物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力防汛抗旱信息化

發(fā)布時間：2012-04-06 10:51:00

引言
       我國是一個多山的國家，山丘面積約占全國陸地面積的三分之二。伴隨著社會的發(fā)展，人類活動的影響，山洪災(zāi)害事故發(fā)生頻繁。山洪災(zāi)害的防治需堅持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”，通過建立一套具備完善預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警能力和應(yīng)急指揮能力的“山洪災(zāi)害防御系統(tǒng)”，在山洪到來之前能發(fā)出預(yù)警信息，讓相關(guān)部門迅速科學(xué)決策，保障民眾生命財產(chǎn)安全。隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)無線通信等相關(guān)學(xué)科發(fā)展，山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)通過引用相關(guān)領(lǐng)域新產(chǎn)品、新技術(shù)實現(xiàn)了災(zāi)害預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警、應(yīng)急指揮的智能化。

一.物聯(lián)網(wǎng)簡介
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)，顧名思義，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物體通過裝入傳感器、射頻識別設(shè)備、紅外感應(yīng)器、GPS或其他方式進(jìn)行連接，然后通過移動通信網(wǎng)絡(luò)或其他方式接入到互聯(lián)網(wǎng)，最終形成智能網(wǎng)絡(luò)，通過電腦或手機(jī)實現(xiàn)對物體的數(shù)據(jù)采集、科學(xué)分析與智能控制。

        2009年8月國家提出了“感知中國”概念，2009年11月物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)被列入國家五大新興產(chǎn)業(yè)之一。2010年，溫家寶在十一屆全國人大三次會議上作政府工作報告時重點(diǎn)提出加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展引起各方關(guān)注，物聯(lián)網(wǎng)時代悄然來臨。專家認(rèn)為，“感知中國”是與美國“智慧地球”相提并論的高端戰(zhàn)略。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》的“重大專項”、“優(yōu)先發(fā)展主題”、“前沿領(lǐng)域”中，“傳感器網(wǎng)絡(luò)”赫然在列。物聯(lián)網(wǎng)將是繼互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，是下一個萬億級的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

　　物聯(lián)網(wǎng)分為三個層次：一是傳感網(wǎng)絡(luò)層，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現(xiàn)對“物”或環(huán)境狀態(tài)的識別；二是傳輸網(wǎng)絡(luò)層，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或者下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計算；三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層，即輸入輸出控制終端，包括電腦、手機(jī)等終端。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

二、 山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)項目分析
2.1系統(tǒng)需求
山洪災(zāi)害預(yù)警是在各種原始監(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。各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時或間隔采集各項水文數(shù)據(jù)，如雨量、水位、流速等，并通過GSM/GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳到預(yù)警中心系統(tǒng)，中心系統(tǒng)將所得的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為預(yù)警決策系統(tǒng)提供依據(jù)。當(dāng)預(yù)警決策系統(tǒng)得出預(yù)警信息后，預(yù)警系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息或語音形式向預(yù)警終端發(fā)出預(yù)警信息。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)各地區(qū)山洪災(zāi)害防御工作的特點(diǎn)和山洪災(zāi)害預(yù)警決策的需求，利用通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等技術(shù)手段，在省、市或縣級別的防汛指揮部門建設(shè)山洪災(zāi)害防預(yù)系統(tǒng)，為收集山洪災(zāi)害防治區(qū)水雨情數(shù)據(jù)信息以及其它部門的相關(guān)信息、信息查詢、山洪預(yù)報決策、預(yù)警信息發(fā)布等服務(wù)。

山洪預(yù)警系統(tǒng)主要由三部分組成：水情監(jiān)測系統(tǒng)、預(yù)警中心系統(tǒng)及預(yù)警發(fā)布終端系統(tǒng)。

2.2.1水雨情監(jiān)測子系統(tǒng)
水雨情監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括水雨情監(jiān)測站網(wǎng)布設(shè)、信息采集、信息傳輸?shù)?。監(jiān)測子系統(tǒng)主要任務(wù)是采集各項水文數(shù)據(jù)并將各項數(shù)據(jù)信息通過無線傳輸終端傳送到預(yù)警中心系統(tǒng)，為預(yù)警中心子系統(tǒng)提供各項災(zāi)害數(shù)據(jù)。

