孫加龍，陳軍強(qiáng)

（珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，510611，廣州）

根據(jù)全國洪澇災(zāi)害的特點(diǎn)和防汛現(xiàn)狀，吸取數(shù)十年來的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，研究有關(guān)方面的要求，認(rèn)識(shí)到要提高防汛抗災(zāi)能力和減少災(zāi)害損失，迫切需要引進(jìn)信息、計(jì)算機(jī)、通信、遙測等現(xiàn)代化技術(shù)到三防工作中來，由于水庫數(shù)量多 （全國有8萬多座水庫和大量重要山塘）而分散，信息采集困難且投資巨大。水庫的安全問題一直是防汛管理人員、水行政主管部門乃至地方黨政領(lǐng)導(dǎo)所關(guān)心的重要問題。近幾年，水庫垮壩事件時(shí)有發(fā)生，一般都是事件發(fā)生后管理部門才知道，根本無法預(yù)知預(yù)警，造成了很大的被動(dòng)。

一、研發(fā)的提出

水利部水利信息中心、長江委長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院及長江委網(wǎng)絡(luò)與信息中心于2008年11月向水利系統(tǒng)發(fā)放的《全國重點(diǎn)中小水庫防汛通信預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目建議書指導(dǎo)文件》中明確提出水庫中采用無線接入通信方式的優(yōu)點(diǎn)，這種本地交換機(jī)與用戶終端設(shè)備之間組成的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有大區(qū)制、小區(qū)制和微區(qū)制等多種形式，該方式是解決水庫和山區(qū)等偏遠(yuǎn)用戶通信的一種有效手段。廣東省惠州市人民政府于2008年11月30日在市政府常務(wù)會(huì)議討論通過《惠州市水庫管理辦法》，2009年2月廣東省韶關(guān)市出臺(tái)了 《韶關(guān)市水庫管理工作意見》和《韶關(guān)市水庫管理模式試點(diǎn)實(shí)施意見》，廣東省其他地市相繼出臺(tái)了對(duì)于水庫的管理辦法，在相關(guān)文件中進(jìn)一步明確了水庫管理的無線遙測遙視策略。以此為背景，我們研發(fā)了實(shí)用、可靠和低成本的水庫無線遙測遙視系統(tǒng)，以此為防汛、抗旱及水資源管理部門提供及時(shí)完整的相關(guān)信息，同時(shí)提供預(yù)警預(yù)報(bào)和通知撤離等實(shí)時(shí)指揮實(shí)用手段，大幅度提高應(yīng)急管理水平。

二、技術(shù)路線

該系統(tǒng)的主要功能是將水庫或水電站的水位、降雨量、實(shí)時(shí)現(xiàn)場圖像、水溫、氣壓（乃至大壩安全信息，開發(fā)中）等信息加密后實(shí)時(shí)或定時(shí)動(dòng)態(tài)地傳輸?shù)焦芾聿块T的服務(wù)器，經(jīng)解密校驗(yàn)后自動(dòng)存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，并由水庫管理信息系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢、統(tǒng)計(jì)分析及應(yīng)急處理決策支持。系統(tǒng)具有自動(dòng)報(bào)警機(jī)制。

1.信息傳輸原理

如圖1所示，主控機(jī)將水庫水位、雨情、現(xiàn)場圖像、水溫、氣壓及工情等各類信息采集后，通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和Internet將這些信息傳輸?shù)椒?wù)器，由多線程接收程序接收處理后存入數(shù)據(jù)庫，并由水庫管理信息系統(tǒng)對(duì)這些信息進(jìn)行管理、查詢和預(yù)警。

圖1 信息傳輸原理示意圖

2.系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由信息采集與傳輸子系統(tǒng)、多線程接收子系統(tǒng)和信息管理及預(yù)警子系統(tǒng)三大部分組成。如圖2所示，信息采集與傳輸子系統(tǒng)由壓力式水位計(jì)及其安裝配套設(shè)備、翻斗式雨量計(jì)、攝像頭、溫度計(jì)、氣壓計(jì)、無線傳輸模塊、電源電路及智能主控機(jī)構(gòu)成。

圖2 信息采集與傳輸子系統(tǒng)的組成

水庫信息管理及預(yù)警子系統(tǒng)對(duì)眾多水庫的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢和統(tǒng)計(jì)分析，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警。

（1）基本信息與實(shí)時(shí)信息

本系統(tǒng)用戶可以在自己的桌面電腦上通過IE瀏覽器查看本地區(qū)所有水庫的運(yùn)行情況，也可以查看單個(gè)水庫的各類實(shí)時(shí)信息以及歷史資料。界面示意圖如圖3所示。

