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

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、歷時短暫等特點，常造成局部洪災(zāi)，給人民生命財產(chǎn)帶來重大損失。我國自2009年以來，開始實行以自動監(jiān)測、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)過多年的建設(shè)，我國的山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)初具規(guī)模，且在實際應(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)測預(yù)警系統(tǒng)中，對山洪易發(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)等人口密集的重點地區(qū)配備監(jiān)測預(yù)警設(shè)施設(shè)備，并開展宣傳、培訓(xùn)和演練等”。

對于中小學(xué)校這種以學(xué)生群體為主要預(yù)警對象的區(qū)域，通過傳統(tǒng)的預(yù)警設(shè)施設(shè)備很難做到及時有效的預(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)，自動接收、發(fā)布、傳遞水文氣象和地質(zhì)災(zāi)害信息，提供實時水文氣象數(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)動控制聲光及各型室外LED大顯示屏運行工作。

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、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)站點之間的信息聯(lián)網(wǎng)主要基于Internet互聯(lián)網(wǎng)平臺，中心管理平臺與學(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)見圖1所示。

三、學(xué)校預(yù)警系統(tǒng)功能

1.中心管理平臺

中心管理平臺利用各縣前期已建縣級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺相關(guān)硬件設(shè)備，開發(fā)相應(yīng)軟件實現(xiàn)，主要設(shè)計功能包括：

（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）與省級山洪中心平臺數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)，獲得水文氣象實時和預(yù)報信息，建立本系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫。

（3）運行學(xué)校山洪災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)用軟件，自動進行數(shù)據(jù)分析計算，通過GPRS網(wǎng)為已注冊和在線的終端站提供本地區(qū)的雨量、水位氣象實時數(shù)據(jù)、預(yù)報信息、山洪告警狀態(tài)信息查詢服務(wù)。

（4）通過實時在線的GPRS網(wǎng)絡(luò)或GSM-SMS方式，手動操作向全省內(nèi)的任意區(qū)域站點集合或獨立站點發(fā)送山洪災(zāi)害警報文字，以及遠(yuǎn)程控制啟閉警報狀態(tài)。

（5）管理轄區(qū)內(nèi)的終端站GPRS網(wǎng)在線狀態(tài)和遙測設(shè)備運行狀態(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)的運行維護及學(xué)校通知公告等數(shù)據(jù)信息的發(fā)布，為每個學(xué)校配置學(xué)校終端用戶，學(xué)校終端用戶通過手機等移動設(shè)備控制學(xué)校山洪預(yù)警信息終端站部分功能的實現(xiàn)，主要設(shè)計功能有：

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

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

（3）通過與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計算機及控制軟件，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）通過與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計算機及控制軟件，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學(xué)校基本屬性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，建立領(lǐng)導(dǎo)、教師、班級、學(xué)生、家長、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、出勤人數(shù)統(tǒng)計等信息，便于應(yīng)急管理。

（5）通過與終端站以太網(wǎng)或WiFi聯(lián)網(wǎng)的本地計算機及控制軟件，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柜分體式布置。主要設(shè)計功能包括：

（1）終端站按照設(shè)定的信息刷新周期，通過GPRS信道自動向中心站服務(wù)器請求和接收最新的今日雨量、實時水位、特征水位、預(yù)報水位和山洪告警等級指令，在LED信息屏上實時刷新顯示。

（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達(dá)到或超過告警門限，則啟動聲光警笛告警器發(fā)出告警。警笛告警按照設(shè)定的間歇周期自動鳴響和停止，直到收到告警等級門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）通過實時在線的GPRS網(wǎng)絡(luò)方式，支持中心站、分中心站計算機對終端站設(shè)備進行遠(yuǎn)程參數(shù)配置操作。

（4）通過GSM-SMS，支持運維管理人員使用手機對任意終端站設(shè)備進行遠(yuǎn)程參數(shù)配置操作。

（5）水文信息監(jiān)測功能：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：終端站自動診斷運行狀態(tài)，可以監(jiān)測站點供電電壓、設(shè)備運行電壓、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)定時上傳中心平臺。支持上一級預(yù)警平臺自動巡檢。

（7）軟件遠(yuǎn)程升級功能：在上一級預(yù)警中心可以通過GPRS無線方式遠(yuǎn)程升級終端站的應(yīng)用軟件，升級后終端站能自啟動恢復(fù)運行。

（8）學(xué)校信息管理功能：支持學(xué)生班級、學(xué)生數(shù)量、姓名以及家長聯(lián)系方式等信息數(shù)據(jù)庫功能。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，或按指定格式存儲進U盤導(dǎo)入終端站數(shù)據(jù)庫，并上傳中心平臺。

（9）學(xué)校山洪應(yīng)急預(yù)案上報功能：汛期前學(xué)校負(fù)責(zé)人按指定文件格式通過U盤將本校應(yīng)急預(yù)案上報上一級預(yù)警平臺。

（10）衛(wèi)星定位功能：支持人工測試、錄入經(jīng)緯度，將本校位置通過GPRS自動發(fā)送到上一級平預(yù)警臺，在GIS上準(zhǔn)確標(biāo)識學(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.實時監(jiān)聽接收數(shù)據(jù)

終端站實時監(jiān)聽接收來自中心站、分中心站的GPRS、SMS遠(yuǎn)程終端用戶以及現(xiàn)場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，自動識別數(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)操作指令后對通訊信道發(fā)送源頭做出應(yīng)答回復(fù)。

2.定時請求刷新數(shù)據(jù)

終端站定時向中心站服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請求，獲取并動態(tài)顯示刷新終端站所屬地區(qū)的實時水文氣象數(shù)據(jù)、預(yù)報信息、山洪預(yù)警等級狀態(tài)信息內(nèi)容，根據(jù)山洪預(yù)警等級高低，自動啟/閉聲光告警器。

3.定時采集自報數(shù)據(jù)

終端站定時采集現(xiàn)場RCU的供電電壓、運行溫度、通訊網(wǎng)絡(luò)信號強度及工作狀態(tài)等自檢信息，并以自報方式向中心站服務(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)警終端站外觀通過定制LED顯示屏實現(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)動接口和軟件進行實現(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)校可以同時獲得山洪預(yù)警和學(xué)校信息發(fā)布的差異性專屬應(yīng)用功能，參見圖3所示。

圖3　山洪學(xué)校預(yù)警信息終端站外觀設(shè)計示意圖

六、結(jié)束語

目前，市場上尚無山洪災(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，既能實現(xiàn)在線預(yù)警，又能通過管理平臺做到群測群防，對山洪災(zāi)害防治在學(xué)校領(lǐng)域提供快速、全面、準(zhǔn)確的預(yù)報預(yù)警及指揮調(diào)度起到比較重要的作用，社會需求量大，社會和經(jīng)濟效益顯著■

（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）