才茂山洪災(zāi)害無線預(yù)警遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用方案

▋概述

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益成熟,國家對水利的投入不斷加大,科學(xué)技術(shù)也正在發(fā)生著日新月異的變化,我國水利防汛工作更加的具有科學(xué)性以及高效性,尤其是山洪災(zāi)害預(yù)警信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為防災(zāi)減災(zāi)工作帶來了極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益.由此可見,推廣信息化技術(shù)在水文,防汛中的應(yīng)用,投入小,效益大.水利防汛信息化逐漸成為未來主流的發(fā)展趨勢。

山洪災(zāi)害防御指揮決策是一個非常繁雜的過程，需要水雨情、旱情、工情、災(zāi)情等各類歷史、實(shí)時、預(yù)報(bào)信息的支持，需要對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析；同時，山洪災(zāi)害防御決策也是一個時效性非常強(qiáng)的過程，需要在綜合分析的基礎(chǔ)上實(shí)時做出決策方案，付諸實(shí)施，并及時反饋結(jié)果，山洪災(zāi)害的防治需堅(jiān)持“以防為主，防治結(jié)合”，通過建立一套具備完善預(yù)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警能力和應(yīng)急指揮能力的“山洪災(zāi)害防御系統(tǒng)”，在山洪到來之前能發(fā)出預(yù)警信息，讓相關(guān)部門迅速科學(xué)決策，保障民眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

▋系統(tǒng)需求
山洪災(zāi)害預(yù)警是在各種原始監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分析對比的基礎(chǔ)上,根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來決策預(yù)警信息。各偵測點(diǎn)終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備對各項(xiàng)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時偵測，如單位時間內(nèi)的降雨量、降雨強(qiáng)度、水位、河流水速、水庫放閘水速、水量等。終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)時或 間隔采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并在無線4G/3G/2G網(wǎng)絡(luò)平臺的基礎(chǔ)上，將采集數(shù)據(jù)通過無線通信終端傳送到預(yù)警中心系統(tǒng)，中心系統(tǒng)將所得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為預(yù)警決策系統(tǒng)提供依據(jù)。當(dāng)預(yù)警決策系統(tǒng)得出預(yù)警信息后，預(yù)警系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息、語音、短信的形式向預(yù)警終端發(fā)出預(yù)警信息。

▋系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)各地區(qū)山洪災(zāi)害防御工作的特點(diǎn)和山洪災(zāi)害預(yù)警決策的需求，利用通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等技術(shù)手段，在省、市或縣級別的防汛指揮部門建立山洪災(zāi)害 防預(yù)系統(tǒng)，為收集山洪災(zāi)害防治區(qū)水雨情數(shù)據(jù)信息以及其它部門的相關(guān)信息、信息查詢、山洪預(yù)報(bào)決策、預(yù)警信息發(fā)布等服務(wù)。

山洪災(zāi)害信息匯集與預(yù)警平臺是山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的核心，主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要為系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收、處理、加工與信息查詢、預(yù)警決策、預(yù)警信息發(fā)布、信息交換等服務(wù)提供軟硬件平臺。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要為系統(tǒng)維護(hù)管理、信息查詢與服務(wù)、預(yù)報(bào)決策提供數(shù)據(jù)信息。
山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)主要由三部分組成：水情監(jiān)測系統(tǒng)、預(yù)警中心系統(tǒng)和預(yù)警發(fā)布終端系統(tǒng)。

3.1、水情監(jiān)測系統(tǒng)
水雨情監(jiān)測系統(tǒng)主要包括水雨情監(jiān)測站網(wǎng)布設(shè)、信息采集、信息傳輸?shù)?。監(jiān)測系統(tǒng)主要任務(wù)是采集各項(xiàng)水文數(shù)據(jù)并將各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過無線傳輸終端傳送到預(yù)警中心系統(tǒng)，為預(yù)警中心系統(tǒng)提供各項(xiàng)災(zāi)害數(shù)據(jù)。

3.2、預(yù)警中心系統(tǒng)
預(yù)警中心系統(tǒng)主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息匯集、綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果做出預(yù)警決策，根據(jù)危急等級及山洪可能危害的范圍不同，選取適宜的預(yù)警程序方式，將預(yù)警信息及時、準(zhǔn)確地傳送到山洪災(zāi)害可能危及的區(qū)域，從而使接收到預(yù)警區(qū)域的人員能根據(jù)山洪災(zāi)害防御預(yù)案，及時采取預(yù)防措施，最大限度地減少人員傷亡及人民群眾的財(cái)產(chǎn)損失。
預(yù)警中心系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要有災(zāi)害數(shù)據(jù)信息匯集、數(shù)據(jù)加工分析、數(shù)據(jù)查詢、預(yù)警決策和預(yù)警信息發(fā)布。數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)主要系統(tǒng)的維護(hù)管理、提供查詢服務(wù)及為預(yù)警決策系統(tǒng)提供歷史相關(guān)數(shù)據(jù)。
預(yù)警中心系統(tǒng)一般采用有線光纖等的接入方式。

