山洪災害預警系統防御預案
一、概述
我國是一個多山的國家，山丘面積約占全國陸地面積的三分之二。伴隨著社會的發展，人類活動的影響，山洪災害事故發生頻繁。
據全國防汛抗旱指揮部的統計，近些年來，中小河流和山洪地質災害因災死亡、失蹤的人數，以及造成的財產損失均占因洪災害總計的70%。中小河流和山洪地質災害成為防洪減災體系的薄弱環節?！盎隆?、“崩塌”、“泥石流”、 “中小河流”、“病險水庫”……這些熱點詞匯充斥著從國家宏觀決策到相關行業領域的行動方針，也成為各界人士所議論的熱點話題。
黨中央、國務院高度重視山洪災害防御工作。2006年國務院批復全國山洪災害防治規劃，啟動實施山洪災害防治試點建設：即全國縣級山洪災害防治的非工程措施體系建設，2009年將試點范圍擴展到全國103個縣市區。
2010年10月12日，國家發展改革委副主任杜鷹、國土資源部副部長汪民、水利部副部長矯勇、國家林業局副局長印紅召開新聞發布會介紹中小河流治理和山洪地質災害防治等方面已開展的工作和下一步工作安排情況時表示：山洪地質災害客觀存在，但是一定是可防可治的，要把水利投資、地質災害防治投資、生態環境綜合治理投資擺在更加重要的位置。五年內基本完成防災減災治理工程。
山洪災害的防治需堅持“以防為主，防治結合”，通過建立一套具備完善預測、預報、預警能力和應急指揮能力的“山洪災害防御系統”，在山洪到來之前能發出預警信息，讓相關部門迅速科學決策，保障民眾生命財產安全。
隨著物聯網、工業無線通信等相關學科發展，山洪地質災害防御通過引用相關領域新產品、新技術實現了災害預測、預報、預警、應急指揮的智能化。四信通信是中國物聯網無線通信領域的骨干企業，幾年來一直緊貼物聯網行業發展的脈搏，深入研究工業無線通信產品在水利水文、防洪防災等領域的應用，逐步形成了以產品為基礎，為行業客戶提供系統解決方案的專業化經營特色，全面協助客戶實現“智慧、標準、安全、可靠”的無線通信目標。
二、 項目分析及實現
2.1系統需求
山洪災害預警是在各種原始監測數據和歷史數據分析對比的基礎上，根據數據分析結果來決策預警信息。
各監測點數據采集設備對各項水文數據進行實時監測，如水庫水位、降雨量、河道水流速等。終端數據采集設備實時或間隔采集各項數據，并在GPRS無線網絡平臺的基礎上，將采集數據通過無線通信終端傳到預警中心系統，中心系統將所得的各項數據進行綜合分析，為預警決策系統提供依據。當預警決策系統得出預警信息后，預警系統采用數據信息或語音的形式向預警終端發出預警信息。
2.2 系統構成
根據各地區山洪災害防御工作的特點和山洪災害預警決策的需求，利用通信、計算機網絡、數據庫應用等技術手段，在省、市或縣級別的防汛指揮部門建設山洪災害防預系統，為收集山洪災害防治區水雨情數據信息以及其它部門的相關信息、信息查詢、山洪預報決策、預警信息發布等服務。
??? ? 山洪災害信息匯集與預警平臺是山洪災害預警系統的核心，主要由計算機網絡系統和數據庫系統組成。計算機網絡系統主要為系統數據接收、處理、加工與信息查詢、預警決策、預警信息發布、信息交換等服務提供硬軟件平臺。數據庫系統主要為系統維護管理、信息查詢與服務、預報決策提供數據信息。
山洪預警系統主要由三部分組成：水情監測系統、預警中心系統及預警發布終端系統。
2.2.1水情監測子系統
水雨情監測子系統主要包括水雨情監測站網布設、信息采集、信息傳輸等。監測子系統主要任務是采集各項水文數據并將各項數據信息通過無線傳輸終端傳送到預警中心系統，為預警中心子系統提供各項災害數據。
2.2.2預警中心子系統
