新形勢下河南省滯洪區(qū)信息化建設探討與研究

秦超杰 ，劉生杰

（1. 淮河水利委員會通信總站，安徽 蚌埠 233001；2. 駐馬店市水利防汛通信站，河南 駐馬店 463000）

0 引言

河南省地處中原，跨海河、黃河、淮河、長江四大流域，楊莊、老王坡、蛟停湖和泥河洼 4 個滯洪區(qū)分布在駐馬店市和漯河市，是淮河流域、河南省防洪體系的重要組成部分，其地位舉足輕重，在歷年的防汛中起到了滯洪和削峰的作用[1]。而這些滯洪區(qū)大多處于強降雨、大洪水的區(qū)域，遇暴雨洪水，極易造成洪澇災害，其特殊的地理環(huán)境導致了公網(wǎng)通信在這些地區(qū)不能有效覆蓋，尤其是抗水毀能力較差，更無法滿足與滯洪區(qū)水利工程防洪標準相適應的通信要求。

1 滯洪區(qū)基本情況及面臨的新形勢

河南省淮河流域的楊莊、老王坡、蛟停湖和泥河洼分別位于淮河支流沙穎河和洪汝河上。滯洪區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有人口近 20 萬人，由于滯蓄洪影響，區(qū)內(nèi)群眾生產(chǎn)、生活極不穩(wěn)定，特別是進洪頻繁的滯洪區(qū)，難以做到及時、安全、有效的滯洪，矛盾十分突出[2]。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，淮河流域行蓄洪區(qū)的人口還在增加，人與水爭地的矛盾日益突出，行蓄洪區(qū)使用困難重重。滯洪區(qū)存在的安全建設和堤防防洪安全問題再次引起社會廣泛關(guān)注，加強滯洪區(qū)建設的呼聲越來越高，要求也越來越迫切。

鑒于上述防洪建設的新情況及經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的新要求，國務院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委員會、水利部關(guān)于切實做好進一步治理淮河工作指導意見的通知（國辦發(fā)﹝2011﹞15 號），將行蓄洪區(qū)建設和調(diào)整作為重點工程之一，提出加快建設步伐。近年來，黨中央、國務院高度重視淮河治理，特別調(diào)整干流和重要支流行蓄洪區(qū)，擴大中游河道泄洪能力，實現(xiàn)洪水分得進、蓄得住、退得出，行蓄洪時基本不需要臨時轉(zhuǎn)移群眾。

新形勢下，水利工作進入了一個新的歷史時期，水利信息化為適應國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略和數(shù)字水利向智慧水利發(fā)展轉(zhuǎn)變的需要，推動了信息化與水利現(xiàn)代化的深度融合與創(chuàng)新發(fā)展，深化了水利大數(shù)據(jù)在水利工作中的創(chuàng)新應用[3]，隨著信息技術(shù)的進步和水利非工程措施不斷的建設和發(fā)展，滯洪區(qū)預警反饋的工作更加科學化和智能化。如今，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 技術(shù)、衛(wèi)星通信、無人機/船等為代表的智能水利關(guān)鍵技術(shù)將成為水利行業(yè)的“神器”，為水利防汛減災、滯洪區(qū)調(diào)度指令的上傳下達帶來無時不在和無處不達的便利與高效。

2 滯洪區(qū)信息化建設存在的問題

滯洪區(qū)在防洪體系中起著分洪削峰的重要作用，有效地降低了河道洪水位， 減輕了上下河段防洪壓力。雖然近年來國家對滯洪區(qū)的非工程措施進行了建設，改善了區(qū)內(nèi)生產(chǎn)生活條件，但由于建設投入不足，致使蓄滯洪區(qū)信息化建設滯后，配套工程不全，通信預警及反饋不完善，缺乏現(xiàn)代化的管理手段，難以做到安全、有效地滯洪。在滯洪區(qū)管理方面，對防汛救災中“社會應急聯(lián)動”（統(tǒng)一報警、統(tǒng)一指揮、快速應急、聯(lián)合行動）的通信手段更為迫切[4]。

