劉　超馬　浩劉懷利周　密

新型學(xué)校預(yù)警設(shè)施設(shè)備在山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目中的應(yīng)用

劉超1馬浩1劉懷利1周密2

一、引言

山洪是指山區(qū)溪流中因暴雨引發(fā)的暴漲洪水。它具有流速大、沖刷力大、破壞力大、暴漲暴落、歷時(shí)短暫等特點(diǎn)，常造成局部洪災(zāi)，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大損失。我國(guó)自2009年以來(lái)，開(kāi)始實(shí)行以自動(dòng)監(jiān)測(cè)、通信預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案為主的非工程措施建設(shè)。經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，我國(guó)的山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)初具規(guī)模，且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用。但是在已建的山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中，對(duì)山洪易發(fā)地區(qū)中小學(xué)校等人口聚集區(qū)，尚未建設(shè)專用的預(yù)警設(shè)施設(shè)備。因此，2015年10月30日，水利部辦公廳在《關(guān)于下達(dá)2016年度山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)的通知》中明確提出“在中小學(xué)校、旅游景區(qū)等人口密集的重點(diǎn)地區(qū)配備監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)施設(shè)備，并開(kāi)展宣傳、培訓(xùn)和演練等”。

對(duì)于中小學(xué)校這種以學(xué)生群體為主要預(yù)警對(duì)象的區(qū)域，通過(guò)傳統(tǒng)的預(yù)警設(shè)施設(shè)備很難做到及時(shí)有效的預(yù)警與轉(zhuǎn)移。本文提出了一種新型的學(xué)校預(yù)警專用設(shè)施設(shè)備，在山洪易發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)山岳地區(qū)中小學(xué)校公共環(huán)境，建立學(xué)校山洪預(yù)警信息終端站系統(tǒng)，自動(dòng)接收、發(fā)布、傳遞水文氣象和地質(zhì)災(zāi)害信息，提供實(shí)時(shí)水文氣象數(shù)據(jù)、山洪預(yù)警信息、災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案、校內(nèi)在冊(cè)師生人員資料登記以及通知公告等數(shù)據(jù)信息的發(fā)布，并驅(qū)動(dòng)控制聲光及各型室外LED大顯示屏運(yùn)行工作。

二、學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文提出的學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)主要由中心管理平臺(tái)、學(xué)校終端用戶和學(xué)校山洪預(yù)警信息終端站三層結(jié)構(gòu)組成。三層結(jié)構(gòu)站點(diǎn)之間的信息聯(lián)網(wǎng)主要基于Internet互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，中心管理平臺(tái)與學(xué)校山洪預(yù)警信息終端站之間主要采用寬帶光纖、ADSL、內(nèi)網(wǎng)專線等有線方式聯(lián)網(wǎng)，學(xué)校終端用戶與終端站之間采用GPRS等無(wú)線方式聯(lián)網(wǎng)。GSM-SMS短信方式作為備用和輔助通訊信道。通訊組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

三、學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)功能

1.中心管理平臺(tái)

中心管理平臺(tái)利用各縣前期已建縣級(jí)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)相關(guān)硬件設(shè)備，開(kāi)發(fā)相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)，主要設(shè)計(jì)功能包括：

（1）具有為學(xué)校山洪預(yù)警信息終端站提供管理和信息服務(wù)的固定IP地址。

（2）與省級(jí)山洪中心平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)網(wǎng)，獲得水文氣象實(shí)時(shí)和預(yù)報(bào)信息，建立本系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）運(yùn)行學(xué)校山洪災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)用軟件，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，通過(guò)GPRS網(wǎng)為已注冊(cè)和在線的終端站提供本地區(qū)的雨量、水位氣象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)信息、山洪告警狀態(tài)信息查詢服務(wù)。

（4）通過(guò)實(shí)時(shí)在線的GPRS網(wǎng)絡(luò)或GSM-SMS方式，手動(dòng)操作向全省內(nèi)的任意區(qū)域站點(diǎn)集合或獨(dú)立站點(diǎn)發(fā)送山洪災(zāi)害警報(bào)文字，以及遠(yuǎn)程控制啟閉警報(bào)狀態(tài)。

（5）管理轄區(qū)內(nèi)的終端站GPRS網(wǎng)在線狀態(tài)和遙測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，做最新180天的終端站設(shè)備狀態(tài)和告警發(fā)布事件日志記錄，用于設(shè)備故障和山洪災(zāi)害過(guò)程事件追憶分析。