2.2.2預(yù)警中心子系統(tǒng)
預(yù) 警中心子系統(tǒng)主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息匯集、綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果做預(yù)警決策，根據(jù)危急等級及山洪可能危害范圍的不同，選取適宜的預(yù)警程序方式，將預(yù)警信息及時、準(zhǔn)確地傳送到山洪災(zāi)害可能危及的區(qū)域，從而使接收到預(yù)警區(qū)域的人員能根據(jù)山洪災(zāi)害防御預(yù)案，及時采取預(yù)防措施，最大限度地減少人員傷亡及人民群眾的財產(chǎn)損失。其可再分為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要有災(zāi)害數(shù)據(jù)信息匯集、數(shù)據(jù)加工分析、數(shù)據(jù)查詢、預(yù)警決策和預(yù)警信息發(fā)布。數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)主要系統(tǒng)的維護(hù)管理、提供查詢服務(wù)及為預(yù)警決策系統(tǒng)提供歷史相關(guān)數(shù)據(jù)。
預(yù)警中心系統(tǒng)一般采用有線光纖等接入方式。

2.2.3預(yù)警信息發(fā)布終端子系統(tǒng)
預(yù)警信息發(fā)布終端子系統(tǒng)的主要任務(wù)是將中心子系統(tǒng)的決策信息以各種方式通知預(yù)警區(qū)內(nèi)的相關(guān)人員與人民群眾做好災(zāi)害的防患準(zhǔn)備工作，以最大限度的降低災(zāi)害帶來的財產(chǎn)損失及確保人民群眾的人生安全。

2.3.4 系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成分析，山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的總體拓?fù)淙缦聢D。整個系統(tǒng)包括前端水雨情采集系統(tǒng)、預(yù)警主控中心系統(tǒng)及預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)三部分。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在山洪災(zāi)害防治中的應(yīng)用方向及趨勢
物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中的傳感網(wǎng)絡(luò)層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層涵蓋了山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，為山洪災(zāi)害的數(shù)據(jù)采集、傳輸、決策及預(yù)警提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

四信通信是中國物聯(lián)網(wǎng)無線通信領(lǐng)域的骨干企業(yè)，幾年來一直緊貼物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的脈搏，深入研究工業(yè)無線通信、采集及預(yù)警產(chǎn)品在水利信息化、防洪抗旱信息化、防洪防災(zāi)等領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步形成了以產(chǎn)品為基礎(chǔ)，為行業(yè)客戶提供系統(tǒng)解決方案的專業(yè)化經(jīng)營特色，全面協(xié)助客戶實現(xiàn)“智慧、標(biāo)準(zhǔn)、安全、可靠”的無線通信目標(biāo)。

3. 1 前端水雨情采集系統(tǒng)
前端水雨情采集系統(tǒng)，通過應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)M2M通信技術(shù)的無線RTU可實時采集現(xiàn)場水雨情信息，包括單位時間內(nèi)的降雨量、降雨強(qiáng)度，河流水庫的水位，河流水速，水庫放閘水速、水量等各種水文數(shù)據(jù)。并通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)筋A(yù)警主控中心，為主控中心提供原始水文數(shù)據(jù)。

水雨情采集點(diǎn)地域分散，分布在險情危地，自然環(huán)境條件惡劣，因此需要設(shè)備具有工業(yè)級設(shè)計。四信公司的無線RTU同時具備模擬量采集、數(shù)字量采集、開關(guān)量輸出、繼電器輸出及GPRS/CDMA無線傳輸功能。同時還具備工業(yè)級設(shè)計、智能防掉線、遠(yuǎn)程參數(shù)配置（短信和GPRS/CDMA）、遠(yuǎn)程升級、高可靠性傳輸、加密安全傳輸、低功耗等特點(diǎn)。

在汛期階段，無線RTU將處于長期的在線工作狀態(tài)，時刻通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)與控制中心保持鏈接，保證與控制中心的連通性。無線RTU將數(shù)據(jù)采用透明傳輸?shù)姆绞缴蠄蠼o控制中心，為控制中心提供最原始的災(zāi)情數(shù)據(jù)，確?？刂浦行膶?zāi)情做出判斷。

當(dāng)處于非汛期階段，設(shè)備不必保持時刻在線狀態(tài)，控制中心可以通過直接控制和短信通信兩種方式對無線RTU進(jìn)行配置參數(shù)的修改，控制設(shè)備的活動狀態(tài)、自主設(shè)定設(shè)備上下線時間、開關(guān)機(jī)模式或使設(shè)備完全進(jìn)入休眠狀態(tài)。同時移動手機(jī)終端也可通過短信方式對無線RTU配置參數(shù)進(jìn)行修改。通過這樣的模式可以很大程度地降低設(shè)備功耗，節(jié)能減排。

3. 2預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)
預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)主要作用是將控制中心發(fā)出的預(yù)警信息以廣播、LED屏等方式通告給險情區(qū)域內(nèi)的相關(guān)人員與群眾，及時采取防患措施，將危害降到最低。主控制中心可通過三種通信方式向預(yù)警廣播設(shè)備發(fā)出預(yù)警信息：GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、語音、短信。

