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一、國家政策
2021年水利部印發(fā)了《全國山洪災(zāi)害防治項目實(shí)施方案（2021-2023年）》，提出“到2023年，山洪災(zāi)害防治體系進(jìn)一步健全，監(jiān)測預(yù)警能力進(jìn)一步提升，努力補(bǔ)齊山洪災(zāi)害防治當(dāng)前存在的明顯短板”的建設(shè)目標(biāo)。
二、系統(tǒng)介紹
山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由水位站、雨量站、無線預(yù)警廣播與入戶報警器通過無線連接和視頻會商系統(tǒng)組成。設(shè)置有黃色、橙色、紅色三個預(yù)警級別，當(dāng)水位上升到水位站傳感器設(shè)定報警水位時會及時產(chǎn)生報警信號，無線預(yù)警廣播和入戶報警器接收信號并進(jìn)行報警，同時雨量和水位信息也會通過 GPRS/4G 傳送到系統(tǒng)平臺，可以通過視頻系統(tǒng)觀察具體信息。
三、系統(tǒng)原理
1、水雨情系統(tǒng)
河湖、澇區(qū)的水位和降雨對山洪災(zāi)害直接產(chǎn)生影響。而水位的高低很大原因受降雨量的大小而決定的。水雨情監(jiān)測擬選擇一體化水雨情監(jiān)測站，對水位和雨量進(jìn)行監(jiān)測，具有雨量和水位數(shù)據(jù)智能采集，長期固態(tài)存儲和遠(yuǎn)距離傳輸功能。監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過GPRS/4G/5G，沒運(yùn)營商信號的時候可采用北斗衛(wèi)星通信方式傳輸?shù)街行念A(yù)警平臺。儀器主要結(jié)構(gòu)、功能及工作原理如下：
儀器結(jié)構(gòu)
一體化水位監(jiān)測站由太陽能電池板、置電池、遙測終端機(jī)、雷達(dá)水位計、雨量計、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、充放電控制器及一體化安裝支架組成，提供多種電源管理模式，可實(shí)現(xiàn)低功耗工作模式下的雙向通信，并具有出色的防雷特性。
主要功能
具有大容量FLASH存儲，數(shù)據(jù)可以存儲5年以上。采用太陽能供電方式，極低功耗控制，在無日照情況下，能正常工作30天。具有GPRS/北斗通信，支持多中心工作模式，遙測站可向多達(dá)4個中心站發(fā)送數(shù)據(jù)，每個中心可擁有二種通信信道且互為備份。
支持自報、自報—確認(rèn)、應(yīng)答三種數(shù)據(jù)通信方式，三種通信方式可混合組網(wǎng)。支持掉電、休眠、永久在線三種電源管理模式。支持遠(yuǎn)程喚醒，響應(yīng)中心命令。在監(jiān)測站休眠狀態(tài)下，中心可以隨時喚醒終端機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、讀取任意時段自記數(shù)據(jù)或修改監(jiān)測站配置信息等工作。
工作原理
翻斗式雨量傳感器是一個機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng)一斗室接水時，另一斗室處于等待狀態(tài)，當(dāng)所接雨水容積達(dá)到預(yù)定值時，由于重力作用自己翻倒，處于等待狀態(tài)。
雷達(dá)水位計傳感器是24G高頻雷達(dá)式水位測量儀表，測量最大距離可達(dá)70米。天線被進(jìn)一步優(yōu)化處理，新型的快速的微處理器可以進(jìn)行更高速率的信號分析處理，使得儀表可以用于非常復(fù)雜的測量條件。
高頻微波脈沖發(fā)射較窄的微波脈沖，經(jīng)天線向下傳輸，微波接觸到被測介質(zhì)表面后被反射回來，再次被天線系統(tǒng)接收并將其傳輸給電子線路部分自動轉(zhuǎn)換成水位信號。(因為微波傳播速度極快，微波到達(dá)目標(biāo)并經(jīng)反射返問接收器這一來問所用的時間幾乎是瞬間的)。
由數(shù)據(jù)采集遙測終端機(jī)接收信號，通過GPRS、CDMA或北斗衛(wèi)星短信等將其傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器，從而實(shí)時記錄水庫水位和雨量的數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測軟件來實(shí)現(xiàn)對水庫水位和雨量實(shí)時的監(jiān)測。
2、無線預(yù)警廣播系統(tǒng)
無線預(yù)警廣播系統(tǒng)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，將預(yù)警信息及時準(zhǔn)確地發(fā)送到現(xiàn)場進(jìn)行廣播預(yù)警。