2.學(xué)校終端用戶

考慮到建成后系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)及學(xué)校通知公告等數(shù)據(jù)信息的發(fā)布，為每個(gè)學(xué)校配置學(xué)校終端用戶，學(xué)校終端用戶通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備控制學(xué)校山洪預(yù)警信息終端站部分功能的實(shí)現(xiàn)，主要設(shè)計(jì)功能有：

（1）通過(guò)中心管理平臺(tái)授權(quán)的手機(jī)向終端站發(fā)送短信更新終端站顯示信息。

（2）通過(guò)與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計(jì)算機(jī)及控制軟件，或者終端站的便攜式鍵鼠和監(jiān)視器操作界面，對(duì)終端站設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置操作。

（3）通過(guò)與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計(jì)算機(jī)及控制軟件，或者終端站的便攜式鍵鼠和監(jiān)視器操作界面，編輯和發(fā)送信息文本，更新終端站顯示信息。

（4）通過(guò)與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計(jì)算機(jī)及控制軟件，或者終端站的便攜式鍵鼠和監(jiān)視器操作界面，在終端站中錄入和維護(hù)學(xué)?；緦傩詳?shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，建立領(lǐng)導(dǎo)、教師、班級(jí)、學(xué)生、家長(zhǎng)、聯(lián)系方式、聯(lián)系地址、學(xué)校GPS坐標(biāo)、額定人數(shù)統(tǒng)計(jì)、出勤人數(shù)統(tǒng)計(jì)等信息，便于應(yīng)急管理。

（5）通過(guò)與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計(jì)算機(jī)及控制軟件，或者終端站的便攜式鍵鼠和監(jiān)視器操作界面，支持終端站應(yīng)急告警信息定向和短信群發(fā)功能。

3.學(xué)校預(yù)警終端站功能

學(xué)校預(yù)警終端站由遠(yuǎn)程中控單元（SRCU）、聲光告警器（警笛）、太陽(yáng)能浮充蓄電池或UPS和直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)、戶外LED信息屏構(gòu)成，SRCU、電源等設(shè)備一體化集成在不銹鋼材質(zhì)的密封式終端站機(jī)柜中，LED信息屏則根據(jù)不同的尺寸和安裝位置與終端站機(jī)柜分體式布置。主要設(shè)計(jì)功能包括：

（1）終端站按照設(shè)定的信息刷新周期，通過(guò)GPRS信道自動(dòng)向中心站服務(wù)器請(qǐng)求和接收最新的今日雨量、實(shí)時(shí)水位、特征水位、預(yù)報(bào)水位和山洪告警等級(jí)指令，在LED信息屏上實(shí)時(shí)刷新顯示。

（2）終端站根據(jù)信息條件智能判斷，如果接收到的山洪告警等級(jí)達(dá)到或超過(guò)告警門(mén)限，則啟動(dòng)聲光警笛告警器發(fā)出告警。警笛告警按照設(shè)定的間歇周期自動(dòng)鳴響和停止，直到收到告警等級(jí)門(mén)限以下的指令或人工關(guān)閉告警器，解除聲光告警。

圖1　學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)通訊組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖　

（3）通過(guò)實(shí)時(shí)在線的GPRS網(wǎng)絡(luò)方式，支持中心站、分中心站計(jì)算機(jī)對(duì)終端站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)配置操作。

（4）通過(guò)GSM-SMS，支持運(yùn)維管理人員使用手機(jī)對(duì)任意終端站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)配置操作。

（5）水文信息監(jiān)測(cè)功能：可以接入1路翻斗式雨量傳感器、2路（格雷碼、模擬量或RS-485）接口的水位傳感器。

（6）遠(yuǎn)程故障診斷功能：終端站自動(dòng)診斷運(yùn)行狀態(tài)，可以監(jiān)測(cè)站點(diǎn)供電電壓、設(shè)備運(yùn)行電壓、遠(yuǎn)程通信狀態(tài)、LED信息屏工作狀態(tài)等信息，將終端站的工作狀態(tài)定時(shí)上傳中心平臺(tái)。支持上一級(jí)預(yù)警平臺(tái)自動(dòng)巡檢。

（7）軟件遠(yuǎn)程升級(jí)功能：在上一級(jí)預(yù)警中心可以通過(guò)GPRS無(wú)線方式遠(yuǎn)程升級(jí)終端站的應(yīng)用軟件，升級(jí)后終端站能自啟動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

