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物聯網技術助力防汛抗旱信息化

發布時間：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。伴隨著社會的發展，人類活動的影響，山洪災害事故發生頻繁。山洪災害的防治需堅持“預防為主，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，山洪災害預警系統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。

一.物聯網簡介
物聯網(Internet of Things)，顧名思義，就是物物相連的互聯網。物體通過裝入傳感器、射頻識別設備、紅外感應器、GPS或其他方式進行連接，然后通過移動通信網絡或其他方式接入到互聯網，最終形成智能網絡，通過電腦或手機實現對物體的數據采集、科學分析與智能控制。

        2009年8月國家提出了“感知中國”概念，2009年11月物聯網產業被列入國家五大新興產業之一。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提出加快物聯網的研發應用，物聯網產業發展引起各方關注，物聯網時代悄然來臨。專家認為，“感知中國”是與美國“智慧地球”相提并論的高端戰略。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006～2020年)》的“重大專項”、“優先發展主題”、“前沿領域”中，“傳感器網絡”赫然在列。物聯網將是繼互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，是下一個萬億級的信息技術產業。

　　物聯網分為三個層次：一是傳感網絡層，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現對“物”或環境狀態的識別；二是傳輸網絡層，即通過現有的互聯網、廣電網、通信網或者下一代互聯網（IPv6），實現數據的傳輸和計算；三是應用網絡層，即輸入輸出控制終端，包括電腦、手機等終端。物聯網結構圖如下所示：

二、 山洪災害預警系統項目分析
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。各監測點數據采集設備實時或間隔采集各項水文數據，如雨量、水位、流速等，并通過GSM/GPRS/CDMA無線網絡，將數據傳到預警中心系統，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或語音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設山洪災害防預系統，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。

山洪預警系統主要由三部分組成：水情監測系統、預警中心系統及預警發布終端系統。

2.2.1水雨情監測子系統
水雨情監測子系統主要包括水雨情監測站網布設、信息采集、信息傳輸等。監測子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，為預警中心子系統提供各項災害數據。

2.2.2預警中心子系統
預警中心子系統主要任務是進行數據信息匯集、綜合分析，根據分析結果做預警決策，根據危急等級及山洪可能危害范圍的不同，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，最大限度地減少人員傷亡及人民群眾的財產損失。其可再分為計算機網絡子系統和數據庫子系統。

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接入方式。

2.2.3預警信息發布終端子系統
預警信息發布終端子系統的主要任務是將中心子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，以最大限度的降低災害帶來的財產損失及確保人民群眾的人生安全。

2.3.4 系統組成

根據系統構成分析，山洪災害預警系統的總體拓撲如下圖。整個系統包括前端水雨情采集系統、預警主控中心系統及預警信息發布系統三部分。

三、物聯網技術在山洪災害防治中的應用方向及趨勢
物聯網體系架構中的傳感網絡層、傳輸網絡層和應用網絡層涵蓋了山洪災害預警系統的各個環節，為山洪災害的數據采集、傳輸、決策及預警提供強有力的技術保障。

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、采集及預警產品在水利信息化、防洪抗旱信息化、防洪防災等領域的應用，逐步形成了以產品為基礎，為行業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。

3. 1 前端水雨情采集系統
前端水雨情采集系統，通過應用基于物聯網M2M通信技術的無線RTU可實時采集現場水雨情信息，包括單位時間內的降雨量、降雨強度，河流水庫的水位，河流水速，水庫放閘水速、水量等各種水文數據。并通過GPRS/CDMA網絡傳輸到預警主控中心，為主控中心提供原始水文數據。

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

在汛期階段，無線RTU將處于長期的在線工作狀態，時刻通過GPRS/CDMA網絡與控制中心保持鏈接，保證與控制中心的連通性。無線RTU將數據采用透明傳輸的方式上報給控制中心，為控制中心提供最原始的災情數據，確保控制中心對災情做出判斷。

當處于非汛期階段，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無線RTU進行配置參數的修改，控制設備的活動狀態、自主設定設備上下線時間、開關機模式或使設備完全進入休眠狀態。同時移動手機終端也可通過短信方式對無線RTU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。

3. 2預警信息發布系統
預警信息發布系統主要作用是將控制中心發出的預警信息以廣播、LED屏等方式通告給險情區域內的相關人員與群眾，及時采取防患措施，將危害降到最低。主控制中心可通過三種通信方式向預警廣播設備發出預警信息：GPRS/CDMA網絡數據、語音、短信。

預警廣播設備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。預警信息發布系統主要包括無線預警廣播設備（包括主站設備、從站設備和單站設備）、喇叭、LED顯示屏等設備。無線預警廣播設備有三種通信方式接收預警信息，第一，通過GPRS/CDMA網絡與控制中心保持鏈接，實時偵聽控制中心的預警通告；第二，通過語音通道，為緊急災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警廣播設備發布預警信息。無線預警廣播設備內存儲著授權拔入的號碼池和各種預制的災害預警信息。對于沒有GSM/GPRS/CDMA網絡的區域，預警信息還可以通過調頻網絡傳到預警現場。

無線預警廣播設備獲得預警信息并分析后，對功放設備發出指令，使功放設備與音頻設備進入播放狀態。

山洪災害信息預警廣播是山洪災害預警系統的核心，它的穩定性可靠性對整個系統的成敗起決定作用。四信公司遵循國家山洪地質災害預警相關指導性文件，推出F9103山洪地質災害無線廣播預警系統。為政府監管部門提供雨水情數據采集、遠程電話告警（手機或固話）、短信息合成語音告警、GPRS數據轉語音告警、本地對講機無線告警、本地麥克風喊話告警、預置信息轉語音告警、預置MP3音頻告警、音頻線路輸入告警等預警廣播服務。

該產品系列包含F9103S（主站）、F9103C（從站）和F9103D（單站）。主站和從站配套使用，組成一個完善的預警廣播網絡。三個系列產品均可單獨使用，獨立完成預警廣播功能。產品具有設計專業、通信可靠、功能強大、音質清晰、環境適應性強、性價比高等強大優勢。

1、設計專業
    產品嚴格遵循《全國山洪災害防治試點縣實施方案編制大綱》、《山洪災害監測預警系統設計方案指導書》、《全國山洪災害監測預警系統建設技術要求》等國家山洪地質災害預警相關指導性文件的要求進行研發，專業、標準。

2、通信可靠
通信堅強可靠是災害監測預警的核心。四信通信系物聯網無線通信骨干企業，具多年自主研發經驗，通信產品獲多項國家專利，確保系統通信可靠，災害預警實時發布、穩定發布。

3、功能強大
    配置9種報警方式，全雙工對講，預設信息遠程可控等旗艦功能

4、音質清晰
   高保真功放與大功率喇叭廣播，確保音質強勁有力、清晰透亮，指向性強，傳播面寬。

5、環境適應性強
   工業級可靠性設計、具有防潮、防風等功能，耐高/低溫，環境適應性強。設備不受地形地貌的影響，只要有GSM/GPRS網絡、固定電話的地方都可以遠程和現場控制，每天可24小時不間斷的連續運行，是應急預警的可靠平臺。

6、性價比高
自主研發、性價比高，與國內外同類產品相比有較大的競爭優勢。

山洪預警廣播

三.總結
物聯網戰略已上升到國家戰略。物聯網技術在防洪抗旱信息化中的應用也越來越廣，為山洪災害預警系統提供強有力的技術保障，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、穩定可靠的通道，大量節省了傳統預警方式的人力物力，為山洪發生地的廣大人民群眾贏得寶貴的應急行動時間和數據資料。

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