以老王坡滯洪區(qū)為例，自 1951 年建成至今共有25 a 進蓄洪水，進洪次數(shù)達 46 次，啟用機遇約合2～3 年一遇。滯洪區(qū)進洪頻繁，每次進洪，區(qū)內(nèi)房倒屋塌，損失很大，直接影響地區(qū)的社會穩(wěn)定和發(fā)展[5]。為了使滯洪區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)、村各級政府和廣大群眾及時了解汛情，使各級防汛指揮部門的命令迅速下達和反饋，為區(qū)內(nèi)廣大群眾盡快安全撤離或就近避洪贏得時間，最大程度地減少人民群眾的財產(chǎn)損失，在堅持以人為本的原則下保證滯洪區(qū)及時有效地運用，減少洪災損失，有效遏制洪水災害對社會環(huán)境的影響已是一個當前社會的重大任務，任重道遠。

3 新技術(shù)與滯洪區(qū)信息化建設融合分析

3.1 5G 技術(shù)與水利通信傳輸體系

在“十三五”國家信息化規(guī)劃中，“到 2020 年，‘數(shù)字中國’建設取得顯著成效，信息化發(fā)展水平大幅躍升，具有安全可控的信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本建立。信息技術(shù)和經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合，信息化全面支撐黨和國家事業(yè)發(fā)展，為國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供堅實支撐[6]?！眹鴥?nèi)三大運營商均已制定了 2020 年啟動 5G 網(wǎng)絡商用的計劃，并于2017 年展開試驗網(wǎng)絡的建設和相關(guān)測試，2018 年開展 5G 規(guī)模組網(wǎng)試點，這將加快水利基礎(chǔ)設施智能化轉(zhuǎn)型，為完善滯洪區(qū)應急通信保障體系提供非常強大的技術(shù)支撐。

3.2 無人智能飛機

滯洪區(qū)行洪時，看不清、望不遠、測不準是汛情偵察及救災中經(jīng)常遇到的老大難問題，嚴重影響制約著防汛工作精細化準備、精準化落實。無人機是通過地面遠距離無線遙控和機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的不載人飛行器，具有設計結(jié)構(gòu)簡單、飛行靈活、易于控制、運行成本低等特點。既可完成有人駕駛飛機的飛行任務，也能完成有人飛機不易執(zhí)行的特殊環(huán)境下的飛行任務。如特定危險區(qū)域的救災、應急搶險、現(xiàn)場勘查、定點爆破及空中救援指揮等。

3.3 無人智能救援船

無人智能救援船作為一種在水面行動的智能機器人，依靠高精度 GPS 定位，可實現(xiàn)自主航行與返航。行駛中依靠超聲波自動躲避障礙物，保證船體安全行駛。通過無人船的控制系統(tǒng)遠程操作無人船對滯洪區(qū)水災區(qū)域進行實時偵察，掌握災情，發(fā)現(xiàn)情況，采取最有效的救援方案。

3.4 衛(wèi)星通信與水利應急通信保障體系

隨著國內(nèi)衛(wèi)星通信技術(shù)和空間傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)覆蓋了公安、交通、氣象、邊防、海關(guān)、遠程教育等 100 多個領(lǐng)域，在搶險救災的通信保障，特別是應急通信保障方面發(fā)揮了及其重要的作用。目前，水利行業(yè)在原有衛(wèi)星通信業(yè)務的基礎(chǔ)上，建設了新一代水利衛(wèi)星通信平臺，已投入運行。新一代水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)擁有 27.2 MHz（包括 Ku波段 22.2 MHz，采用亞洲五號衛(wèi)星，C 波段 5 MHz，采用亞太六號衛(wèi)星）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源，采用基于DVB-S2 的星型/網(wǎng)狀混合組網(wǎng)的方式，具有衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源性能高，技術(shù)先進，穩(wěn)定性和可靠性高，特別是采用了 Ku＋C 的雙波段資源，抗雨衰能力強，能適應不同水利用戶需要等諸多優(yōu)點，為水利信息化和應急體系建設等提供應急通信保障服務[7]。

