山洪灾害预警系统防御预案

一、概述

我国是一个多山的国家,山丘面积约占全国陆地面积的三分之二。伴随着社会的发展,人类活动的影响,山洪灾害事故发生频繁。

 

据全国防汛抗旱指挥部的统计,近些年来,中小河流和山洪地质灾害因灾死亡、失踪的人数,以及造成的财产损失均占因洪灾害总计的70%。中小河流和山洪地质灾害成为防洪减灾体系的薄弱环节。“滑坡”、“崩塌”、“泥石流”、 “中小河流”、“病险水库”……这些热点词汇充斥着从国家宏观决策到相关行业领域的行动方针,也成为各界人士所议论的热点话题。

 

党中央、国务院高度重视山洪灾害防御工作。2006年国务院批复全国山洪灾害防治规划,启动实施山洪灾害防治试点建设:即全国县级山洪灾害防治的非工程措施体系建设,2009年将试点范围扩展到全国103个县市区。

2010年10月12日,国家发展改革委副主任杜鹰、国土资源部副部长汪民、水利部副部长矫勇、国家林业局副局长印红召开新闻发布会介绍中小河流治理和山洪地质灾害防治等方面已开展的工作和下一步工作安排情况时表示:山洪地质灾害客观存在,但是一定是可防可治的,要把水利投资、地质灾害防治投资、生态环境综合治理投资摆在更加重要的位置。五年内基本完成防灾减灾治理工程。

 

山洪灾害的防治需坚持“以防为主,防治结合”,通过建立一套具备完善预测、预报、预警能力和应急指挥能力的“山洪灾害防御系统”,在山洪到来之前能发出预警信息,让相关部门迅速科学决策,保障民众生命财产安全。

 

随着物联网、工业无线通信等相关学科发展,山洪地质灾害防御通过引用相关领域新产品、新技术实现了灾害预测、预报、预警、应急指挥的智能化。四信通信是中国物联网无线通信领域的骨干企业,几年来一直紧贴物联网行业发展的脉搏,深入研究工业无线通信产品在水利水文、防洪防灾等领域的应用,逐步形成了以产品为基础,为行业客户提供系统解决方案的专业化经营特色,全面协助客户实现“智慧、标准、安全、可靠”的无线通信目标。

 

二、 项目分析及实现
2.1系统需求
山洪灾害预警是在各种原始监测数据和历史数据分析对比的基础上,根据数据分析结果来决策预警信息。

各监测点数据采集设备对各项水文数据进行实时监测,如水库水位、降雨量、河道水流速等。终端数据采集设备实时或间隔采集各项数据,并在GPRS无线网络平台的基础上,将采集数据通过无线通信终端传到预警中心系统,中心系统将所得的各项数据进行综合分析,为预警决策系统提供依据。当预警决策系统得出预警信息后,预警系统采用数据信息或语音的形式向预警终端发出预警信息。

 

2.2 系统构成
根据各地区山洪灾害防御工作的特点和山洪灾害预警决策的需求,利用通信、计算机网络、数据库应用等技术手段,在省、市或县级别的防汛指挥部门建设山洪灾害防预系统,为收集山洪灾害防治区水雨情数据信息以及其它部门的相关信息、信息查询、山洪预报决策、预警信息发布等服务。

      山洪灾害信息汇集与预警平台是山洪灾害预警系统的核心,主要由计算机网络系统和数据库系统组成。计算机网络系统主要为系统数据接收、处理、加工与信息查询、预警决策、预警信息发布、信息交换等服务提供硬软件平台。数据库系统主要为系统维护管理、信息查询与服务、预报决策提供数据信息。

山洪预警系统主要由三部分组成:水情监测系统、预警中心系统及预警发布终端系统。
2.2.1水情监测子系统
水雨情监测子系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输等。监测子系统主要任务是采集各项水文数据并将各项数据信息通过无线传输终端传送到预警中心系统,为预警中心子系统提供各项灾害数据。

