晉江流域洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)通訊與信息保障探討

陳謀育

（泉州市晉江洪水預(yù)警報(bào)中心，福建 泉州 362000）

0 前言

泉州市地處福建東南沿海，境內(nèi)地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，易受臺(tái)風(fēng)暴雨洪水襲擊，洪澇災(zāi)害十分頻繁，境內(nèi)晉江流域?qū)偕絽^(qū)性河流，源短流急，洪水暴漲暴落，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。由于地理氣候的特殊性，泉州市于上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始著手建立洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)，到目前為止共建有遙測(cè)站點(diǎn) 113 個(gè)（其中水位雨量站 53 個(gè)、水位站 5 個(gè)、雨量站 55 個(gè)），中繼站點(diǎn) 9 個(gè)。晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的建立，大大提高防汛信息的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，增強(qiáng)泉州市防災(zāi)抗災(zāi)能力，為泉州市的防汛數(shù)字化、信息化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)晉江流域和全市大中型水庫(kù)、沿海潮位的實(shí)時(shí)雨水情況，及時(shí)反映局部區(qū)域降雨范圍、強(qiáng)度及水位漲落變化，為防汛指揮調(diào)度提供了大量實(shí)時(shí)信息，最大限度減少洪澇災(zāi)害損失。

1 概況

晉江流域洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)是泉州市防洪減災(zāi)工作的重要非工程措施之一，該系統(tǒng)應(yīng)用遙測(cè)、無(wú)線(xiàn)通訊和計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)時(shí)完成雨量、水位等水文參數(shù)的自動(dòng)收集、處理，達(dá)到快速準(zhǔn)確地掌握水、雨情信息。系統(tǒng)采用超短波構(gòu)架通訊網(wǎng)絡(luò)，遙測(cè)站點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼站，中繼站經(jīng)過(guò)區(qū)號(hào)、站址的甄別，過(guò)濾非法信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)符合條件的站點(diǎn)信息，中心和分中心站根據(jù)需求分別接收中繼轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)信息。晉江流域洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 晉江流域洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)

2 數(shù)據(jù)通訊存在問(wèn)題

晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)在歷年防抗臺(tái)風(fēng)暴雨和洪澇災(zāi)害中發(fā)揮了重要作用，增長(zhǎng)了洪水災(zāi)害預(yù)見(jiàn)期，為各級(jí)防汛部門(mén)科學(xué)調(diào)度提供科學(xué)準(zhǔn)確的信息，但其單一的通訊手段，以及數(shù)據(jù)的相互獨(dú)立影響數(shù)據(jù)的時(shí)效性和一致性。

2.1 通訊手段單一

晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)采用超短波 1 種通訊方式傳輸遙測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，由遙測(cè)站、中繼站、中心或分中心站形成 1 條通訊鏈路，中繼站用廣播的方式傳播數(shù)據(jù)信號(hào)。在這種組網(wǎng)方式中中繼站是橋梁，起著承接的作用，若中繼站故障將引起數(shù)據(jù)成片區(qū)域的丟失，因此中繼站有效穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，但由于中繼站的特殊要求，其選址往往在偏遠(yuǎn)高山，交通不便。

影響了維護(hù)及時(shí)性。在多年運(yùn)行中，中繼站的運(yùn)行質(zhì)量一直威脅著系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定，特別是在臺(tái)風(fēng)暴雨期間，搶修難度大、時(shí)間長(zhǎng)，大大減弱了數(shù)據(jù)信息獲取的時(shí)效性。

2.2 數(shù)據(jù)存貯孤立

3 構(gòu)建數(shù)據(jù)通訊保護(hù)屏障措施

為確保數(shù)據(jù)信息安全可靠獲取，應(yīng)從通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存貯備份、維護(hù)搶修等多方面入手，構(gòu)建數(shù)據(jù)信息保護(hù)屏障。

3.1 構(gòu)建復(fù)合通訊網(wǎng)絡(luò)