圖3 水庫基本信息及實(shí)時(shí)信息界面示意圖

（2）預(yù)警功能

此外系統(tǒng)還具有自動(dòng)報(bào)警機(jī)制，水庫一旦出現(xiàn)問題 （如庫水位超過防汛限制水位或低于死水位、大壩安全隱患等）系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，并會(huì)將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)上。不同的安全級(jí)別,系統(tǒng)會(huì)將預(yù)警信息發(fā)送至不同的人員手機(jī)上。在特別情況下，系統(tǒng)還能將危險(xiǎn)級(jí)別高的預(yù)警信息及時(shí)發(fā)送至水庫下游的自然村，以便及時(shí)組織疏散，從而保障了群眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

（3）統(tǒng)計(jì)分析

系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能更是能滿足各類應(yīng)用的需求。如水庫總蓄水量統(tǒng)計(jì)，只要點(diǎn)一下鼠標(biāo)，就可以知道所有水庫中還蓄有多少水量，以提供抗旱決策依據(jù)。系統(tǒng)還可以分析各類特征值（如最大1小時(shí)、最大日降雨量等等）。

（4）地理定位

系統(tǒng)還提供精確的地理位置定位功能，界面如圖4。由于水庫數(shù)量多、分布廣，管理人員很難記住某座水庫的位置，一旦發(fā)生險(xiǎn)情很可能會(huì)延誤防汛指揮的最佳時(shí)間。為此，系統(tǒng)具有強(qiáng)大的地理信息處理和搜索功能，能精確地定位發(fā)生險(xiǎn)情的水庫位置。

圖4 地理定位界面示意圖

（5）圖像監(jiān)視

本系統(tǒng)具有圖像監(jiān)視功能，如圖5，無論是白天還是黑夜，系統(tǒng)都能將水庫大壩的現(xiàn)場圖像實(shí)時(shí)地傳送到相關(guān)人員的計(jì)算機(jī)或手機(jī)上。管理人員可以直觀地判斷水庫的運(yùn)行情況。

圖5 圖像監(jiān)視功能界面示意圖

（6）手機(jī)查詢

只要在手機(jī)上打開本系統(tǒng)，界面如圖6，就可以看到按水庫危險(xiǎn)度排序的各類信息，也即排在第一位的水庫是目前本地區(qū)最危險(xiǎn)的水庫，要分外關(guān)注，排在第二位的水庫危險(xiǎn)度次之，依次類推。手機(jī)版和PC版同樣除了可以查詢水位雨量外，還能查詢實(shí)時(shí)圖像信息。

圖6 手機(jī)版水庫無線遙測遙視系統(tǒng)界面示意圖

三、系統(tǒng)鑒定

2009年11月18日,水利部國際合作與科技司在北京主持召開了成果鑒定會(huì)。鑒定會(huì)專家一致認(rèn)為該研究成果基于實(shí)用、低成本、一體化集成的設(shè)計(jì)理念，將圖像這種最直觀的信息集成到傳統(tǒng)的水位、雨量信息采集設(shè)備中，形成水位、雨量、圖像、水溫、氣溫、氣壓等綜合信息采集、傳輸一體化的采集設(shè)備，并設(shè)計(jì)了后臺(tái)基于地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的信息管理平臺(tái)，從而形成一整套軟、硬件緊密結(jié)合的水庫無線遙測遙視系統(tǒng)。該研究成果解決了水庫量多、分散、信息采集困難的難題，實(shí)現(xiàn)了水庫的水位、雨量及實(shí)時(shí)現(xiàn)場圖像的無線遙測遙視，使防汛等部門可以及時(shí)掌握水庫運(yùn)行信息，對(duì)汛情作出準(zhǔn)確的判斷和預(yù)測，制定科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施，確保水庫工程安全。該項(xiàng)研究針對(duì)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，創(chuàng)新性突出，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣應(yīng)用價(jià)值。

四、系統(tǒng)應(yīng)用

廣東省水利廳2009年全省水利信息化工作會(huì)議提出“全省納入中央專項(xiàng)的77座中型水庫、包括1 280座?。?）型水庫，要全部把實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)起來。由保障中心制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)中心負(fù)責(zé)初步設(shè)計(jì)把關(guān)，凡是不建實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的就不批技術(shù)審查”?！稄V東省水利信息化“四統(tǒng)一”綱要》通知中明確廣東省水利信息化“四統(tǒng)一”工程中基礎(chǔ)設(shè)施具體建設(shè)任務(wù)之一為水利信息采集，即采集全省1400多座小 （1）型水庫雨水工情信息，建成大、中、?。?）型水庫的水雨工情采集網(wǎng)。配備一批便攜式移動(dòng)信息采集設(shè)備，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場的險(xiǎn)情、旱情、災(zāi)情，匯集到省水利數(shù)據(jù)中心。

目前該系統(tǒng)已經(jīng)在廣東、湖南、安徽、江西、廣西等省（自治區(qū)）得到推廣應(yīng)用，已安裝千余套，產(chǎn)品深受廣大用戶的認(rèn)可，各地水利部門普遍反映良好，有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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