姚 東,何 青,陳立輝

(浙江省水文局,浙江 杭州 310009)

1 問題的提出

“5?12”汶川大地震發(fā)生后,黨中央、國(guó)務(wù)院做出了“一省幫一縣”的重大決定,安排由浙江省對(duì)口幫扶汶川地震極重災(zāi)區(qū)—青川縣。按照國(guó)務(wù)院 《關(guān)于做好汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建工作的指導(dǎo)意見》精神,根據(jù)浙江省對(duì)口幫扶要求和青川縣委、縣人民政府對(duì)汶川地震災(zāi)后重建規(guī)劃編制工作的統(tǒng)一部署,盡快恢復(fù)重建全縣設(shè)施。

正在青川縣人民團(tuán)結(jié)一心,恢復(fù)重建美好家園之時(shí),2009年7月16日,一場(chǎng)突如其來的大洪水,中斷通訊和交通,沖毀部分堤防和農(nóng)田,房屋進(jìn)水,由于最大洪峰出現(xiàn)在白天,雖沒造成人員傷亡,但影響了災(zāi)后恢復(fù)重建工作進(jìn)程。由于流域內(nèi)缺乏水、雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在洪水發(fā)生過程中,青川縣各級(jí)政府和援建單位對(duì)流域內(nèi)發(fā)生的水雨情基本不掌握,因而防洪、避災(zāi)工作非常被動(dòng)。為了確保青川縣人員生命財(cái)產(chǎn)安全和災(zāi)后恢復(fù)重建工作的順利進(jìn)行,根據(jù) 《青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)會(huì)議紀(jì)要》精神,急需建設(shè)青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)

受浙江省援助四川省青川縣災(zāi)后重建指揮部委托,浙江省水文局于2009年12月組織完成了四川省青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施方案編制。

遵照青川縣已經(jīng)批準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)劃,水雨情預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)是:建設(shè)青川縣水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和青川縣實(shí)時(shí)水雨情信息發(fā)布與預(yù)警系統(tǒng)。在氣候正?；蜉^為惡劣的條件下,青川縣水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)完成青川縣境內(nèi)主要采集站點(diǎn)水雨情信息的自動(dòng)采集、入庫。實(shí)時(shí)水雨情信息通過青川縣實(shí)時(shí)水雨情信息發(fā)布與預(yù)警系統(tǒng)對(duì)外發(fā)布。當(dāng)水雨情信息達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí),系統(tǒng)通過手機(jī)短信、互聯(lián)網(wǎng)等方式自動(dòng)對(duì)外發(fā)布預(yù)警。青川縣全縣共36個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)指揮分中心配備衛(wèi)星電話,具備在極端惡劣天氣情況下通訊手段。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

3.1 系統(tǒng)的組成功能

青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)主要由青川縣水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和青川縣水雨情信息發(fā)布與預(yù)警子系統(tǒng)組成,同時(shí)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)防汛指揮中心配備海事衛(wèi)星電話作為輔助備用通信手段。青川縣水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)是整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ),重點(diǎn)介紹該子系統(tǒng)。

3.2 水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式分析

3.2.1 常用通信信道

目前水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通?？蛇x擇的通信信道有:公共電話網(wǎng)PSTN、超短波通信、移動(dòng)通信GSM/GPRS、衛(wèi)星通信等。

公共電話網(wǎng)PSTN由國(guó)家電信部門建設(shè)和管理,具有覆蓋面廣、建設(shè)維護(hù)費(fèi)低等特點(diǎn),信道缺點(diǎn)是容易遭受雷擊和傳輸線干擾,野外架線和防護(hù)困難,難以保證信道暢通率。PSTN遙測(cè)站需交納月租費(fèi),每次撥號(hào)連接需交納通訊費(fèi),在站點(diǎn)較多時(shí),使用成本高。

超短波水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由于技術(shù)成熟,在國(guó)內(nèi)早期的系統(tǒng)中普遍應(yīng)用。中心站和中繼站是其重要環(huán)節(jié),是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵,系統(tǒng)對(duì)中心站、中繼站可靠性要求極高。超短波中心站、中繼站一般抗干擾能力差,在站點(diǎn)多、站網(wǎng)密的系統(tǒng)中比較容易發(fā)生同頻干擾(也叫同頻碰撞)現(xiàn)象,影響暢通率。中繼站一般建在高山上,正是雷電多發(fā)地區(qū),如果遭受雷擊,會(huì)使信號(hào)中斷,造成系統(tǒng)大面積癱瘓。目前超短波通信方式已逐漸退出主流應(yīng)用。