3.1.1 通訊方式比較

目前應(yīng)用于遙測(cè)系統(tǒng)的通訊方式主要有超短波、GSM、GPRS、PSTN、衛(wèi)星等多種通訊方式[1]，遙測(cè)通訊方式特性對(duì)比如表1 所示。

（1）超短波通訊是利用載波調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)信息。優(yōu)點(diǎn)是信道穩(wěn)定，基本不受天氣影響，技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單易于配套，投資省，建設(shè)周期短；缺點(diǎn)是有同頻干擾問(wèn)題，在山區(qū)及遠(yuǎn)距離傳輸需建設(shè)野外高山中繼站，易受雷擊，維護(hù)管理不便。

表1 遙測(cè)通訊方式特性對(duì)比

（2）GSM 屬于排隊(duì)通訊方式，不需要建立端到端業(yè)務(wù)通道的業(yè)務(wù)，具有覆蓋面較廣、投資低、防雷性好、不受距離和地形限制、系統(tǒng)建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是存在盲區(qū)，GSM 短信息通訊屬于排隊(duì)通訊方式，存在網(wǎng)絡(luò)阻塞和丟失問(wèn)題。

（3）GPRS 為通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶(hù)提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn) IP 連接，優(yōu)點(diǎn)是通訊質(zhì)量好，傳輸速率高，適用于地形復(fù)雜地區(qū)；缺點(diǎn)通訊費(fèi)用較高，功耗相對(duì) GSM 大。

（4）PSTN 有線(xiàn)通訊組網(wǎng)方式是利用電信部門(mén)的公用電話(huà)線(xiàn)或是自己架設(shè)的專(zhuān)用線(xiàn)路。其通訊質(zhì)量和可靠性比較高，采用 PSTN 組網(wǎng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是受電話(huà)呼損率影響，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較差。

（5）衛(wèi)星通訊方式的優(yōu)點(diǎn)是衛(wèi)星技術(shù)先進(jìn)、通道質(zhì)量好、傳輸速率高、不受距離和地形限制、覆蓋面非常廣泛，不存在盲區(qū)；缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用非常昂貴。

受后現(xiàn)代主義思潮影響，自20世紀(jì)中后期以來(lái)，外語(yǔ)教學(xué)領(lǐng)域的“后方法”(post-method pedagogy)教學(xué)思想開(kāi)始出現(xiàn)。它提出“學(xué)習(xí)者自主”和“教師賦權(quán)”等核心理念，鼓勵(lì)教師將課堂教學(xué)理論化，將教學(xué)理論實(shí)踐化[10]，因此，教師的反思是“后方法”時(shí)代外語(yǔ)教師職業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)反思，可以保持教師對(duì)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的積極進(jìn)取態(tài)度和高度敏感；同時(shí)，反思性教學(xué)實(shí)踐把教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)理論相結(jié)合，促進(jìn)教師自己的個(gè)人教學(xué)理論的形成以及教師的職業(yè)成熟[11]。

3.1.2 建立穩(wěn)定通訊網(wǎng)絡(luò)

晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)多年的運(yùn)行情況表明采用單一的通訊信道很難保證數(shù)據(jù)信息的連續(xù)穩(wěn)定獲取，在數(shù)據(jù)通訊上應(yīng)選擇多種通訊方法、復(fù)合組網(wǎng)的形式，通訊方式的選擇結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，主要考慮以下方面：

（1）超短波通訊應(yīng)用于晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)已有 10 多年，從多年的運(yùn)行情況來(lái)看，同頻干擾問(wèn)題已得到有效解決，且信號(hào)傳輸穩(wěn)定，誤碼率符合通訊要求；超短波通訊網(wǎng)絡(luò)屬于自建系統(tǒng)，獨(dú)立性好，通訊網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)環(huán)節(jié)都由自己掌控，信息傳輸流程一目了然，不受制約，同時(shí)多年運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)積累，無(wú)論在系統(tǒng)使用或維護(hù)上都已得心應(yīng)手。