3.3、預(yù)警信息發(fā)布終端系統(tǒng)
預(yù)警信息發(fā)布終端子系統(tǒng)的主要任務(wù)是將中心系統(tǒng)的決策信息以各種方式通知預(yù)警區(qū)內(nèi)的相關(guān)人員與人民群眾做好災(zāi)害的防患準(zhǔn)備工作，以確保災(zāi)害帶來的財(cái)產(chǎn)損失及人民群眾的人生安全損害降至最低。其中包括發(fā)布終端與無線通信終端。

▋防洪預(yù)警架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成分析，山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的總體拓?fù)淙缦聢D,其整個系統(tǒng)以控制中心為中心分成兩條鏈路，分別是監(jiān)測終端與控制中心的鏈路，控制中心與預(yù)警發(fā)布終端的鏈路。實(shí)現(xiàn)災(zāi)害信息的匯集和災(zāi)害預(yù)警通告

4.1、監(jiān)測終端與控制中心的鏈路
此鏈路的作用是將前端采集數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，為供控制中心決策預(yù)警提供最原始水文數(shù)據(jù)。
監(jiān)測終端設(shè)備大部分分布在災(zāi)害易發(fā)現(xiàn)場，自然環(huán)境條件惡劣，因此需要設(shè)備具有工業(yè)級設(shè)計(jì)。才茂通信DTU采用了工業(yè)級的設(shè)計(jì)理念，正常工作耐溫范圍大，在-35℃~80℃的情況下設(shè)備能正常穩(wěn)定運(yùn)行，并采用金屬外殼使設(shè)備能在各種惡劣環(huán)境條件下不易受到損害，能在山洪災(zāi)害發(fā)生地區(qū)保持著穩(wěn)定的工作狀態(tài)。監(jiān)測終端設(shè)備包括各種數(shù)據(jù)采集器和DTU。終端數(shù)據(jù)采集器要采集的數(shù)據(jù)包括:單位時間內(nèi)的降雨量、降雨強(qiáng)度、水位、河流水速、水庫放閘水速、水量等各種水文數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集終端儀表通過RS-232或RS-485線與DTU連接。
汛期階段，DTU將處于長期在線的工作狀態(tài)，時刻通過4G/3G/2G網(wǎng)絡(luò)與控制中心保持連接，但由于受到環(huán)境、供電等外界因素的影響，設(shè)備可能會出現(xiàn)無法正常工作的狀態(tài)，這時需要人工對設(shè)備進(jìn)行重新上電或重啟，隨之而來的問題就是將會對設(shè)備的維護(hù)帶來很大的工作量，同時直接影響控制中心獲得災(zāi)情數(shù)據(jù)的實(shí)時性與準(zhǔn)確性,我司DTU產(chǎn)品加載了在線維持專利技術(shù)，能夠保證DTU在受外界因素影響而出現(xiàn)故障時能夠自動恢復(fù)通信，網(wǎng)絡(luò)掉線后設(shè)備自動重連，保證與控制中心的鏈路通暢。當(dāng)DTU接收到采集終端發(fā)過來的數(shù)據(jù)時，立刻采用透明傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)上傳給控制中心，為控制中心提供最原始的災(zāi)情數(shù)據(jù)，以便控制中心及時對災(zāi)情做出正 確的判斷。

非汛期階段，設(shè)備不必保持時刻在線狀態(tài)，控制中心可以通過直接控制和短信通信兩種方式對DTU進(jìn)行配置參數(shù)的修改，控制設(shè)備的活動狀態(tài)，設(shè)備上下線時間、開關(guān)機(jī)模式或使設(shè)備完全進(jìn)入休眠狀態(tài)。同時移動手機(jī)終端也可通過短信方式對DTU配置參數(shù)進(jìn)行修改。通過這樣的模式可以很大程度地降低設(shè)備功耗節(jié)能減排，也可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量。