GSM/GPRS移動(dòng)公網(wǎng)是近年發(fā)展最快的公共通信資源,具有覆蓋面廣,信道可靠,費(fèi)用低廉,維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中。目前國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速,GSM/GPRS業(yè)務(wù)已覆蓋全國(guó)大部分地區(qū)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的提供SMS(短信)、GPRS等主要無線傳輸技術(shù)。GSM移動(dòng)公網(wǎng)在偏僻鄉(xiāng)村的保障度相對(duì)較弱,特別是電力保障,在遇到大的自然災(zāi)害面前會(huì)受到影響,發(fā)生網(wǎng)絡(luò)通信中斷的情況。

3.2.2 衛(wèi)星通信信道

“北斗衛(wèi)星系統(tǒng)”是我國(guó)自主開發(fā)并具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星系統(tǒng),將 “北斗衛(wèi)星系統(tǒng)”應(yīng)用于水文測(cè)報(bào)、石油管道監(jiān)測(cè)等關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的應(yīng)用領(lǐng)域,可以從政策層面上最大限度地保障此類用戶的服務(wù)優(yōu)先級(jí)別以及關(guān)鍵業(yè)務(wù)的可用性和安全性。

3.2.2.1 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)特點(diǎn)

“北斗衛(wèi)星系統(tǒng)”適用于水情自動(dòng)測(cè)報(bào)領(lǐng)域主要是因?yàn)橄到y(tǒng)特點(diǎn)與水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的要求相匹配:①覆蓋區(qū)域廣闊:“北斗衛(wèi)星系統(tǒng)”無縫覆蓋中國(guó)全部國(guó)土區(qū)域(包括陸地和海洋)以及周邊地區(qū),與電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)或集群網(wǎng)絡(luò)相比為真正意義上的無縫隙覆蓋;②抗干擾、保密性強(qiáng):“北斗衛(wèi)星系統(tǒng)”采用碼分多址直接擴(kuò)頻通信體制,其抗干擾能力強(qiáng),并且在一定程度上保證了數(shù)據(jù)的保密性,完全滿足水情數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性、保密性的要求;③抗雨衰:中心站采用C波段收發(fā),用戶終端采用L/S波段收發(fā),在這些使用的波段內(nèi),系統(tǒng)通信時(shí)受雨衰的影響極小;④野外遠(yuǎn)端測(cè)站安裝、維護(hù)簡(jiǎn)易:遠(yuǎn)端測(cè)站使用的用戶終端集成度高、外型小巧,安裝簡(jiǎn)便;終端功耗小,適用太陽能電池供電;終端設(shè)計(jì)抗惡劣環(huán)境,維護(hù)簡(jiǎn)易,可在無人值守狀態(tài)下工作。

3.2.2.2 北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由發(fā)送端 (衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站)和接收端(負(fù)責(zé)接收自動(dòng)測(cè)報(bào)站的數(shù)據(jù),提供給水情監(jiān)控中心站下載)組成。北斗衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站采用北斗衛(wèi)星作為衛(wèi)星通信傳輸方式,由衛(wèi)星用戶終端與水情采集系統(tǒng)的遙測(cè)終端相聯(lián)接,形成衛(wèi)星水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站。衛(wèi)星自動(dòng)測(cè)站的特點(diǎn)是:修改遠(yuǎn)端站參數(shù)方便:可遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)端測(cè)站的工作狀態(tài),并可修改遠(yuǎn)端測(cè)站的工作參數(shù);強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析功能:通過對(duì)各種水文數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分析,可為防汛決策和水資源調(diào)度管理以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的情報(bào)信息和其他相關(guān)信息;系統(tǒng)兼容:系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),底層平臺(tái)與上層應(yīng)用系統(tǒng)分離。采用開放接口終端控制模塊,兼容各種主流監(jiān)控終端設(shè)備。

衛(wèi)星自動(dòng)測(cè)站的主要功能:自動(dòng)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)水情數(shù)據(jù);衛(wèi)星用戶終端與網(wǎng)管中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;執(zhí)行來自水情監(jiān)控中心站的指令。自動(dòng)測(cè)站可根據(jù)設(shè)定以定時(shí)(每天08∶00報(bào))、增量報(bào)(小時(shí)雨量≥1 mm,正點(diǎn)報(bào))混合工作方式向中心站發(fā)送水情數(shù)據(jù)。