（2）GPRS 的實(shí)時(shí)在線(xiàn)、高速傳輸、快捷登錄符合遙測(cè)系統(tǒng)快速及時(shí)的特點(diǎn)，隨著移動(dòng)通信部門(mén)網(wǎng)絡(luò)基站不斷建設(shè)，GPRS 信號(hào)已基本覆蓋全市，資費(fèi)也不斷下調(diào)，適合應(yīng)用在晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)中。

（3）目前全市大中型水庫(kù)庫(kù)區(qū)都建有接收站，負(fù)責(zé)接收庫(kù)區(qū)站點(diǎn)數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行存儲(chǔ)，而電信部門(mén)的寬帶業(yè)務(wù)也都已經(jīng)發(fā)展到各水庫(kù)，可以利用庫(kù)區(qū)接收站和電信寬帶線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)站點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸。

因此選擇超短波、移動(dòng) GPRS 和電信 PSTN 寬帶業(yè)務(wù)作為通訊方式。

在組網(wǎng)形式上從站點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送方式分為超短波和 GPRS 2 個(gè)方面，超短波方式組網(wǎng)要盡量避免通過(guò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)，減少對(duì)中繼的依賴(lài)，提高信息傳送穩(wěn)定性（如潮位站點(diǎn)位于沿海，地勢(shì)平坦，基本無(wú)阻擋，可通過(guò)超短波直接傳送至中心或分中心站；水庫(kù)站點(diǎn)可以發(fā)送到各自庫(kù)區(qū)接收站，通過(guò)電信寬帶送出數(shù)據(jù)）；GPRS 組網(wǎng)方式通過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)組成 GPRS 專(zhuān)網(wǎng)，隔離外部干擾。系統(tǒng)通訊組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通訊組網(wǎng)

在工作體制上，超短波仍然沿用自報(bào)式體制，即遙測(cè)站點(diǎn)所采集數(shù)據(jù)有增量變化就進(jìn)行傳送；GPRS 采用定時(shí)報(bào)送加閥值加報(bào)體制，即一般情況下遙測(cè)站按照一定的時(shí)間間隔（如10、30 min 或 1 h，可隨時(shí)設(shè)定）定時(shí)打包發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)采集參數(shù)變化超過(guò)設(shè)定閥值時(shí)（暴雨或超警戒水位情況）立即發(fā)送所采集到的信息。超短波、GPRS 同時(shí)運(yùn)行，數(shù)據(jù)經(jīng) 2 個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送，中心、分中心分別接受，數(shù)據(jù)接收存貯時(shí)間以站點(diǎn)信息時(shí)標(biāo)為準(zhǔn)，因?yàn)檎军c(diǎn)用 1 套傳感器采集參數(shù)，只是通過(guò)超短波和 GPRS 這 2 個(gè)通訊信道分別傳數(shù)，所以超短波數(shù)據(jù)庫(kù)和 GPRS 數(shù)據(jù)庫(kù)擁有時(shí)間相同、參數(shù)一致的數(shù)據(jù)，超短波數(shù)據(jù)庫(kù)作為主數(shù)據(jù)庫(kù)，GPRS 數(shù)據(jù)庫(kù)作為備用數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)前臺(tái)查詢(xún)終端發(fā)出查詢(xún)請(qǐng)求，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)后首先從超短波數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取數(shù)據(jù)，搜索不到符合條件數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)到 GPRS 數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索，補(bǔ)充超短波數(shù)據(jù)庫(kù)中缺漏的數(shù)據(jù)發(fā)送給前臺(tái)查詢(xún)終端。

