深圳宏电无线山洪预警解决方案

　　一、    概述

　　我国是山洪灾害极其频繁严重的国家，每年汛期由降雨引发的山洪、泥石流、滑坡都造成了大量人员伤亡和财产损失，全国2100多个县级行政区中有1500多个在山区。根据相关统计，有7400万人不同程度地受到山洪、泥石流、滑坡灾害的威胁。

　　山洪灾害一般是在一定强度或持续的降雨和特殊的地形地质条件下发生的，有突发、易发、多发、破坏性大、防御困难的鲜明特点，往往会对局部地区造成毁灭性灾害。
解决山洪灾害有两种办法：一是治，采用修水库，建堤防等工程措施；二是防，在灾害即将发生时及时撤离人员，也就是洪涝灾害的预警。

　　深圳宏电推出最新的无线减灾预警系统，是一款基于GPRS/GSM等移动网络进行数据或者语音通信的智能系统，可通过GPRS数据、文字短信息、本地模拟对讲或者电话呼叫等通讯方式获取预警信息并进行广播。该系统广泛应用于水利、气象、地质灾害等行业，能进行预警电话广播、信息语音预报和本地广播预报。

　　二、    系统组成

　　山洪灾害预警是在监测信息采集及预报分析会商决策的基础上，根据预警信息危急程度及山洪可能危害范围的不同，选取适宜的预警程序和方式，将预警信息及时、准确地传送到山洪可能危及的区域，从而使得接收预警的区域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。 
 

预警系统结构及功能图

　　预警系统主要包括预警信息的获取和预警信息的发布：
　　（1）根据预警信息的获取渠道不同，分为从基于平台的山洪灾害防御预警系统获取信息和群测群防获取信息两种途径。
　　（2）预警信息的发布主要由山洪灾害防御指挥部门或者群测群防监测点上的监测人员通过预警信息传输网络完成。

　　三、 预警体系

　　1.预警机制
　　山洪灾害为局部区域性自然灾害，多以小流域为发生单元，考虑到小流域之间的地形地貌、地质、植被、防治山洪工程等情况的不同导致山洪预警降雨临界值的取值也不同的特点，所以按小流域划分山洪预警单元。以小流域为预警单元能更真实反映山洪灾害形成的自然规律特点，预警具有时间、空间的准确性，惊扰非受灾区居民的程度能减小到最低程度。以小流域为山洪预警单元，向流域内危险乡镇、村发布预警信息，形成小流域与乡镇、村相结合的山洪预警体系。

　　山洪预警系统服务对象为山洪灾害威胁区的城镇、乡村、居民点、学校、工矿企业等。预警内容主要包括：暴雨洪水实时监测信息；降雨、洪水位是否达到了临界值；水库及区域降雨、水位监测信息；可能发生泥石流或滑坡的监测和预报信息；山洪警报、抢险救灾及居民迁移安置调度指令等。

　　2．预警指标
　　预警指标是指触发山洪灾害的雨、水量临界值。山洪灾害预警条件、预警时间以是否接近、达到、超过临界雨量和成灾水位为主要的依据。
　　预警指标的确定通过分析现有历史灾害、雨量、水位资料计算得到。

　　（1）临界雨量

　　在一个流域或区域内，降雨量达到或超过某一量级和强度时，该流域或区域可能发生山溪洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害，这时的降雨量或降雨强度，称为该流域或区域的临界雨量。临界雨量是及时发布山洪灾害警报的基本依据。

　　山洪灾害预警分为外部预警和内部预警。外部预警的临界雨量值设为三级，分别是黄色预警临界雨量、橙色预警临界雨量以及红色预警临界雨量。内部预警是对值班人员的预警，可设置为接近外部预警临界值时预警，预警临界值分流域分级别设置。

　　由于小流域山洪灾害点的临界雨量分析计算是一项复杂的工作，建议组织力量进行此项工作的研究，成立预警指标研究项目组，对各小流域的情况进行调查分析，确定各小流域临界雨量值。

　　研究成果将对提高预警预报准确率提供有力的支持。随着资料的积累及灾害的发生，临界雨量应不断进行校核与修订。

　　（2）成灾水位

　　溪河水位预警值是根据历史山洪灾害发生时溪河水位变化情况确定，可将上游水情变化作为判断是否对下游造成山洪灾害的主要预警依据。成灾水位应根据水文观测资料进行校核与修订。

