基于GPRS無線網絡-山洪地質災害防御解決方案

   我國是一個多山的國家，山丘區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，導致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。“滑坡”、“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。

   2010年10月12日，國家發展改革委副主任杜鷹、*副部長汪民、*副部長矯勇、國家*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，為行業內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
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。
各偵測點終端數據采集設備對各項水文數據進行實時偵測，如單位時間內的降雨量、降雨強度、水位、河流水速、水庫放閘水速、水量等。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送到預警中心系統，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、語音、短信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立山洪災害防預系統，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軟硬件平臺。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。

   山洪災害預警系統主要由三部分組成：水情監測系統、預警中心系統和預警發布終端系統。

2．2．1水情監測系統
   水雨情監測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，為預警中心系統提供各項災害數據。

2．2．2預警中心系統
   預警中心系統主要任務是進行數據信息匯集、綜合分析，根據分析結果做出預警決策，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，zui大限度地減少人員傷亡及人民群眾的財產損失。

   預警中心系統由計算機網絡子系統和數據庫子系統組成。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預警信息發布終端系統
   預警信息發布終端子系統的主要任務是將中心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zui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圖,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zui原始水文數據。
監測終端設備大部分分布在災害易發現場，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IP Modem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，并采用金屬外殼使設備能在各種惡劣環境條件下不易受到損害，能在山洪災害發生地區保持著穩定的工作狀態。監測終端設備包括各種數據采集器和IP Modem（dtu）。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、水位、河流水速、水庫放閘水速、水量等各種水文數據。數據采集終端通過RS-232或RS-485線與IP Modem（dtu）連接。

   汛期階段，IP Modem（dtu）將處于長期在線的工作狀態，時刻通過GRPS網絡與控制中心保持連接，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，隨之而來的問題就是將會對設備的維護帶來很大的工作量，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IP Modem（dtu），能夠保證IP Modem在受外界因素影響而出現故障時能夠自動恢復通信，網絡掉線后設備自動再次連接，保證與控制中心的連通性。當IP Modem偵聽到采集終端發過來的數據時，立刻采用透明傳輸的方式將數據上傳給控制中心，為控制中心提供zui原始的災情數據，以便控制中心及時對災情做出正確的判斷。

   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IP Modem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*進入休眠狀態。同時移動手機終端也可通過短信方式對IP Modem（dtu）配置參數進行修改。通過這樣的模式可以很大程度地降低設備功耗節能減排。

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屏等方式通告險情區域內的相關人員與群眾及時采取防患措施，將危害降到zui低。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IP Modem 、控制器、功放設備、喇叭、LED顯示屏等設備。IP Modem有三種通信方式接收預警信息。*，通過GPRS網絡與控制中心保持連接，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，控制中心和終端可通過短信的方式向預警終端發送修改配置指令和發布預警信息。控制器內存儲著IP Modem*拔入的號碼池和各種災害信息播放錄音。

   IP Modem通過RS-232/RS-485與控制器連接，IP Modem（dtu）將從控制中心所獲得的預警信息提交給控制器進行分析；控制器將從IP Modem（dtu）獲得的預警信息分析后，對功放設備發出指令，使功放設備與音頻設備進入準備播放狀態，同時根據分析結果播放本地錄音預警消息。功放設備通過音頻線與IP Modem（dtu）、喇叭連接，通過控制線與控制器連接。

   當控制中心發出預警信息之后，IP Modem（dtu）有三種獲得的預警信息的方式。*，通過GPRS網絡平臺直接從控制中心獲取；第二，通過短信通道；第三，語音通話的拔入。控制中心或可直接向IP Modem發出相應的預警信息，IP Modem（dtu）將獲得的信息移交給控制器處理，控制器根據預警信息的內容、災害等級觸發啟動功放設備，并按設定程序播放相對應的廣播錄音。當出現緊急災害情況下，控制中心的或可直接拔通終端IP Modem（dtu），IP Modem（dtu）將提取拔入號碼并發送至控制器，控制器接收拔入號碼后，將其與本地*號碼池進行對比，如果拔入號碼在*池內有定義，則發送接聽命令至IP Modem，IP Modem接收到接聽指令后執行指令，通話正式接通，同時控制器控制功放與音響設備進入準備播放狀態，此時通話對端可直接進行語音預警通告。

2．5無線通信設備功能
   鑒于上述系統設計的需求，對無線通信終端不僅需要數據傳輸的基礎功能，還必須具備短信及語音功能，能達到數據、短信、語音三通道的傳輸方式。廈門四信通信的IP Modem產品功能與性能設計與防洪防災領域的應用緊密結合，具有智能防掉線、短信通道、語音通道、高可性加密等功能，實現數據穩定傳輸、數據安全傳輸。

2．6傳輸網絡的選擇
   GPRS，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
   以實踐證明，GPRS無線數據傳輸系統是一種“性價比”較高的通信方式。經“統一規劃，分布實施”，GPRS技術將使通訊更加穩定，準確快捷，并取得良好的效益。

   利用GPRS網絡，以及所提供的數據服務，借助于四信通信的GPRS通訊產品，能夠順利完成各級山洪預警系統中的監測終端的數據傳輸和預警信息的傳送，為山洪災害的及時監測、預警、預報，以及決策會商和指揮工作提供了順暢、快捷、穩定可靠的通信信道。大量節省了傳統預警方式的人力物力，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間。

   廈門四信通信經過多年的努力，已推出多個系列的無線通訊終端，在水利、氣象、電力、環保、交通、金融等多個行業項目中應用與推廣，并得到客戶的高度肯定。