基于北斗一号的山洪灾害预报系统解决方案.doc

基于GPRS/CDMA/北斗通信的山洪预警系统方案1 概述山洪是指山区溪沟中发生的暴涨洪水。山洪具有突发性，水流集中流速大，冲刷破坏力强，水流中夹带泥沙甚至石块等特点。常造成局部性洪灾，一般为暴雨山洪，融雪山洪，冰川山洪等。近些年，我国的甘肃舟曲、四川映秀、云南巧家县等地区都发生了大规模的山洪灾害，给人民群众造成了无以弥补的损失，用血的教训说明了山洪灾害监测预报系统建设的势在必行。全国山洪灾害防治规划报告由国务院有关部门根据职能分工分别组织实施，计划2010年，在山洪灾害重点防治区初步建立以监测、通信、预报、预警等非工程措施为主并与工程措施相结合的防灾减灾体系。到2020年在山洪灾害重点防治区全面建成非工程措施与工程措施相结合的综合防灾减灾体系，在山洪灾害一般防治区建立以非工程措施为主的防灾减灾体系，使山洪灾害防治能力与山丘区全面建设小康社会的发展要求相适应。2 应用需求本方案旨在通过对系统通信组网的改造（采用GPRS为主、北斗卫星为辅的双信道方式），以提高系统运行的可靠性和畅通率，满足水文精确预报的需要，确保水库防汛度汛安全及发挥水库综合效益。2.1基于GSM/CDMA/GPRS模式该模式的主要优点是设备简单，费用低、功耗低；但主要缺点是受制于移动基站分布的限制，在移动基站不能覆盖的区域，尤其是边远地区，根本没有移动基站，因此该种方式无法完成任务。2.2基于卫星通信的VSAT卫星通信站该模式由于采用了卫星通信，因此通信不受时域和地域的限制；但主要缺点是设备复杂、设备价格昂贵（十几万元一套）、需要的供电功耗很大，不利于野外快速架设；另外由于需要租用通信卫星的带宽，因此需要向卫星公司交纳昂贵的卫星通信带宽占用费用。2.3短波（超短波）电台该模式简单，但由于受电台功率的限制，传输作用距离有限，而且受地形遮挡影响大。不能做到全天时、全地域传输。随着我国自主知识产权的北斗一号卫星定位导航系统的建设及稳定运营，采用GPRS为主、北斗卫星组网可以较好地实现上述数据通信，且设备简单、安装简单、设备费用低。3 北斗一号系统介绍北斗卫星定位导航系统是我国自主研制的全天候、全天时、区域性卫星定位导航通信系统。该系统具有定位、数字报文通信、精确授时三大功能。北斗系统由三颗地球同步卫星、一个地面中心站、若干地面标校站和用户终端四部分组成。系统的基本组成如图3-1所示：图3-1 北斗系统组成示意图上述四个组成部分当中，卫星地面站用于大系统维护、计算用户位置数据；地面标校站用于修正系统信号，提高定位精度；与用户关系最为密切的是各种用户终端，包括指挥型、车载型、手持型、通信型等。其中除指挥型终端外的其他用户机又统称为普通型终端。各种用户终端通过向卫星系统发送定位请求申请，获得自身的位置信息；同时通过北斗卫星完成短报文数据的传输。该系统的卫星通信覆盖中国全部地域及周边地区。如图3-2示图3-2 北斗卫星信号覆盖区域应用“北斗一号卫星导航定位系统”有以下优势：l 它同时具有定位和通信功能，不需要其他通讯系统支持；l 覆盖范围大，没有通信盲区。北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国、也可以为周边国家服务；l 特别适合多用户大范围监控管理和数据采集、数据传输应用。4.山洪灾害监测预警系统的设计4.1 系统设计的原则山洪灾害监测预警系统是山洪防治非工程措施的重要组成部分，系统根据国家山洪灾害防治县级非工程措施建设实施方案编制大纲（下简称编制大纲）要求进行开发，在国家四部委的联合部署下，山洪灾害监测预警系统向着功能更加全面、技术更加先进、操作更加人性和预警更加准确的方向不断向前发展。本系统立足以客户为中心、市场为导向、效益最大化的新型运营模式下实现山洪预警，减少人民群众生命财产损失的核心目标，真正发挥山洪防治非工程措施的重要作用。4.2 系统结构水雨情监测系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等；预警系统由基于平台的山洪灾害防御预警系统和山洪灾害群测群防预警系统组成。系统建设充分体现集中式与分布式相结合原则。所谓集中式，即建设一个相对集中的GIS平台，整合有关地理信息，保证操作的一致性，并开发相应的专业应用功能，统一主要应用，统一技术标准等。所谓分布式，即按照各专业子系统的不同应用功能，开展特色的信息管理服务、信息发布服务和决策分析服务。在系统的主平台中，将各子系统应用整合起来，提供一个整体的、多功能的综合业务应用服务系统。