預(yù)警信息通過指揮中心發(fā)布。通過麥克風(fēng)等本地預(yù)警或電話、短信群發(fā)、GPRS等遠(yuǎn)程預(yù)警方式向需要預(yù)警區(qū)域的預(yù)警廣播發(fā)布預(yù)警信息，預(yù)警廣播實(shí)時將接收到的預(yù)警信息進(jìn)行廣播預(yù)警,有關(guān)單位，根據(jù)防御預(yù)案組織實(shí)施。另外，在主控中心平臺上，可對所有設(shè)備進(jìn)行靈活地、隨時地分組管理，分組、分區(qū)域、分時段預(yù)警，及時準(zhǔn)確地將預(yù)警信息發(fā)布到相應(yīng)區(qū)域。
在通信暢通時，預(yù)警信息發(fā)布單位或責(zé)任人還可利用語音電話、手機(jī)、手機(jī)短信等及時向下發(fā)布預(yù)警信息，各級根據(jù)接收的預(yù)警信息，按照預(yù)案采取相應(yīng)的措施。
在無通信網(wǎng)絡(luò)（或通信網(wǎng)絡(luò)中斷）時，根據(jù)當(dāng)?shù)仡A(yù)警設(shè)置配置的情況和河流洪災(zāi)的危險情況，按照預(yù)案中事先確定的報警信號，利用麥克風(fēng)喊話、預(yù)置預(yù)警信息等本地預(yù)警方式，或使用手搖報警器、鳴鑼、啟動報警器等方式，向災(zāi)害可能威脅區(qū)域發(fā)送警報。
若現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)較差，也可采用衛(wèi)星、無線電臺的方式進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)預(yù)警通知?？赏卣怪鲝恼荆捎谜{(diào)頻廣播的方式擴(kuò)大預(yù)警范圍，由主站通過調(diào)頻方式把預(yù)警信息發(fā)送到各個從站進(jìn)行，通過廣播喇叭通知。
（1）、中心預(yù)警方式
當(dāng)預(yù)警中心系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息的時候，可以以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)語音、手機(jī)或短信方式將預(yù)警信息發(fā)送到各個終端設(shè)備。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
GPRS中心系統(tǒng)預(yù)警
GPRS方式預(yù)警是指由安裝于預(yù)警現(xiàn)場的預(yù)警終端設(shè)備連接架設(shè)于中心控制機(jī)房的預(yù)警中心系統(tǒng)平臺，由中心系統(tǒng)對預(yù)警終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的無線分組管理及預(yù)警發(fā)布等?？蓪?shí)現(xiàn)對預(yù)警終端設(shè)備的分組管理，分組預(yù)警，及時準(zhǔn)確地將預(yù)警信息發(fā)布到預(yù)警區(qū)域。預(yù)警廣播終端接收到預(yù)警中心系統(tǒng)的預(yù)警信息后，通過TTS模塊將文字轉(zhuǎn)為語音的形式并通過高音喇叭播放出去，達(dá)到預(yù)警的目的。
同時還具有白名單設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)緊急手機(jī)、電話的遠(yuǎn)程實(shí)時人工喊話預(yù)警，將預(yù)警信息及時傳達(dá)到需要預(yù)警的區(qū)域。
由于單獨(dú)的GPRS方式預(yù)警可能存在的問題，如：服務(wù)器故障、網(wǎng)絡(luò)故障等原因?qū)е滦畔o法及時發(fā)布，很可能會造成人民群眾的生命及財產(chǎn)損失。為了確保預(yù)警信息能及時、準(zhǔn)確地發(fā)布到需要預(yù)警的區(qū)域，我們需要另外多種遠(yuǎn)程預(yù)警方式來做備份，即短信預(yù)警方式。
短信平臺預(yù)警
短信平臺方式是指在主控中心架設(shè)一個短信平臺，短信平臺可以與預(yù)警中心平臺聯(lián)動或獨(dú)立，由預(yù)警中心平臺產(chǎn)生預(yù)警信息或者由短信平臺編輯預(yù)警信息，并通過短信貓進(jìn)行短信群發(fā)預(yù)警，這種方式可以作為GPRS方式的備份通道，可安裝于備份服務(wù)器上，以實(shí)現(xiàn)兩種通道相互備份。
通過以上兩種組網(wǎng)方式，可以很好地實(shí)現(xiàn)預(yù)警信號及時覆蓋全區(qū)域，及時準(zhǔn)確發(fā)布預(yù)警信息。
（2）、調(diào)頻廣播主從站方式預(yù)警
由于現(xiàn)場可能沒有覆蓋運(yùn)營商信號，而提出調(diào)頻廣播方式預(yù)警，通過調(diào)頻廣播的形式把預(yù)警信號覆蓋到運(yùn)營商信號達(dá)到不了的地方。傳輸距離受實(shí)際現(xiàn)場影響，若無遮擋可達(dá)6-7公里，有樹林等遮擋的話一般2-3公里。