（8）學(xué)校信息管理功能：支持學(xué)生班級(jí)、學(xué)生數(shù)量、姓名以及家長(zhǎng)聯(lián)系方式等信息數(shù)據(jù)庫(kù)功能。每年汛期前，由學(xué)校將有關(guān)信息編輯更新終端站數(shù)據(jù)庫(kù)，或按指定格式存儲(chǔ)進(jìn)U盤(pán)導(dǎo)入終端站數(shù)據(jù)庫(kù)，并上傳中心平臺(tái)。

（9）學(xué)校山洪應(yīng)急預(yù)案上報(bào)功能：汛期前學(xué)校負(fù)責(zé)人按指定文件格式通過(guò)U盤(pán)將本校應(yīng)急預(yù)案上報(bào)上一級(jí)預(yù)警平臺(tái)。

（10）衛(wèi)星定位功能：支持人工測(cè)試、錄入經(jīng)緯度，將本校位置通過(guò)GPRS自動(dòng)發(fā)送到上一級(jí)平預(yù)警臺(tái)，在GIS上準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)學(xué)校位置。

（11）終端站支持應(yīng)急告警信息短信定向發(fā)送和群發(fā)功能。

四、遠(yuǎn)程中控單元SRCU

本文設(shè)計(jì)的山洪預(yù)警信息終端站遠(yuǎn)程中控單元SRCU共分為三種類型的工作流程：

1.實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)接收數(shù)據(jù)

終端站實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)接收來(lái)自中心站、分中心站的GPRS、SMS遠(yuǎn)程終端用戶以及現(xiàn)場(chǎng)RS-232、以太網(wǎng)、WiFi等本地終端用戶多種通訊信道源的數(shù)據(jù)，成功解析后，自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)操作指令種類并予以響應(yīng)，完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作指令后對(duì)通訊信道發(fā)送源頭做出應(yīng)答回復(fù)。

2.定時(shí)請(qǐng)求刷新數(shù)據(jù)

終端站定時(shí)向中心站服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，獲取并動(dòng)態(tài)顯示刷新終端站所屬地區(qū)的實(shí)時(shí)水文氣象數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)信息、山洪預(yù)警等級(jí)狀態(tài)信息內(nèi)容，根據(jù)山洪預(yù)警等級(jí)高低，自動(dòng)啟/閉聲光告警器。

3.定時(shí)采集自報(bào)數(shù)據(jù)

終端站定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)RCU的供電電壓、運(yùn)行溫度、通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度及工作狀態(tài)等自檢信息，并以自報(bào)方式向中心站服務(wù)器發(fā)送信息。

具體工作流程框圖如圖2所示。

圖2　學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)遠(yuǎn)程中控單元SRCU工作流程設(shè)計(jì)圖

五、山洪預(yù)警信息終端站外觀

學(xué)校山洪預(yù)警終端站外觀通過(guò)定制LED顯示屏實(shí)現(xiàn)水文氣象、地質(zhì)災(zāi)害、山洪災(zāi)害宣傳等信息的發(fā)布，主要由遠(yuǎn)程中控單元SRCU提供驅(qū)動(dòng)接口和軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。支持學(xué)校自行選配的任意顯示類型、屏幕尺寸和安裝方式的LED信息屏，使得學(xué)?？梢酝瑫r(shí)獲得山洪預(yù)警和學(xué)校信息發(fā)布的差異性專屬應(yīng)用功能，參見(jiàn)圖3所示。

圖3　山洪學(xué)校預(yù)警信息終端站外觀設(shè)計(jì)示意圖

六、結(jié)束語(yǔ)

目前，市場(chǎng)上尚無(wú)山洪災(zāi)害學(xué)校預(yù)警方面的專用產(chǎn)品，本文提出的山洪災(zāi)害防治學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)作為一種新型的山洪災(zāi)害預(yù)警手段，既能實(shí)現(xiàn)在線預(yù)警，又能通過(guò)管理平臺(tái)做到群測(cè)群防，對(duì)山洪災(zāi)害防治在學(xué)校領(lǐng)域提供快速、全面、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)預(yù)警及指揮調(diào)度起到比較重要的作用，社會(huì)需求量大，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著■

（作者單位：1.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院2330882.河海大學(xué)210046）