3.2 構(gòu)建數(shù)據(jù)分布式存貯

為增強(qiáng)整個(gè)晉江洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的健壯性，中心站、各分中心站、接收站點(diǎn)要建立起一條高速數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)他們之間互通互聯(lián)、互為備份，達(dá)到數(shù)據(jù)的分布式存貯，形成數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)，防止中心站、各個(gè)分中心站、接收站點(diǎn)系統(tǒng)崩潰后數(shù)據(jù)的丟失。在通道物理連接方面可以考慮專(zhuān)線(xiàn)或互聯(lián)網(wǎng)連接，專(zhuān)線(xiàn)費(fèi)用昂貴但速率、安全性高；互聯(lián)網(wǎng)不需專(zhuān)門(mén)線(xiàn)路鋪設(shè)費(fèi)用，容易實(shí)現(xiàn)，但易受攻擊。目前中心站與各分中心站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)線(xiàn)互聯(lián)，其他接收站點(diǎn)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，但要加強(qiáng)安全措施系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)連接如圖3 所示。在數(shù)據(jù)傳輸方面重點(diǎn)考慮系統(tǒng)的智能性、冗余性、一致性、安全性，通過(guò)建立下載列表、設(shè)立信息時(shí)標(biāo)、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全措施實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)功能：

圖3 數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)

（1）建立下載列表，按照安全、高效原則制定站點(diǎn)下載源的優(yōu)先次序。中心站、分中心站專(zhuān)線(xiàn)互聯(lián)，安全性高。中心站存貯完整的站點(diǎn)數(shù)據(jù)，分中心站存儲(chǔ)區(qū)域性數(shù)據(jù)，其他接收站點(diǎn)存貯數(shù)據(jù)量最少，從數(shù)據(jù)從屬關(guān)系來(lái)看，其他接收站點(diǎn)的存貯數(shù)據(jù)是分中心站數(shù)據(jù)的子集，而分中心站的存貯數(shù)據(jù)是中心站數(shù)據(jù)的子集，因此中心站的下載優(yōu)先次序?yàn)橄确种行恼竞笃渌邮照荆种行恼鞠螺d優(yōu)先次序?yàn)橄戎行恼竞笃渌邮照?，其他接收站點(diǎn)下載優(yōu)先次序?yàn)橄确种行恼竞笾行恼尽?/p>

（2）設(shè)立信息時(shí)標(biāo)，按照數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間確定數(shù)據(jù)的唯一性。每個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)都有設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行時(shí)鐘，通過(guò) GPRS 校時(shí)確保系統(tǒng)所有站點(diǎn)時(shí)間的統(tǒng)一性，中心站、分中心站等接收站點(diǎn)以數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間為準(zhǔn)確定信息時(shí)標(biāo)，在數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)比對(duì)時(shí)，根據(jù)這個(gè)信息時(shí)標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，剔除重復(fù)數(shù)據(jù)，修正錯(cuò)誤信息，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余性和一致性。

（3）加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全措施，通過(guò)防火墻、殺毒軟件等軟硬件措施防止外部網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒侵襲，通過(guò)設(shè)置權(quán)限和頁(yè)面提醒防止數(shù)據(jù)修改和刪除等內(nèi)部誤操作，確保系統(tǒng)安全。

3.3 構(gòu)建應(yīng)急維護(hù)網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定可靠離不開(kāi)維護(hù)管理的支持，規(guī)范、細(xì)致的維護(hù)工作是確保洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的保障，要從制度上加以落實(shí)，構(gòu)建維護(hù)管理網(wǎng)絡(luò)，將站點(diǎn)按區(qū)域進(jìn)行劃分，把維護(hù)管理任務(wù)逐級(jí)分解到各個(gè)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及各水利工程管理處，使各級(jí)單位對(duì)各站點(diǎn)的管理輻射范圍更趨合理，確保緊急搶修任務(wù)的迅速及時(shí)；建立起維護(hù)管理支持平臺(tái)，統(tǒng)籌安排站點(diǎn)維護(hù)搶修任務(wù)和分配備品備件資源，對(duì)管理工作形成支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)運(yùn)用于防汛抗災(zāi)中已經(jīng)顯示出快測(cè)快報(bào)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，為指揮決策提供重要的數(shù)據(jù)參考，保持其正常平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要，要充分利用不斷發(fā)展的先進(jìn)通訊技術(shù)對(duì)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化與完善，整合分散的信息數(shù)據(jù)，形成完整的數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享，從多方面采取措施確保數(shù)據(jù)信息連續(xù)、及時(shí)、有效獲取。

[1]姚永熙，水文儀器與水利水文自動(dòng)化[M]. 南京：河海大學(xué)出版社，2010，8.