　　河道水位站预警也分三级预警，当河道水位超过警戒水位、保证水位或历史最高水位时，向相关防汛责任人、下游沿河危险区居民等发出相应级别的预警信息。当水位接近警戒水位时向值班人员发出内部预警信息，提醒值班人员注意。

　　3.预警模型

　　1、自动预警

　　预警系统提供系统自动预警功能，当某监测站降雨强度（30分钟、1小时、3小时、6小时、12小时）超过该站所在流域临界雨量时，系统将自动启动预警系统，自动对流域内相关各级防汛责任人发送预警信息。

　　临界雨量可分级设置，包括黄色预警临界雨量、橙色预警临界雨量以及红色预警临界雨量。各级预警降雨临界值在预警系统中可分流域设置。根据今后各年实际降雨成灾情况，可逐步修改以求更加科学准确地预警，系统提供预警模型维护功能。当某流域降雨强度（30分钟、1小时、3小时、6小时、12小时）超过黄色（橙色、红色）预警临界雨量时，系统自动发布黄色（橙色、红色）预警信息。当某流域降雨强度（30分钟、1小时、3小时、6小时、12小时）接近黄色预警临界雨量时，系统对值班人员发出值班提醒信息。

　　2、手动预警

　　预警系统提供手动预警功能，手动预警可自由选择预警级别、短信内容以及发送人群等，广播系统可自由喊话，给危险区发布各种预警信息。
　　当预报有强降雨发生，降雨可能接近或达到临界雨量，或者预报水位可能接近或达到成灾水位，将可能发生山洪灾害时，发布Ⅲ级（黄色）预警信息。
　　当已有强降雨发生，预报降雨可能达到临界雨量，降雨还将持续，或者预报水位可能达到成灾水位，山洪灾害即将发生时，发布Ⅱ级（橙色）预警信息。
　　当已有强降雨发生，实测降雨接近或达到临界雨量，且前期降雨量接近山洪形成区土壤饱和含水量，预报降雨将持续，实测水位接近或达到成灾水位，水位仍在上涨，将发生严重山洪灾害时，发布Ⅰ级（红色）预警信息。

　　4.预警流程

　　1、基于平台的山洪灾害防御预警流程

　　县山洪灾害预警系统的建立基于县级平台的山洪灾害防御预警系统，预警信息由该系统的预报决策会商子系统制作。县防汛指挥部门获取省、市防汛指挥部门发布的预警信息，各乡（镇）政府接收县级防汛部门发布或下发的预警信息，传输给村、组、户。紧急情况下县级防汛部门可直接对村、组发布预警信息。

山洪灾害预警预报通信传送和反馈流程示意图

　　2、群测群防山洪灾害防御预警流程

　　群测群防预警信息的获取来自县、乡（镇）、村或监测点。由监测人员根据从山洪灾害防御培训学习到的经验、技术和监测设施观测信息，发布预警信息。县防汛指挥部门接收群测群防监测点、乡（镇）、村的预警信息，逐级发布。各乡（镇）政府除接收县防汛部门发布或下发的预警信息，还接受群测群防监测点、村和堤防等水利工程监测点的预警信息。村、组接受上级部门和群测群防监测点、堤防等水利工程监测点的预警信息。
通过建立山洪灾害预警系统，预警信息和指令能在最短的时间内通过多种预警方式传递给各级防汛指挥人员以及山洪危险区人员，为保护人民的生命财产提供极大的保障。

　　5．应急响应
　　山洪灾害预警可实行黄、橙、红三色预警响应机制。当发出黄色预警时，县、乡（镇）防讯部门应进入临战状态，随时收集了解雨、水情信息，密切关注山洪灾害的发展状态，及时与村委会保持联系。当发出橙色预警时，县、乡（镇）、村责任人应进入备战状态，密切关注雨、水情信息与山洪灾害的发展状态，积极做好居民群众紧急转移的各项准备工作。当发出红色预警时，县、乡（镇）、村、组责任人应紧急动员，及时组织人民群众脱险转移，避免人员伤亡。如出现超历史的特大暴雨、滑坡隐患出现崩塌前兆特征等紧急情况时，监测信息负责人可直接向居民群众发出紧急预警避险信息，并同时向乡（镇）防汛指挥部报告。