4 滯洪區(qū)信息化建設應用分析

4.1 對滯洪區(qū)水內(nèi)信息綜合采集，建設滯洪區(qū)調(diào)度決策支持系統(tǒng)

河南省楊莊、老王坡、蛟停湖和泥河洼 4 個滯洪區(qū)是淮河流域重要的水利工程，按照“智慧水利頂層設計”的精神和要求，水利基本數(shù)據(jù)已經(jīng)從簡單的處理對象轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N基礎(chǔ)性資源，加快構(gòu)建覆蓋水利基礎(chǔ)設施和管理運行體系的網(wǎng)絡大平臺[8]。以信息技術(shù)為手段，通過水利信息資源的整合，利用大數(shù)據(jù)、云計算等智能計算技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理、建模和推演，實現(xiàn)滯洪區(qū)啟用時水利信息的感知、采集、傳輸、匯總、分析、預警，以及反饋的網(wǎng)絡化、自動化、智能化和可視化，建立滯洪區(qū)調(diào)度決策支持系統(tǒng)，從而快速、科學地對滯洪區(qū)汛情和災情進行統(tǒng)計與評估，做出科學的判斷和決策。

4.2 建設河南省滯洪區(qū)綜合信息管理平臺

隨著河南水利信息化進程的推進，滯洪區(qū)流域綜合信息管理平臺依據(jù)水利信息化頂層設計理念，把區(qū)內(nèi)采集整理的水利數(shù)據(jù)通過大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)開發(fā)出統(tǒng)一的管理平臺，研究數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，安全規(guī)范數(shù)據(jù)資源空間管理及信息共享機制的建立，加強滯洪區(qū)內(nèi)不同單位、部門之間的信息交換與共享，減少資源的重復采集與管理應用平臺的重復建設，提高水利數(shù)據(jù)的利用率，從而完善數(shù)據(jù)共享服務體系，增強對滯洪區(qū)安全使用的綜合處理能力。

4.3 建設滯洪區(qū)虛擬局域網(wǎng)

在滯洪區(qū)內(nèi)淹沒區(qū)水深小于 0.5 m 的區(qū)域，公網(wǎng)已覆蓋，且有一定保障能力。充分利用公共通信網(wǎng)絡，在其網(wǎng)絡上建立水利虛擬局域網(wǎng)，并與水利通信專網(wǎng)互聯(lián)互通，互為補充，互為備份，充分發(fā)揮其效益。

公網(wǎng)的電話虛擬局域網(wǎng)在各個單位或團體均有應用，可以選擇由移動公司或聯(lián)通公司做一個無線手機虛擬局域網(wǎng)，在河南省淮河流域內(nèi)的楊莊、老王坡、蛟停湖（平輿境內(nèi)）、蛟停湖（新蔡境內(nèi)）、泥河洼 5 個信號比較穩(wěn)定的區(qū)域建設無線用戶，滿足在汛期對調(diào)度及預警反饋指令下達的通信需求。不僅可以在防汛工作人員的手機之間等位撥號，直撥縮位虛擬號，使用方便且節(jié)省話費。還可以通過租用公網(wǎng)的 2 Mbit/s 通道與水利通信網(wǎng)的程控交換機對接，實現(xiàn)手機與固話的縮位撥號，無論是 11 位手機，還是加區(qū)號的 11 位固話，均可以采用縮位虛擬號進行撥號，同時可以利用群發(fā)短信進行指令下達和調(diào)度。