4.2、控制中心與預(yù)警發(fā)布終端鏈路
此鏈路的主要作用是將控制中心發(fā)出的預(yù)警信息以廣播、LED屏等方式通告險情區(qū)域內(nèi)的相關(guān)人員與群眾及時采取防患措施，將危害降到最低?？刂浦行目赏ㄟ^三種通信方式向預(yù)警終端發(fā)出預(yù)警信息：4G/3G/2G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、語音、短信。
預(yù)警終端主要放置在易發(fā)生山洪災(zāi)害區(qū)域的村莊、縣城或人類活動頻繁的地方。預(yù)警終端主要包括DTU 、控制器、功放設(shè)備、喇叭、LED顯示屏等設(shè)備。DTU有三種通信方式接收預(yù)警信息。第一，通過4G/3G/2G網(wǎng)絡(luò)與控制中心保持連接，實(shí)時偵聽控制中心的預(yù)警通告；第二，提供語音通道，為緊急災(zāi)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(yù)警終端發(fā)送修改配置指令和發(fā)布預(yù)警信息。控制器內(nèi)存儲著DTU授權(quán)撥入的號碼池和各種災(zāi)害信息播放錄音。
DTU通過RS-232/RS-485與控制器連接，DTU將從控制中心所獲得的預(yù)警信息提交給控制器進(jìn)行分析；控制器將從DTU獲得的預(yù)警信息分析后，對功放設(shè)備發(fā)出指令，使功放設(shè)備與音頻設(shè)備進(jìn)入準(zhǔn)備播放狀態(tài)，同時根據(jù)分析結(jié)果播放本地錄音預(yù)警消息。功放設(shè)備通過音頻線與DTU、喇叭連接，通過控制線與控制器連接。
當(dāng)控制中心發(fā)出預(yù)警信息之后，DTU有三種獲得的預(yù)警信息的方式。第一，通過4G/3G/2G網(wǎng)絡(luò)平臺直接從控制中心獲??；第二，通過短信通道；第三，語音通話的撥號接入?？刂浦行幕蛞苿与娫捒芍苯酉駾TU發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信息，DTU將獲得的信息移交給控制器處理，控制器根據(jù)預(yù)警信息的內(nèi)容、災(zāi)害等級觸發(fā)啟動功放設(shè)備，并按設(shè)定程序播放相對應(yīng)的廣播錄音。當(dāng)出現(xiàn)緊急災(zāi)害情況下，控制中心的固話或移動電話可直接拔通終端DTU，DTU將提取接入號碼并發(fā)送至控制器，控制器接收撥號接入的號碼后，將其與本地授權(quán)號碼池進(jìn)行對比，如果撥入號碼在授權(quán)池內(nèi)有定義，則發(fā)送接聽命令至DTU，DTU接收到接聽指令后執(zhí)行指令，通話正式接通，同時控制器控制功放與音響設(shè)備進(jìn)入準(zhǔn)備播放狀態(tài)，此時通話對端可直接進(jìn)行語音預(yù)警通告。

4.3、無線通信設(shè)備功能
鑒于上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，對無線通信終端不僅需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)功能，還必須具備短信及語音功能，能達(dá)到數(shù)據(jù)、短信、語音三通道的傳輸方式。廈門才茂通信的DTU產(chǎn)品功能與性能設(shè)計(jì)與防洪防災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用緊密結(jié)合，具有智能防掉線、短信通道、語音通道、高可靠性加密等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸、數(shù)據(jù)安全傳輸。

4.4、傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇
4G突出的特點(diǎn)是傳輸速率高和費(fèi)用低。鑒于利用4G的運(yùn)行速度快、運(yùn)行成本低， 建議盡可能地利用4G傳輸。目前4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，國內(nèi)運(yùn)營商經(jīng)過十多年的建設(shè)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋到全國各地，甚至連偏遠(yuǎn)的山區(qū)也有覆蓋。覆蓋范圍廣泛且資費(fèi)便宜、套餐豐富，非常適合小數(shù)據(jù)量的傳輸，如果傳輸設(shè)備有較好的可配置性和開放性，能根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行模式配置，將使成本大幅下降。

▋方案總結(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)無線通信等相關(guān)行業(yè)發(fā)展，山洪地質(zhì)災(zāi)害防御通過引用相關(guān)領(lǐng)域新產(chǎn)品、新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害預(yù)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警、應(yīng)急指揮的智能化。才茂通信是中國物聯(lián)網(wǎng)無線通信領(lǐng)域的骨干企業(yè)，幾年來一直緊貼物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的脈搏，與水利行業(yè)的企業(yè)深入合作，深入研究工業(yè)無線通信產(chǎn)品在水利水文、防洪防災(zāi)等領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步形成了以產(chǎn)品為基礎(chǔ)，為行業(yè)內(nèi)客戶提供系統(tǒng)解決方案的專業(yè)化經(jīng)營特色，全面協(xié)助客戶實(shí)現(xiàn)“智慧、標(biāo)準(zhǔn)、安全、可靠”的無線通信目標(biāo)。