　　6．预警信息发布
　　山洪预警信息发布方式分为通信网络畅通下的预警发布方式和无通信网络（或通信网络中断）下的预警发布方式两种情况。目前常用的预警方式有语音电话、电视媒体、网络媒体、手机短信、预警广播、报警信号（如信号弹、报警器等）等现代预警手段与喇叭、鸣锣、烟火、人员喊话等传统预警方式。

　　通信网络畅通时，预警信息发布单位或责任人利用Internet公网、语音电话、手机通话、手机短信、有线电视、广播等及时向下发布预警信息，各级根据接收的预警信息，按照预案采取相应的措施。

　　在无通信网络（或通信网络中断）时，根据当地预警设备配置情况和山洪灾害危险情况，按照预案中事先确定的报警信号，利用发送信号弹、鸣锣、启动报警器和无线广播、高音喇叭喊话等方式，向灾害可能威胁区域发送警报。

　　系统配置一台短信发送设备，提供预警信息发送服务，并支持长短信的收发。

　　在内部预警、预警发布、启动响应过程中，系统通过移动短信通知防汛负责人员，短信的内容根据预警信息自动生成。其中，短信子系统能及时并发处理大量的短信收发功能(短信系统支持长短信)。

　　系统提供以WEB方式实现的短信操作平台，防汛工作人员可以随时通过平台发送其它自定义的工作短信。

　　县山洪灾害预警系统建立短信预警发布平台和无线广播预警发布平台，在一定的条件下自动发送山洪灾害预警信息。

　　为保证预警信息的发送，在各应用点配置短信相关设备，建立预警信息发送平台。 
 

预警信息平台工作流程图

　　（1）短信预警信息发布
　　县防办指挥中心开通1个专用的山洪灾害预警短信网关，利用山洪灾害预警决策支持系统，按照小流域和村组相结合的思路，依照预警条件和级别，可自动实现预警信号以短信群发的方式通知相关人员，并提供手动发送预警短信或其它短信功能。短信网关要求支持联通、移动或小灵通手机，具有专用特服号码，速度快、效率高。

　　（2）广播预警信息发布
　　采用无线调频广播进行灾情预警，即通过在山洪灾害重点防治区建立无线语音广播系统进行灾情预警发布。
　　县山洪灾害监测预警平台通过诸如语音电话、短信等方式将预警信息下达到相关村镇防汛值班人，再由村镇防汛值班人通过村镇广播中心主站发布山洪预警信息到所辖村组。
　　配置在乡镇防汛值班室的广播预警设备主要包括无线广播控制主机、预警信息接收装置（如语音电话、GSM短信接收机）以及大功率高音喇叭等报警装置。系统采用一主多从方式，即一个广播主站带多个广播终端机。广播主站通过各种预警信息接收装置获取预警信息，再通过无线调频装置控制多台分机进行预警广播。

　　（3）群测群防预警
　　群测群防预警由监测人员根据从山洪灾害防御培训学习到的经验、技术和监测设施观测信息，发布预警信息。预警方式可采用敲锣、吹哨、启动手摇报警器、人员喊话等传统预警方式，也可使用广播终端的本地喊话、对讲喊话等功能，或采用电话向上报上级防汛指挥机构。同时，乡镇或村（组）灾害防御责任人要按照预案确定的方式和要求，组织危险区群众疏散转移或抗灾自救。

   7．预警信息设计

　　山洪灾害预警系统通过对各种监测信息的统计分析，能及时对其作出反应，当降雨达到预警级别时自动启动预警系统，可对各级防汛指挥机构、防汛成员单位以及危险区群众发布预警短信息，同时启动危险区预警点广播预警系统，及时通知山洪危险区群众做好防灾避灾准备。