預(yù)警廣播設(shè)備主要放置在易發(fā)生山洪災(zāi)害區(qū)域的村莊、縣城或人類活動頻繁的地方。預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)主要包括無線預(yù)警廣播設(shè)備（包括主站設(shè)備、從站設(shè)備和單站設(shè)備）、喇叭、LED顯示屏等設(shè)備。無線預(yù)警廣播設(shè)備有三種通信方式接收預(yù)警信息，第一，通過GPRS/CDMA網(wǎng) 絡(luò)與控制中心保持鏈接，實時偵聽控制中心的預(yù)警通告；第二，通過語音通道，為緊急災(zāi)害情況提供直接語音通告；第三，通過短信通道，控制中心和移動電話終端可通過短信的方式向預(yù)警廣播設(shè)備發(fā)布預(yù)警信息。無線預(yù)警廣播設(shè)備內(nèi)存儲著授權(quán)拔入的號碼池和各種預(yù)制的災(zāi)害預(yù)警信息。對于沒有GSM/GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，預(yù)警信息還可以通過調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)傳到預(yù)警現(xiàn)場。

無線預(yù)警廣播設(shè)備獲得預(yù)警信息并分析后，對功放設(shè)備發(fā)出指令，使功放設(shè)備與音頻設(shè)備進(jìn)入播放狀態(tài)。

山洪災(zāi)害信息預(yù)警廣播是山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的核心，它的穩(wěn)定性可靠性對整個系統(tǒng)的成敗起決定作用。四信公司遵循國家山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警相關(guān)指導(dǎo)性文件，推出F9103山洪地質(zhì)災(zāi)害無線廣播預(yù)警系統(tǒng)。為政府監(jiān)管部門提供雨水情數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程電話告警（手機(jī)或固話）、短信息合成語音告警、GPRS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)語音告警、本地對講機(jī)無線告警、本地麥克風(fēng)喊話告警、預(yù)置信息轉(zhuǎn)語音告警、預(yù)置MP3音頻告警、音頻線路輸入告警等預(yù)警廣播服務(wù)。

該產(chǎn)品系列包含F(xiàn)9103S（主站）、F9103C（從站）和F9103D（單站）。主站和從站配套使用，組成一個完善的預(yù)警廣播網(wǎng)絡(luò)。三個系列產(chǎn)品均可單獨(dú)使用，獨(dú)立完成預(yù)警廣播功能。產(chǎn)品具有設(shè)計專業(yè)、通信可靠、功能強(qiáng)大、音質(zhì)清晰、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、性價比高等強(qiáng)大優(yōu)勢。

1、設(shè)計專業(yè)
    產(chǎn)品嚴(yán)格遵循《全國山洪災(zāi)害防治試點(diǎn)縣實施方案編制大綱》、《山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案指導(dǎo)書》、《全國山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)要求》等國家山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警相關(guān)指導(dǎo)性文件的要求進(jìn)行研發(fā)，專業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)。

2、通信可靠
通信堅強(qiáng)可靠是災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的核心。四信通信系物聯(lián)網(wǎng)無線通信骨干企業(yè)，具多年自主研發(fā)經(jīng)驗，通信產(chǎn)品獲多項國家專利，確保系統(tǒng)通信可靠，災(zāi)害預(yù)警實時發(fā)布、穩(wěn)定發(fā)布。

3、功能強(qiáng)大
    配置9種報警方式，全雙工對講，預(yù)設(shè)信息遠(yuǎn)程可控等旗艦功能

4、音質(zhì)清晰
   高保真功放與大功率喇叭廣播，確保音質(zhì)強(qiáng)勁有力、清晰透亮，指向性強(qiáng)，傳播面寬。

5、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)
   工業(yè)級可靠性設(shè)計、具有防潮、防風(fēng)等功能，耐高/低溫，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。設(shè)備不受地形地貌的影響，只要有GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)、固定電話的地方都可以遠(yuǎn)程和現(xiàn)場控制，每天可24小時不間斷的連續(xù)運(yùn)行，是應(yīng)急預(yù)警的可靠平臺。

6、性價比高
自主研發(fā)、性價比高，與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比有較大的競爭優(yōu)勢。

山洪預(yù)警廣播

三.總結(jié)
物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略已上升到國家戰(zhàn)略。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防洪抗旱信息化中的應(yīng)用也越來越廣，為山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，為山洪災(zāi)害的及時監(jiān)測、預(yù)警、預(yù) 報，以及決策會商和指揮工作提供了順暢、快捷、穩(wěn)定可靠的通道，大量節(jié)省了傳統(tǒng)預(yù)警方式的人力物力，為山洪發(fā)生地的廣大人民群眾贏得寶貴的應(yīng)急行動時間和數(shù)據(jù)資料。

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