才茂山洪灾害无线预警远程监控应用方案

▋概述

随着经济的快速发展和科学技术的日益成熟,国家对水利的投入不断加大,科学技术也正在发生着日新月异的变化,我国水利防汛工作更加的具有科学性以及高效性,尤其是山洪灾害预警信息化技术的广泛应用,为防灾减灾工作带来了极大的社会效益和经济效益.由此可见,推广信息化技术在水文,防汛中的应用,投入小,效益大.水利防汛信息化逐渐成为未来主流的发展趋势。

山洪灾害防御指挥决策是一个非常繁杂的过程，需要水雨情、旱情、工情、灾情等各类历史、实时、预报信息的支持，需要对各类数据进行综合分析；同时，山洪灾害防御决策也是一个时效性非常强的过程，需要在综合分析的基础上实时做出决策方案，付诸实施，并及时反馈结果，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。

▋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。各侦测点终端数据采集设备对各项水文数据进行实时侦测，如单位时间内的降雨量、降雨强度、水位、河流水速、水库放闸水速、水量等。终端数据采集设备实时或 间隔采集各项数据，并在无线4G/3G/2G网络平台的基础上，将采集数据通过无线通信终端传送到预警中心系统，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、语音、短信的形式向预警终端发出预警信息。

▋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立山洪灾害 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软硬件平台。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。
山洪灾害预警系统主要由三部分组成：水情监测系统、预警中心系统和预警发布终端系统。

3.1、水情监测系统
水雨情监测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，为预警中心系统提供各项灾害数据。

3.2、预警中心系统
预警中心系统主要任务是进行数据信息汇集、综合分析，根据分析结果做出预警决策，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。
预警中心系统由计算机网络子系统和数据库子系统组成。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。

3.3、预警信息发布终端系统
预警信息发布终端子系统的主要任务是将中心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。

▋防洪预警架构

根据系统构成分析，山洪灾害预警系统的总体拓扑如下图,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

4.1、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最原始水文数据。
监测终端设备大部分分布在灾害易发现场，自然环境条件恶劣，因此需要设备具有工业级设计。才茂通信DTU采用了工业级的设计理念，正常工作耐温范围大，在-35℃~80℃的情况下设备能正常稳定运行，并采用金属外壳使设备能在各种恶劣环境条件下不易受到损害，能在山洪灾害发生地区保持着稳定的工作状态。监测终端设备包括各种数据采集器和DTU。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、水位、河流水速、水库放闸水速、水量等各种水文数据。数据采集终端仪表通过RS-232或RS-485线与DTU连接。
汛期阶段，DTU将处于长期在线的工作状态，时刻通过4G/3G/2G网络与控制中心保持连接，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，随之而来的问题就是将会对设备的维护带来很大的工作量，同时直接影响控制中心获得灾情数据的实时性与准确性,我司DTU产品加载了在线维持专利技术，能够保证DTU在受外界因素影响而出现故障时能够自动恢复通信，网络掉线后设备自动重连，保证与控制中心的链路通畅。当DTU接收到采集终端发过来的数据时，立刻采用透明传输的方式将数据上传给控制中心，为控制中心提供最原始的灾情数据，以便控制中心及时对灾情做出正 确的判断。

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DTU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DTU配置参数进行修改。通过这样的模式可以很大程度地降低设备功耗节能减排，也可以节省网络流量。

4.2、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屏等方式通告险情区域内的相关人员与群众及时采取防患措施，将危害降到最低。控制中心可通过三种通信方式向预警终端发出预警信息：4G/3G/2G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DTU 、控制器、功放设备、喇叭、LED显示屏等设备。DTU有三种通信方式接收预警信息。第一，通过4G/3G/2G网络与控制中心保持连接，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送修改配置指令和发布预警信息。控制器内存储着DTU授权拨入的号码池和各种灾害信息播放录音。
DTU通过RS-232/RS-485与控制器连接，DTU将从控制中心所获得的预警信息提交给控制器进行分析；控制器将从DTU获得的预警信息分析后，对功放设备发出指令，使功放设备与音频设备进入准备播放状态，同时根据分析结果播放本地录音预警消息。功放设备通过音频线与DTU、喇叭连接，通过控制线与控制器连接。
当控制中心发出预警信息之后，DTU有三种获得的预警信息的方式。第一，通过4G/3G/2G网络平台直接从控制中心获取；第二，通过短信通道；第三，语音通话的拨号接入。控制中心或移动电话可直接向DTU发出相应的预警信息，DTU将获得的信息移交给控制器处理，控制器根据预警信息的内容、灾害等级触发启动功放设备，并按设定程序播放相对应的广播录音。当出现紧急灾害情况下，控制中心的固话或移动电话可直接拔通终端DTU，DTU将提取接入号码并发送至控制器，控制器接收拨号接入的号码后，将其与本地授权号码池进行对比，如果拨入号码在授权池内有定义，则发送接听命令至DTU，DTU接收到接听指令后执行指令，通话正式接通，同时控制器控制功放与音响设备进入准备播放状态，此时通话对端可直接进行语音预警通告。

4.3、无线通信设备功能
鉴于上述系统设计的需求，对无线通信终端不仅需要数据传输的基础功能，还必须具备短信及语音功能，能达到数据、短信、语音三通道的传输方式。厦门才茂通信的DTU产品功能与性能设计与防洪防灾领域的应用紧密结合，具有智能防掉线、短信通道、语音通道、高可靠性加密等功能，实现数据稳定传输、数据安全传输。

4.4、传输网络的选择
4G突出的特点是传输速率高和费用低。鉴于利用4G的运行速度快、运行成本低， 建议尽可能地利用4G传输。目前4G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。

▋方案总结

随着物联网、工业无线通信等相关行业发展，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。才茂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，与水利行业的企业深入合作，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，为行业内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。