預警中心子系統主要任務是進行數據信息匯集、綜合分析，根據分析結果做預警決策，根據危急等級及山洪可能危害的范圍不同，選取適宜的預警程序的方式，將預警信息及時、準確地傳送到山洪災害可能危及的區域，從而使接收到預警區域的人員能根據山洪災害防御預案，及時采取預防措施，最大限度地減少人員傷亡及人民群眾的財產損失。其可再分為計算機網絡子系統和數據庫子系統，
計算機網絡子系統主要有災害數據信息匯集、數據加工分析、數據查詢、預警決策和預警信息發布。數據庫子系統主要系統的維護管理、提供查詢服務及為預警決策系統提供歷史相關數據。
預警中心系統一般采用有線光纖等的接入方式。
2.2.3預警信息發布終端子系統
預警信息發布終端子系統的主要任務是將中心子系統的決策信息以各種方式通知預警區內的相關人員與人民群眾做好災害的防患準備工作，以確保災害帶來的財產損失及人民群眾的人生安全損害降至最低。其中包括發布終端與無線通信終端。
2.3 防洪預警架構
根據系統構成分析，山洪災害預警系統的總體拓撲如上,其整個系統以控制中心為中心分成兩條鏈路，分別是監測終端與控制中心的鏈路，控制中心與預警發布終端的鏈路。實現災害信息的匯集和災害預警通告。
2.3.1 監測終端與控制中心的鏈路
此鏈路的作用是將前端采集數據發送到控制中心，為供控制中心決策預警提供原始水文數據。
監測終端設備分別分布在險情危地，自然環境條件惡劣，因此需要設備具有工業級設計。廈門四信無線RTU采用了工業級的設計理念，正常工作耐溫范圍大，在-25℃~65℃的情況下設備能正常穩定運行，并采用金外殼設計使用設備能在各種惡劣環境條件下不易受到損害，能在山洪災害險情發生地區保持著穩定的工作狀態。
終端數據采集器要采集的數據包括：單位時間內的降雨量、降雨強度，河流水庫的水位，河流水速，水庫放閘水速、水量等各種水文數據。
在汛期階段，無線RTU將處于長期的在線工作狀態，時刻通過GRPS網絡與控制中心保持鏈接，但由于受到環境、供電等外界因素的影響，設備可能會出現無法正常工作的狀態，這時需要人工對設備進行重新上電或重啟，隨之而來的就是將會對設備的維護帶來世大的工作量，同時直接影響控制中心獲得災情數據的實時性與準確性，因此我司推出智能無線RTU，能夠保證在無線RTU受外界因素影響而出現故障時能夠自行恢復通信，網絡掉線形后設備自動再次鏈接，保證與控制中心的連通性。無線RTU將數據采用透明傳輸的方式上報給控制中心，為控制中心提供最原始的災情數據，以便控制中心對災情做出判斷。
當處于非汛期階段，設備不必保持時刻在線狀態，控制中心可以通過直接控制和短信通信兩種方式對無線RTU進行配置參數的修改，控制設備的活動狀態、設備上下線時間、開關機模式或使設備完全進入休眠狀態。同時移動手機終端也可通過短信方式對無線RTU配置參數進行修改。通過這樣的模式可以很大程度地降設備功耗節能減排。
2.3.2控制中心與預警發布終端鏈路
此鏈路的主要作用是將控制中心發出的預警信息以廣播、LED屏等方式通告給險情區域內的相關人員與群眾，急時采取防患措施，將危害降到最低。
鏈路是建立在控制中心經過分析各項數據得出預警信息時，向預警終端發出預警。控制中心可通過三種通信方式向預警終端發出預警信息：GPRS網絡數據、語音、短信。
預警終端主要放置在易發生山洪災害區域的村莊、縣城或人類活動頻繁的地方。預警終端主要包括無線預警廣播設備（包括主站設備、從站設備和單站設備）、喇叭、LED顯示屏等設備。無線預警廣播設備有三種通信方式接收預警信息，第一，通過GPRS網絡與控制中心保持鏈拉，實時偵聽控制中心的預警通告；第二，提供語音通道，為緊急災害情況提供直接語音通告；第三，提供短信通道，控制中心和移動電話終端可通過短信的方式向預警終端發布預警信息。無線預警廣播設備內存儲著授權拔入的號碼池和各種預制的災害預警信息。
