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物联网技术助力防汛抗旱信息化
引言
       我 国是一个多山的国家,山丘面积约占全国陆地面积的三分之二。伴随着社会的发展,人类活动的影响,山洪灾害事故发生频繁。山洪灾害的防治需坚持“预防为主, 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。随着物联网、工业无线通信等相关学科发展,山洪灾害预警系统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。
                     
一.物联网简介
物联网(Internet of Things),顾名思义,就是物物相连的互联网。物体通过装入传感器、射频识别设备、红外感应器、GPS或其他方式进行连接,然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网,最终形成智能网络,通过电脑或手机实现对物体的数据采集、科学分析与智能控制。

        2009年8月国家提出了“感知中国”概念,2009年11月物联网产业被列入国家五大新兴产业之一。2010年,温家宝在十一届全国人大三次会议上作政府工作报告时重点提出加快物联网的研发应用,物联网产业发展引起各方关注,物联网时代悄然来临。专家认为,“感知中国”是与美国“智慧地球”相提并论的高端战略。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》的“重大专项”、“优先发展主题”、“前沿领域”中,“传感器网络”赫然在列。物联网将是继互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮,是下一个万亿级的信息技术产业。

  物联网分为三个层次:一是传感网络层,即以二维码、RFID、传感器为主,实现对“物”或环境状态的识别;二是传输网络层,即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网(IPv6),实现数据的传输和计算;三是应用网络层,即输入输出控制终端,包括电脑、手机等终端。物联网结构图如下所示:


 物联网结构图
二、 山洪灾害预警系统项目分析
2.1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。各监测点数据采集设备实时或间隔采集各项水文数据,如雨量、水位、流速等,并通过GSM/GPRS/CDMA无线网络,将数据传到预警中心系统,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或语音形式向预警终端发出预警信息。

2.2 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设山洪灾害防预系统,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。

山洪预警系统主要由三部分组成:水情监测系统、预警中心系统及预警发布终端系统。


山洪预警结构
 
2.2.1水雨情监测子系统
水雨情监测子系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输等。监测子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,为预警中心子系统提供各项灾害数据。

2.2.2预警中心子系统
预 警中心子系统主要任务是进行数据信息汇集、综合分析,根据分析结果做预警决策,根据危急等级及山洪可能危害范围的不同,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。其可再分为计算机网络子系统和数据库子系统。

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接入方式。   


2.2.3预警信息发布终端子系统
预警信息发布终端子系统的主要任务是将中心子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,以最大限度的降低灾害带来的财产损失及确保人民群众的人生安全。  


2.3.4 系统组成
     根据系统构成分析,山洪灾害预警系统的总体拓扑如下图。整个系统包括前端水雨情采集系统、预警主控中心系统及预警信息发布系统三部分。
 
山洪预警组网图


三、物联网技术在山洪灾害防治中的应用方向及趋势
物联网体系架构中的传感网络层、传输网络层和应用网络层涵盖了山洪灾害预警系统的各个环节,为山洪灾害的数据采集、传输、决策及预警提供强有力的技术保障。

四 信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,深入研究工业无线通信、采集及预警产品在水利信息化、防洪抗旱信息化、 防洪防灾等领域的应用,逐步形成了以产品为基础,为行业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。
 
3. 1 前端水雨情采集系统  
前端水雨情采集系统,通过应用基于物联网M2M通信技术的无线RTU可实时采集现场水雨情信息,包括单位时间内的降雨量、降雨强度,河流水库的水位,河流水速,水库放闸水速、水量等各种水文数据。并通过GPRS/CDMA网络传输到预警主控中心,为主控中心提供原始水文数据。

水雨情采集点地域分散,分布在险情危地,自然环境条件恶劣,因此需要设备具有工业级设计。四信公司的无线RTU同时具备模拟量采集、数字量采集、开关量输出、继电器输出及GPRS/CDMA无线传输功能。同时还具备工业级设计、智能防掉线、远程参数配置(短信和GPRS/CDMA)、远程升级、高可靠性传输、加密安全传输、低功耗等特点。