　　自动预警信息的内容可预先录制和定义，在管理系统中可根据情况进行修改，手动预警信息可实时自己编制。
　　（1）手机短信方式预警（自动）
　　三级（黄色）预警：县防汛办发布xx流域山洪灾害黄色预警，xx站当前1h（或3h、6h、12h）降雨达到xx mm，请危险区人员提高警惕，注意防范。
　　二级（橙色）预警：县防汛办发布xx流域山洪灾害橙色预警，xx站当前1h（或3h、6h、12h）降雨达到xxmm，请危险区人员做好撤离准备。
　　一级（红色）预警：县防汛办发布xx流域山洪灾害红色预警，xx站当前1h（或3h、6h、12h）降雨达到xxmm，请危险区人员迅速撤离到安全地区。

　　（2）语音广播方式预警（自动）
　　三级（黄色）预警：请注意，xx流域xx站当前1h（或3h、6h、12h）降雨达到xxmm，请危险区人员提高警惕，注意防范。
　　二级（橙色）预警：请注意，xx流域xx站当前1h（或3h、6h、12h）降雨达到xxmm，请密切关注雨情和山洪情况，做好危险区人员财产撤离准备。
　　一级（红色）预警：请注意，xx流域xx站当前1h（或3h、6h、12h）降雨达到xxmm，可能暴发山洪、泥石流，请所有危险区人员迅速撤离到安全地区。
　　手动预警信息可根据实际情况实时编制，广播预警可直接喊话，对山洪灾害危险区居民发出预警通知。

　　四、预警信息传输通信网设计

　　山洪灾害预警通信主要负责向受山洪灾害威胁的城镇、乡村、居民点等及时、准确地发布气象水文情报、山洪警报和撤离指令等，同时及时收集反馈信息。由上逐级下传的预警信息最终要通知到受威胁的居民点和单位。预警通信系统的总体要求是覆盖面广、实时性强、畅通率高、系统稳定可靠。

　　预警信息的传输路径一般为：县山洪灾害防御指挥部→乡（镇）→行政村→组→户。如遇紧急情况（强降雨、洪水陡涨等），村可直接报告县级山洪灾害防御指挥部和街道、乡（镇）山洪灾害防御指挥机构，并可直接向受威胁的居民和单位发布预警。
 
　　(1) 防办与主要防汛成员单位的通信
　　县防办同县水利局、县委、县政府、县武装部、武警中队、县气象局、县国土局等防汛成员单位可通过电话、互联网进行通信。

　　（2）县与乡（镇）预警通信
　　县山洪灾害防御指挥部通过数据汇集及预警平台以短信、电话和广播的形式自动向受山洪灾害威胁的乡（镇）、村发送预警信息。山洪灾害防御指挥部与移动通信部门建立可靠通信，选用专线连接。

　　（3）乡（镇）与村之间预警通信
　　乡（镇）与村之间预警信息传输主要通过预警广播系统、程控电话和移动电话传送预警信息。当所有通信遭山洪破坏而失效无法与外界联络时，乡（镇）、村可利用现有的交通工具，采用人力口头传递预警信息，通知受山洪威胁的居民撤离和转移。
对于人口居住较分散的村、组可使用锣、火把、信号弹和人力传递等传统的报警传输方式发警报，需在乡（镇）及所管辖的村配置手摇警报器、高音喇叭、对讲机、锣、鼓、号等报警设备。

　　五、预警设施组成

　　1.短信预警发布平台
　　预警信息发布作为放置在县防汛部门的一个独立系统，是整个山洪灾害监测预警系统的喉舌，常用的预警信息发布方法包括广播、电话、短信、GPRS等等，这些方法都可以在本系统中应用。

　　随着中国移动通信行业的高速发展，移动通信用户迅速增长，手机已成了人们不可或缺的通讯设备，手机短信作为一种实用、方便、廉价的通信手段赢得了中国广大手机用户的钟爱。所以本设计除选用语音电话实现预警信息下达外，山洪预警信息采用短信方式进行预警信息发布是一种最经济、实用、有效的方法。

　　县级防汛指挥部设立短信平台实现定点区域人员发送。短信平台通过预警系统分析引擎能自动生成内置基本短信内容及收件人。短信机要求能在短时间内发出大量短信，设备性能稳定，与计算机连接良好并具自动启动、群发等功能。支持移动、联通、电信等运营商用户。