图4-1为山洪预警系统的系统结构图： 图4-1 山洪预警系统的系统结构 5 山洪灾害监测预警系统主要要求,组成及功能5.1 系统的主要要求系统建设的目的是充分利用现有最新的通信技术，改善水文数据采集、传输和处理，增强数据采集和处理的可靠性，增加系统洪水预警预报的时效性。缩短水文数据的汇集和预报调度作业所需时间，充分发挥水力资源、水情测报系统的设计效益，系统功能要求将包括：（1）系统要综合水文、遥测、通信、计算机和网络等多学科的有关最新成果，提高水情测报速度和洪水预报精度；（2）系统建设与改造既要满足近期运行的要求，又要适应长远发展的需要，符合防汛度汛、联合调度及经济运行管理等的要求；（3）信息定义统一，编码统一，执行国家行业标准和规范。具有高度的开放性、兼容性和可拓展性，采用符合国际国内行业标准的设备，应用层协议等；（4）在系统设计时充分考虑到将来系统扩充的可行性，系统中将预留为后期进行扩展的借口。遥测站信息传输设备具有多信道的接入能力，以便适应国家防汛指挥系统建设提出的双信道传输要求的扩展；（5）系统选用的设备应经过行业（地方）主管部门技术鉴定或经过国家授权的质检部门实验检测；（6）系统基本处于免维护工作状态，易于管理。系统设备要先进科学、经济实用，能长期、连续、稳定、可靠地工作，遥测设备值守功耗低、可靠性高；（7）水情自动测报系统采用GPRS、北斗卫星双信道方式组网；（8）数据通信采用可靠的回执确认机制；（9）北斗卫星作为备用信道时，具备每日定时平安报功能；（10）信源编码采取计算复合措施，信道编码采用BCH纠错编码技术；（11）主备信道的可靠切换。当主信道出现故障时，系统能够自动切换到备用信道进行数据传输；（12）数据接收软件具有误码数据的分析处理功能。中心站具有两重数据校验，一是编码校验，二是范围和差值校验；（13）装置的机械结构应能防灰尘、防潮湿、防动物（虫）、防震动，防污秽应符合IECI42标准；（14）设备应有良好的表面处理长期抗腐蚀、防生锈。表面处理层应牢固的，易锈易氧化的部件应进行特殊表面处理；（15）设备的电磁兼容性及抗电磁干扰应满足国际要求，投标方应提供设备的具体电磁兼容指标及测试数据；（16）系统方案符合电力系统二次安全防护规范，并按照防护规范要求配置相应的设备及软件。5.2 系统的组成系统由中心站和遥测站两部分组成。中心站M个，遥测站有X个，包含以下类型的站点：（1）遥测雨量站；（2）遥测雨量水位站；（3）遥测水位站；5.3 系统的主要功能1、遥测信息采集流程及其控制： （1）遥测站以自报方式将水、雨情信息发送至中心站； （2）遥测站每日8点整定时将水雨情信息以及工况信息发送至中心站； （3）汛期水位信息每3小时发送1次，在此期间若水位变化超过规定阈值（例如5cm），则自动向分中心站加报； （4）非汛期水位信息每6小时发送1次，在此期间若水位变化超过规定阈值（例如5cm），则自动向分中心站加报； （5）雨量信息每增加1mm发送一次； （6）采用BEIDOU（北斗）信道的遥测站以定时间间隔（如每6小时）打开通信终端等待中心站命令，开机等待时间为2分钟；采用GPRS信道的遥测站始终处于接收状态。 （7）中心站在遥测站打开通信终端期间自动（即系统运行人员可以事先将有关命令输入计算机）发送修改遥测站运行参数（如更改汛期和非汛期报汛频度和阈值）命令或招测其工况信息。 2、遥测站主要功能 （1）实时自报：当被测参数变化超过规定阈值（如1mm雨量或1cm水位变化等，阈值应可本地或远程设置）时，自动向中心站报告。 （2）定时自报：按预定的定时时间间隔（按照时段要求，如1小时、2小时、12小时、24小时等等，可任意设置），定时向中心站发送当前数据。时间间隔应可本地或远程设置； （3）卫星信道作为备用通道时，每日定时（如时间间隔6小时）平安报。 （4）蓄电池电压采集功能：当蓄电池欠压时，报告蓄电池电压状态； （5）参数设置：现场设置本站站号、雨量初值等参数； （6）具有数据存贮功能； （7）具有硬件自动开关通信终端功能； （8）采用双信道的遥测站应具备自动切换信道功能。6 系统特点信息采集及获取方式多样，提供多种信息的自动采集、手工或简易采集、系统接口接入、手工录入、批量导入等多手段的收集感知。数据汇集平台向下提供标准的信息采集协议，可与包括大唐自主专利产品在内的各种采集设备兼容；向上对数据进行数据容错分析、数据排重、逻辑错误分析、格式化等处理，保证入库数据的完整性、正确性和标准化。统一资源数据库基于国家水利标准数据库建立，具有很强的兼容性和扩展性。灾害预警平台业务理解贴近用户所想、采用先进的技术架构、功能设计丰富合理、系统维护便捷、多手段保障系统运行、系统界面赏心悦目。依托先进的GIS平台，汇总系统重要业务功能，提供综合便捷操作。嵌入小流域径流预报模型，为决策者提供未来24小时内水雨