無線預警廣播設備獲得預警信息并分析后，對功放設備發出指令，使功放設備與音頻設備進入播放狀態。
當控制中心發出預警信息之后，無線預警廣播設備獲得的預警信息可以通過兩種方式，第一種通過GPRS網絡平臺直接從控制中心獲取，第二種是通過短信通道，控制中心或移動電話直接向無線預警廣播設備發出相對應的預警信息，無線預警廣播設備根據預警信息的內容、災害等級觸發啟動功放設備，并按程序設定播放相對應的預警信息。當出現緊急災害時，管理人員可通過已授權的固定電話或移動電話撥打無線預警廣播設備的號碼，無線預警廣播設備自動接通來電，同時控制功放與音響設備進入播放狀態，此時管理人員可直接進行語音告警。
2.4 無線預警廣播設備
山洪地質災害無線預警廣播系統用于鄉村防洪緊急預警信息播報，當暴雨和山洪來臨時，政府監管部門及村組防汛責任人通過手機/固定電話、短信、現場話筒、對講機、錄音播放等方式將緊急預警信息通過大功率的高音號角喇叭發布給附近廣大居民，通知相關村民做好防災避災準備，實現居民緊急避險救災，減小損失。
四信公司遵循國家山洪地質災害預警相關指導性文件，推出F9103系列無線預警廣播設備。預警廣播設備包括預警廣播主站設備，預警廣播從站設備和預警廣播單站設備。主站設備和從站設備通過本地調頻網絡構成完善的預警廣播網絡。三個系列設備均可單獨使用，獨立完成預警廣播功能。
四信無線預警廣播設備主要功能：遠程電話告警（同時支持手機、固定電話和小靈通）、短信息合成語音告警、GPRS數據轉語音告警、車載臺/FM調頻網絡告警、本地對講機無線告警、本地麥克風喊話告警、預置信息轉語音告警、預置MP3音頻告警、音頻線路輸入告警等服務。四信無線預警廣播設備優勢如下：
支持系列型號（主站、從站和單站），應用靈活方便
支持九種告警方式，功能強大
（特有MP3預警，線輸入預警，預置信息預警，車載臺/FM調頻預警）
同時支持監聽喇叭和大功率喇叭，調試使用方便
支持遠程配置和遠程升級，維護方便
支持蓄電池充放電管理及保護，最大限度延長蓄電池使用壽命
支持主備電自動切換，主電掉電時，設備及發射機仍能正常工作
支持車載臺全雙工模式，滿足預警發布需求
可選GPS功能，便于預警地點定位及管理
可選太陽能供電，應用場合不受市電限制
工業級應用設計，產品穩定可靠
2.5無線RTU
四信公司的無線RTU同時具備模擬量采集、數字量采集、開關量輸出、繼電器輸出及GPRS/CDMA無線傳輸功能。同時還具備工業級設計、智能防掉線、遠程參數配置（短信和GPRS/CDMA）、遠程升級、高可靠性傳輸、加密安全傳輸、低功耗等特點。
2.6傳輸網絡的選擇
GPRS是作為現行GSM網絡向第3代移動通信演變的過渡技術，突出的特點是傳輸速率高和費用低。GPRS上行速率較GSM為高，下行速率則可達100Kbps。鑒于利用GPRS的運行速度快、運行成本低，建議盡可能地利用GPRS傳輸。目前，GPRS網絡技術已經非常成熟，國內運營商經過十多年的建設發展，網絡已經覆蓋到全國各地，甚至連偏遠的山區也有覆蓋。覆蓋范圍廣泛且資費便宜、套餐豐富，非常適合小數據量的傳輸，如果傳輸設備有較好的可配置性和開放性，能根據具體應用進行模式配置，將使成本大幅下降。
三、方案總結
實踐證明，GPRS無線數據傳輸系統是一種“性價比”較高，恰當的通信方式。利用GPRS網絡，以及所提供的數據服務，借助四信公司的產品，能夠順利完成各級山洪預警系統中的監測采集站網的汛情信息采集及傳輸、預警信息的無線傳輸及廣播，為山洪災害的及時監測、預警預報，以及決策會商和指揮高度工作提供了暢通、快速、可靠穩定的通信信道。節省了傳統詢查的人力物力、回避了詢查人員的生命安全，為山洪的發生地的廣大人民群眾贏得寶貴的數據資料和應急行動的時