2.2.2预警中心子系统
预警中心子系统主要任务是进行数据信息汇集、综合分析,根据分析结果做预警决策,根据危急等级及山洪可能危害的范围不同,选取适宜的预警程序的方式,将预警信息及时、准确地传送到山洪灾害可能危及的区域,从而使接收到预警区域的人员能根据山洪灾害防御预案,及时采取预防措施,最大限度地减少人员伤亡及人民群众的财产损失。其可再分为计算机网络子系统和数据库子系统,

计算机网络子系统主要有灾害数据信息汇集、数据加工分析、数据查询、预警决策和预警信息发布。数据库子系统主要系统的维护管理、提供查询服务及为预警决策系统提供历史相关数据。

预警中心系统一般采用有线光纤等的接入方式。

2.2.3预警信息发布终端子系统
预警信息发布终端子系统的主要任务是将中心子系统的决策信息以各种方式通知预警区内的相关人员与人民群众做好灾害的防患准备工作,以确保灾害带来的财产损失及人民群众的人生安全损害降至最低。其中包括发布终端与无线通信终端。

2.3 防洪预警架构
山洪预警系统组网框架
根据系统构成分析,山洪灾害预警系统的总体拓扑如上,其整个系统以控制中心为中心分成两条链路,分别是监测终端与控制中心的链路,控制中心与预警发布终端的链路。实现灾害信息的汇集和灾害预警通告。

2.3.1 监测终端与控制中心的链路
此链路的作用是将前端采集数据发送到控制中心,为供控制中心决策预警提供原始水文数据。
监测终端设备分别分布在险情危地,自然环境条件恶劣,因此需要设备具有工业级设计。厦门四信无线RTU采用了工业级的设计理念,正常工作耐温范围大,在-25℃~65℃的情况下设备能正常稳定运行,并采用金外壳设计使用设备能在各种恶劣环境条件下不易受到损害,能在山洪灾害险情发生地区保持着稳定的工作状态。

终端数据采集器要采集的数据包括:单位时间内的降雨量、降雨强度,河流水库的水位,河流水速,水库放闸水速、水量等各种水文数据。

在汛期阶段,无线RTU将处于长期的在线工作状态,时刻通过GRPS网络与控制中心保持链接,但由于受到环境、供电等外界因素的影响,设备可能会出现无法正常工作的状态,这时需要人工对设备进行重新上电或重启,随之而来的就是将会对设备的维护带来世大的工作量,同时直接影响控制中心获得灾情数据的实时性与准确性,因此我司推出智能无线RTU,能够保证在无线RTU受外界因素影响而出现故障时能够自行恢复通信,网络掉线形后设备自动再次链接,保证与控制中心的连通性。无线RTU将数据采用透明传输的方式上报给控制中心,为控制中心提供最原始的灾情数据,以便控制中心对灾情做出判断。

当处于非汛期阶段,设备不必保持时刻在线状态,控制中心可以通过直接控制和短信通信两种方式对无线RTU进行配置参数的修改,控制设备的活动状态、设备上下线时间、开关机模式或使设备完全进入休眠状态。同时移动手机终端也可通过短信方式对无线RTU配置参数进行修改。通过这样的模式可以很大程度地降设备功耗节能减排。
2.3.2控制中心与预警发布终端链路
此链路的主要作用是将控制中心发出的预警信息以广播、LED屏等方式通告给险情区域内的相关人员与群众,急时采取防患措施,将危害降到最低。

链路是建立在控制中心经过分析各项数据得出预警信息时,向预警终端发出预警。控制中心可通过三种通信方式向预警终端发出预警信息:GPRS网络数据、语音、短信。

预警终端主要放置在易发生山洪灾害区域的村庄、县城或人类活动频繁的地方。预警终端主要包括无线预警广播设备(包括主站设备、从站设备和单站设备)、喇叭、LED显示屏等设备。无线预警广播设备有三种通信方式接收预警信息,第一,通过GPRS网络与控制中心保持链拉,实时侦听控制中心的预警通告;第二,提供语音通道,为紧急灾害情况提供直接语音通告;第三,提供短信通道,控制中心和移动电话终端可通过短信的方式向预警终端发布预警信息。无线预警广播设备内存储着授权拔入的号码池和各种预制的灾害预警信息。