這種預(yù)警方式是主從站方式，由主站設(shè)備發(fā)出預(yù)警信息，通過車載臺或FM調(diào)頻發(fā)射機(jī)將預(yù)警信息以無線電的方式發(fā)送到遠(yuǎn)端的預(yù)警廣播從站，從站接收主站發(fā)送來的預(yù)警信息并進(jìn)行廣播?？梢詫?shí)現(xiàn)多級預(yù)警、范圍預(yù)警，同時還可連接預(yù)警中心平臺實(shí)現(xiàn)GPRS遠(yuǎn)程預(yù)警。這種方式與車載臺方式類似，只是發(fā)射頻率不同，可根據(jù)現(xiàn)場情況來決定使用哪種方式。
（3）、本地預(yù)警
預(yù)警廣播一體站
預(yù)警廣播一體站是一款集手機(jī)語言、3G/4G/5G/NB-IOT 通信、 短信、LoRa/藍(lán)牙通信、有線網(wǎng)絡(luò)和大功率擴(kuò)音廣播為一體的預(yù)警設(shè)備， 具有遠(yuǎn)程即時電話語音廣播擴(kuò)音、網(wǎng)絡(luò)流媒體語音合成告警、短信轉(zhuǎn)語音 廣播擴(kuò)音、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)語音告警、LoRa 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)告警、預(yù)置信息轉(zhuǎn)語音 告警、預(yù)置 MP3 音頻告警、感知采集閾值聯(lián)動告警、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信管理、 藍(lán)牙配置和廣播擴(kuò)音等功能，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于野外擴(kuò)音預(yù)警。
通過該本地預(yù)警廣播，可在本地實(shí)現(xiàn)廣播和聲光報警提醒，提醒居民遠(yuǎn)離受災(zāi)地。
（4）、其他方式
利用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流媒體語音合成告警、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)語音告警。同時還可通過LoRa網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)告警，通過本地麥克風(fēng)喊話喇叭放大進(jìn)行告警，適合放置于村委會等地區(qū)，也可以前預(yù)置信息、MP3音頻，一旦發(fā)生預(yù)警直接轉(zhuǎn)語音告警或發(fā)送相關(guān)預(yù)置短信預(yù)警。
3、視頻監(jiān)控系統(tǒng)
視頻站點(diǎn)可配合其他站點(diǎn)使用或者單獨(dú)使用，用來監(jiān)測現(xiàn)場的實(shí)景情況，滿足可視化的監(jiān)測需求。采用監(jiān)控視頻探頭進(jìn)行監(jiān)測，可進(jìn)行抓拍或移動物體監(jiān)測，視頻或圖片通過設(shè)備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，可接8路視頻。視頻可定制聯(lián)動預(yù)警廣播，一旦進(jìn)行廣播預(yù)警可觸發(fā)監(jiān)控視頻開啟，平時處于休眠狀態(tài)。
站點(diǎn)建設(shè)在河道旁邊或一些需要重點(diǎn)監(jiān)控的場地，選點(diǎn)以能看到要監(jiān)測的點(diǎn)為準(zhǔn)。根據(jù)需求選擇視頻監(jiān)控頭——若無需實(shí)時監(jiān)測，又需低功耗，則采用串口攝像機(jī)即可；若需實(shí)時監(jiān)測查看，則采用球機(jī)、槍機(jī)攝像機(jī)。
站點(diǎn)組成：包括一體式立桿、防水箱、太陽能充電板、蓄電池、充放電控制器、串口攝像頭/槍機(jī)/球機(jī)、通訊遙測終端、避雷裝置及其他輔材、基座等。
四、系統(tǒng)功能
1、實(shí)時水雨情、工情信息綜合查詢統(tǒng)計分析;
2、多調(diào)度預(yù)案對比分析計算，并提供三維防洪調(diào)度仿真和推演;
3、內(nèi)嵌各種防洪調(diào)度專業(yè)計算模型可供選配;
4、結(jié)合洪水風(fēng)險圖、防洪概化圖進(jìn)行GIS展現(xiàn)和分析;
5、系統(tǒng)支持流域洪水聯(lián)合調(diào)度模型、支持水庫和蓄滯洪區(qū)等；
6、水利工程的運(yùn)用和調(diào)度模型，支持潰壩、潰堤等水利工程運(yùn)用的實(shí)時調(diào)度計算和場景模擬;
7、多層次水雨情監(jiān)測分析;
8、靈活的監(jiān)測預(yù)警方式，完整的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案;
9、基于GIS的可視化內(nèi)容豐富多樣、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定;
10、提供可定制的預(yù)警評估模型;
11、提供并預(yù)留其他業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)的服務(wù)接口，可擴(kuò)展定制。
