科学的资源调配决策。 第四部分：系统集成、测试与应急响应流程 (约130页) 一个有效的预警系统必须是稳定运行、经过充分验证并与应急响应流程紧密结合的。 4.1 系统集成与架构设计： 介绍了构建高可用性（High Availability）预警平台所需的技术栈，包括流式数据处理框架（如Kafka, Flink）和高性能数据库的选择。重点讨论了系统的冗余备份和灾备策略。 4.2 预警系统的测试与校核： 提供了系统的性能测试方法，包括延迟测试、压力测试和场景模拟演练（Tabletop Exercises）。强调了“闭环反馈”机制的重要性，即每一次预警事件结束后，应对系统的响应时间、信息准确性进行详尽复盘。 4.3 公众信息发布与风险沟通： 探讨了在信息爆炸时代，如何确保关键预警信息能够快速、准确地触达受威胁群体。分析了社交媒体、移动推送与传统广播电视在不同风险等级下的信息分发策略，以及如何进行有效的风险解读，避免“警报疲劳”。 --- 本书特色 1. 技术前沿性： 全面覆盖了从边缘计算传感器到云端AI分析的全链路技术栈，聚焦于近年来水文信息学领域最活跃的交叉学科研究成果。 2. 实践导向： 提供了大量实际工程案例分析、数据处理流程图和系统架构示意图，强调理论指导下的工程落地。 3. 跨学科视野： 融合了遥感科学、计算机科学（大数据、AI）、水文学和应急管理学等多学科知识体系。 适合读者： 水利工程、环境工程、地理信息科学、测绘、气象学等相关专业的高年级本科生、研究生，以及在水文水资源管理部门、城市防洪抗旱指挥中心、智慧水务公司工作的专业技术人员和管理决策者。 --- 作者简介： 孙浩然，资深水文信息学专家，长期致力于智慧水利系统的架构设计与算法研究。曾主持多项国家级重点科研项目，在国际权威期刊上发表相关学术论文数十篇。现任职于国内某顶尖水利科技研究院，致力于推动数据驱动的流域管理体系的落地实施。

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