河南省滯洪區(qū)水利虛擬局域網(wǎng)組網(wǎng)示意圖如圖1 所示。

4.4 推動滯洪區(qū)衛(wèi)星應急通信保障體系建設

為河南省滯洪區(qū)建設一套衛(wèi)星應急通信系統(tǒng)，利用通信衛(wèi)星做信息傳輸通道，采用專用承載車輛，依托淮河防汛通信專網(wǎng)和河南省防汛通信網(wǎng)，進行滯洪區(qū)防洪現(xiàn)場的語音、視頻及數(shù)據(jù)的應急移動通信，在處置突發(fā)事件時，能夠?qū)崿F(xiàn)快速開通，一呼百應，即進行語音集中呼叫，接通后播放系統(tǒng)預設內(nèi)容，實時遠程或現(xiàn)場指揮調(diào)度等功能，從而提高了防汛部門的應急聯(lián)動和快速反應能力，對提高防汛指揮決策水平和推進水利信息化的發(fā)展具有重要意義。

圖1 河南省滯洪區(qū)水利虛擬局域網(wǎng)組網(wǎng)示意圖

該系統(tǒng)由位于指揮中心的固定地面站和位置隨時移動的衛(wèi)星通信車組成。固定地面站具備與衛(wèi)星通信車同時雙向傳送圖像、話音、傳真、數(shù)據(jù)等信息的功能，實現(xiàn)遠程實時圖像傳輸。固定地面站由衛(wèi)星天線、變頻高功放、低噪聲放大器、調(diào)制解調(diào)器及音/視頻設備等組成，實現(xiàn)與移動的衛(wèi)星通信車通信之間的通信功能。衛(wèi)星通信車由承載車體、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、編解碼器、供電系統(tǒng)、空中移動視頻監(jiān)視系統(tǒng)及其他輔助設備等部分組成。

4.5 推動滯洪區(qū)應急救援建設

滯洪區(qū)行洪或重大汛情發(fā)生時，智能無人機/船到達受災現(xiàn)場，指揮中心人員可在控制基站端發(fā)出指令，在視頻中收看無人機傳送回的現(xiàn)場圖像，大面積了解災情，搜索受災群眾。地面基站可通過救援無人船傳回的視頻圖像，發(fā)現(xiàn)被圍困或落水的受災人員，操作無人船進行救援。

1）遠程操作對被困和落水人員實施救援。當發(fā)現(xiàn)有被圍困或落水人員時，操作人員可通過語音系統(tǒng)向受災人員喊話，指導與配合無人船營救，操作無人船上的拋繩器向受災人員投放繩纜實施營救。受災人員持繩纜到無人船上索取救生圈、救生衣等救災物資，并可以乘坐無人船后，由操作人員遠程操作將受災人員送到安全地方上岸。

滯洪區(qū)無人機語音喊話系統(tǒng)組成圖如圖2 所示。

2）遠程操作運送投放救急物資。救災指揮中心在接到救災救援需求時，應急救援無人船可承載救生器材、食品、飲用水、急救藥物和多種應急物資設備按規(guī)定路線和地點往返運送救災物資，日以繼夜地高強度進行不間斷救援任務。

圖2 滯洪區(qū)無人機語音喊話系統(tǒng)組成圖

3）在行洪區(qū)河道水位上漲過快，為減輕防汛壓力，盡快泄洪，需對堤防進行緊急爆破，結(jié)合衛(wèi)星定位系統(tǒng)，無人機可攜帶爆破設備完成爆破泄洪任務。

5 結(jié)語

以河南省淮河流域的老王坡、楊莊、蛟停湖、泥河洼 4 個滯洪區(qū)為研究區(qū)域，針對滯洪區(qū)滯洪時普遍存在的通信預警及反饋不完善，難以做到安全、有效滯洪的問題，探討前沿信息技術(shù)與滯洪區(qū)安全建設的融合發(fā)展，并提出了滯洪區(qū)信息化建設的可行性方案，對下一步的滯洪區(qū)非工程措施建設起到一定的指導意義。

從解決滯洪區(qū)的人水矛盾、和諧發(fā)展的角度上來說，今后需要結(jié)合提高安全防洪標準、加大資金投入、健全法規(guī)制度、完善管理措施及移民政策的落實等方面做進一步的研究。