在汛期阶段,无线RTU将处于长期的在线工作状态,时刻通过GPRS/CDMA网络与控制中心保持链接,保证与控制中心的连通性。无线RTU将数据采用透明传输的方式上报给控制中心,为控制中心提供最原始的灾情数据,确保控制中心对灾情做出判断。

当处于非汛期阶段,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无线RTU进行配置参数的修改,控制设备的活动状态、自主设定设备上下线时间、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无线RTU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。

3. 2预警信息发布系统
预警信息发布系统主要作用是将控制中心发出的预警信息以广播、LED屏等方式通告给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。主控制中心可通过三种通信方式向预警广播设备发出预警信息:GPRS/CDMA网络数据、语音、短信。

预警广播设备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。预警信息发布系统主要包括无线预警广播设备(包括主站设备、从站设备和单站设备)、喇叭、LED显示屏等设备。无线预警广播设备有三种通信方式接收预警信息,第一,通过GPRS/CDMA网 络与控制中心保持链接,实时侦听控制中心的预警通告;第二,通过语音通道,为紧急灾害情况提供直接语音通告;第三,通过短信通道,控制中心和移动电话终端 可通过短信的方式向预警广播设备发布预警信息。无线预警广播设备内存储着授权拔入的号码池和各种预制的灾害预警信息。对于没有GSM/GPRS/CDMA网络的区域,预警信息还可以通过调频网络传到预警现场。

无线预警广播设备获得预警信息并分析后,对功放设备发出指令,使功放设备与音频设备进入播放状态。

山洪灾害信息预警广播是山洪灾害预警系统的核心,它的稳定性可靠性对整个系统的成败起决定作用。四信公司遵循国家山洪地质灾害预警相关指导性文件,推出F9103山洪地质灾害无线广播预警系统。为政府监管部门提供雨水情数据采集、远程电话告警(手机或固话)、短信息合成语音告警、GPRS数据转语音告警、本地对讲机无线告警、本地麦克风喊话告警、预置信息转语音告警、预置MP3音频告警、音频线路输入告警等预警广播服务。

该产品系列包含F9103S(主站)、F9103C(从站)和F9103D(单站)。主站和从站配套使用,组成一个完善的预警广播网络。三个系列产品均可单独使用,独立完成预警广播功能。产品具有设计专业、通信可靠、功能强大、音质清晰、环境适应性强、性价比高等强大优势。

1、设计专业
    产品严格遵循《全国山洪灾害防治试点县实施方案编制大纲》、《山洪灾害监测预警系统设计方案指导书》、《全国山洪灾害监测预警系统建设技术要求》等国家山洪地质灾害预警相关指导性文件的要求进行研发,专业、标准。

2、通信可靠
通信坚强可靠是灾害监测预警的核心。四信通信系物联网无线通信骨干企业,具多年自主研发经验,通信产品获多项国家专利,确保系统通信可靠,灾害预警实时发布、稳定发布。

3、功能强大
    配置9种报警方式,全双工对讲,预设信息远程可控等旗舰功能

4、音质清晰
   高保真功放与大功率喇叭广播,确保音质强劲有力、清晰透亮,指向性强,传播面宽。

5、环境适应性强
   工业级可靠性设计、具有防潮、防风等功能,耐高/低温,环境适应性强。设备不受地形地貌的影响,只要有GSM/GPRS网络、固定电话的地方都可以远程和现场控制,每天可24小时不间断的连续运行,是应急预警的可靠平台。

6、性价比高
自主研发、性价比高,与国内外同类产品相比有较大的竞争优势。


山洪预警广播

三.总结
物 联网战略已上升到国家战略。物联网技术在防洪抗旱信息化中的应用也越来越广,为山洪灾害预警系统提供强有力的技术保障,为山洪灾害的及时监测、预警、预 报,以及决策会商和指挥工作提供了顺畅、快捷、稳定可靠的通道,大量节省了传统预警方式的人力物力,为山洪发生地的广大人民群众赢得宝贵的应急行动时间和 数据资料。


关键字: 防汛抗旱 技术

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