3.2.3 系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式

青川縣14個(gè)雨量自動(dòng)觀測(cè)站和5個(gè)水位自動(dòng)觀測(cè)站的數(shù)據(jù)通信方式采用如下設(shè)計(jì)方式:考慮到移動(dòng)通信設(shè)備、技術(shù)、線路都很成熟,保障能力較高,因而當(dāng)移動(dòng)通信正常情況下,青川縣水雨情采集站點(diǎn)水雨情信息通過移動(dòng)GPRS/GSM信道自動(dòng)采集,直接啟動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水雨情信息的監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警;而如果出現(xiàn)災(zāi)害天氣下,當(dāng)移動(dòng)通信不正?；蛑袛嗟染o急情況下,水雨情采集站點(diǎn)通過北斗衛(wèi)星信道實(shí)現(xiàn)水雨情信息傳輸。這樣通過雙路信息采集實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)碾p保險(xiǎn)(見圖1)。

圖1 青川縣水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通信組網(wǎng)圖

3.3 水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)運(yùn)行分析

青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)于2010年5月建成并啟動(dòng)使用,建設(shè)期間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了專門的考核測(cè)試,其中包括對(duì)北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)暢通率的考核,結(jié)果證明遙測(cè)終端在GSM/GPRS信道的暢通率為100%,而衛(wèi)星信道的暢通率可以達(dá)到95%以上,符合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求,起到了信息傳輸雙保險(xiǎn)的作用。

系統(tǒng)在建設(shè)期間,由浙江省的技術(shù)人員對(duì)青川縣防汛抗旱江河管理指揮部辦公室及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的 系統(tǒng)管理人員進(jìn)行了相關(guān)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。同時(shí),為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)的作用,在2010年汛期浙江省派出專人在青川縣現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)操作及日常維護(hù)管理。青川縣連續(xù)發(fā)生 “20100813” 和 “20100818”2次特大洪災(zāi)。在特大暴雨洪水過程中,所有雨量、水位站正常報(bào)訊,無一故障,移動(dòng)GPRS/GSM和北斗衛(wèi)星雙信道信息傳輸充分保障了水雨情信息的暢通。

3.4 青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)生的效益

青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)在青川縣 “20100813”、“20100818”2次特大洪災(zāi)發(fā)揮了關(guān)鍵性的重要作用。洪災(zāi)發(fā)生后,“青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)”在第一時(shí)間向有關(guān)人員發(fā)出預(yù)警信息。使青川縣各級(jí)政府和浙江省、市援建指揮部能及時(shí)、主動(dòng)掌握強(qiáng)降雨全縣流域內(nèi)發(fā)生的水雨情,為防洪避災(zāi)工作的正確部署提供了科學(xué)的依據(jù),成功轉(zhuǎn)移4.25萬人,確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和災(zāi)后恢復(fù)重建工作的順利進(jìn)行,大幅度減少了災(zāi)害造成的損失。

為此,浙江衛(wèi)視對(duì)該“系統(tǒng)”在這2次抗洪中發(fā)揮出的巨大作用于8月21日晚 《浙江新聞聯(lián)播》以 《浙江援建“千里眼”,助力青川防洪抗災(zāi)》 為題給予全面報(bào)道。同日,中央電視臺(tái)新聞?lì)l道也對(duì)浙江省援建、浙江省水文局承建完成的”青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)”在抗災(zāi)中的作用做了報(bào)道。

4 結(jié) 語

浙江省援建、浙江省水文局承建完成的“青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng)”采用了目前先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),在青川縣“20100813”、“20100818” 2次洪水中,其可靠性、穩(wěn)定性都得到了驗(yàn)證。這個(gè)“系統(tǒng)”為浙江省今后升級(jí)改造水雨情信息采集系統(tǒng)或水雨情預(yù)警系統(tǒng)等提供了現(xiàn)成的、成功的經(jīng)驗(yàn)。

青川縣水雨情預(yù)警系統(tǒng),特別是水雨情監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)是浙江省援建青川縣按高規(guī)格、高標(biāo)準(zhǔn)的要求建設(shè)完成的。由于衛(wèi)星設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用較高,這樣的設(shè)計(jì)目前在領(lǐng)先于全國(guó)水平的浙江省水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中也是沒有應(yīng)用的,浙江省的個(gè)別衛(wèi)星自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)在移動(dòng)公司信號(hào)沒有覆蓋的情況下建設(shè)的,因而只能是作為一種單信道設(shè)計(jì),而不是GPRS、衛(wèi)星雙信道設(shè)計(jì)。這樣的雙信道傳輸模式可以實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)碾p保險(xiǎn)。同時(shí),相信隨著國(guó)家對(duì)水利建設(shè)的重視和更多的投入,青川縣的水雨情預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)模式也會(huì)在浙江省得到更廣泛應(yīng)用。