无线预警广播设备获得预警信息并分析后,对功放设备发出指令,使功放设备与音频设备进入播放状态。
当控制中心发出预警信息之后,无线预警广播设备获得的预警信息可以通过两种方式,第一种通过GPRS网络平台直接从控制中心获取,第二种是通过短信通道,控制中心或移动电话直接向无线预警广播设备发出相对应的预警信息,无线预警广播设备根据预警信息的内容、灾害等级触发启动功放设备,并按程序设定播放相对应的预警信息。当出现紧急灾害时,管理人员可通过已授权的固定电话或移动电话拨打无线预警广播设备的号码,无线预警广播设备自动接通来电,同时控制功放与音响设备进入播放状态,此时管理人员可直接进行语音告警。

2.4 无线预警广播设备
山洪地质灾害无线预警广播系统用于乡村防洪紧急预警信息播报,当暴雨和山洪来临时,政府监管部门及村组防汛责任人通过手机/固定电话、短信、现场话筒、对讲机、录音播放等方式将紧急预警信息通过大功率的高音号角喇叭发布给附近广大居民,通知相关村民做好防灾避灾准备,实现居民紧急避险救灾,减小损失。

四信公司遵循国家山洪地质灾害预警相关指导性文件,推出F9103系列无线预警广播设备。预警广播设备包括预警广播主站设备,预警广播从站设备和预警广播单站设备。主站设备和从站设备通过本地调频网络构成完善的预警广播网络。三个系列设备均可单独使用,独立完成预警广播功能。

四信无线预警广播设备主要功能:远程电话告警(同时支持手机、固定电话和小灵通)、短信息合成语音告警、GPRS数据转语音告警、车载台/FM调频网络告警、本地对讲机无线告警、本地麦克风喊话告警、预置信息转语音告警、预置MP3音频告警、音频线路输入告警等服务。四信无线预警广播设备优势如下:
支持系列型号(主站、从站和单站),应用灵活方便
支持九种告警方式,功能强大
(特有MP3预警,线输入预警,预置信息预警,车载台/FM调频预警)
同时支持监听喇叭和大功率喇叭,调试使用方便
支持远程配置和远程升级,维护方便
支持蓄电池充放电管理及保护,最大限度延长蓄电池使用寿命
支持主备电自动切换,主电掉电时,设备及发射机仍能正常工作
支持车载台全双工模式,满足预警发布需求
可选GPS功能,便于预警地点定位及管理
可选太阳能供电,应用场合不受市电限制
工业级应用设计,产品稳定可靠
2.5无线RTU
四信公司的无线RTU同时具备模拟量采集、数字量采集、开关量输出、继电器输出及GPRS/CDMA无线传输功能。同时还具备工业级设计、智能防掉线、远程参数配置(短信和GPRS/CDMA)、远程升级、高可靠性传输、加密安全传输、低功耗等特点。

2.6传输网络的选择
GPRS是作为现行GSM网络向第3代移动通信演变的过渡技术,突出的特点是传输速率高和费用低。GPRS上行速率较GSM为高,下行速率则可达100Kbps。鉴于利用GPRS的运行速度快、运行成本低,建议尽可能地利用GPRS传输。目前,GPRS网络技术已经非常成熟,国内运营商经过十多年的建设发展,网络已经覆盖到全国各地,甚至连偏远的山区也有覆盖。覆盖范围广泛且资费便宜、套餐丰富,非常适合小数据量的传输,如果传输设备有较好的可配置性和开放性,能根据具体应用进行模式配置,将使成本大幅下降。

三、方案总结
实践证明,GPRS无线数据传输系统是一种“性价比”较高,恰当的通信方式。利用GPRS网络,以及所提供的数据服务,借助四信公司的产品,能够顺利完成各级山洪预警系统中的监测采集站网的汛情信息采集及传输、预警信息的无线传输及广播,为山洪灾害的及时监测、预警预报,以及决策会商和指挥高度工作提供了畅通、快速、可靠稳定的通信信道。节省了传统询查的人力物力、回避了询查人员的生命安全,为山洪的发生地的广大人民群众赢得宝贵的数据资料和应急行动的时

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