　　设置在防汛指挥部的预警短信发布平台主要由预警短信平台装置（包括GSM短信通信装置）和预警短信平台管理软件组成。
预警短信平台装置的主要功能为：
　　短信预警系统和决策支持系统连接，支持自动发送预警短信和手动发送短信功能；
　　支持 GSM MODEM（串口、USB 口、PCI 接口）、短信猫池（串口、网口）、短信猫、短信网关接入；
　　能在很短的时间内（不超过10分钟）向所有预警对象发出预警短信；
　　预警短信平台管理软件的主要功能为：建立预警短信接收发送系统，建立预警对象数据库，软件能实现自动预警和手动预警。
　　预警对象数据库按照预警人员的单位、级别进行分类，主要包括：
　　县防办值班人员
　　县防汛指挥部人员
　　县防汛成员单位防汛负责人
　　各乡（镇、街道）防办值班人员
　　各乡（镇、街道）防汛指挥部人员
　　各村级防办值班人员
　　各村级防汛指挥部人员
　　沿河易受淹地区乡镇、村组防汛负责人

　　自动预警是指系统在对监测信息进行自动统计和分析后，按照预警条件和级别自动分析寻找预警对象，向其自动发送预警信息。鉴于报警安全考虑，通常不采用或少采用这种报警信息下发功能。

　　手动预警是指系统在对监测信息进行自动统计和分析后，按照预警条件和级别在本地发出预警声警示，由系统管理人员根据预警信息内容和预警对象，向其发送预警信息。预警信息输入页面要求使用方便，操作简单，预警对象的选择要求可实现群选，也可实现选择到人，同时还具有临时添加预警对象的功能。

　　在县防办准备对讲机，作为现场应急指挥和通讯使用。

　　2．无线广播预警系统

　　在山洪灾害高频发地区，利用无线广播预警系统进行预警是一种非常有效的方法。预警设备在接受到预警信息后，能够在本地及时通过户外高音喇叭发出警报，提前通知相关村民做好防范措施，减小损失。无线广播预警分为两种方式：一是GSM短信预警；二是调频广播预警。
    
　　广播系统以村为单位建设，即在防治区所辖系统村委值班室配置一套预警广播主站系统，下辖的各村组配置预警广播终端机。这种方式具有很好的扩展性，扩充费用低，特别适合于处于同一个山洪灾害危险区的比较分散、集中院落多、距离较远（依据广播主站系统的发射功率，有效距离可在5-10km）的村组。调频广播预警系统配合GSM短信通信方式，将会产生更加完美的预警信息发布效果，更加强此预警发布方案的可靠性，尤其是当GSM网络被部分破坏后调频广播将发挥巨大作用。当流域的降雨强度超过预警临界值后，县山洪灾害监测预警平台能够通过GSM短信发布预警信息到各村组的预警终端机和广播主机上，由终端机和广播主机将告警信息通过室外喇叭广播给所在地的居民；同时广播主机也会将告警语音用调频广播的方式发射出去，如果此时由于GSM网络被破坏有个别终端机接收不到县广播预警平台发过来的短信，就可接收到广播主机用调频广播的方式发过来的信息。
预警广播系统主站和终端机通常均采用交流供电，必要时可考虑配置不间断电源或太阳能供电系统作为备份供电装置。

　　六、    关于宏电

　　深圳市宏电技术股份有限公司是专业从事M2M（Machine to Machine，Man to Machine）、物联网（the Internet Of Things）产品与解决方案研究、开发、销售和工程技术服务的国家高新技术企业。早在2002年5月就在国内第一个发布了基于移动通信网络的M2M系列产品与解决方案，在电力、油田、煤矿、邮政、金融、环保、水利、交通、铁路、热力、路灯监控、税务、安防等行业得到了广泛的应用。2009年8月以来，物联网技术与产业发展迅速，宏电公司又率先推出了成套的物联网产品和典型应用解决方案。

　　宏电在M2M领域享有盛誉并积累了丰富的行业应用经验，M2M是物联网重要的组成部分，在M2M市场与产品成功的基础之上，积极开发物联网产品与应用方案。宏电物联网系列产品涵盖了传感器、物联终端、网络设备和应用平台，同时基于成套的物联网产品，并根据用户的实际应用需求，为用户定制开发物联网应用解决方案并提供交钥匙工程服务。