浙江省援建青川县水雨情预警系统的建设

姚 东,何 青,陈立辉

(浙江省水文局,浙江 杭州 310009)

1 问题的提出

“5◦12”汶川大地震发生后,党中央、国务院做出了“一省帮一县”的重大决定,安排由浙江省对口帮扶汶川地震极重灾区—青川县。按照国务院 《关于做好汶川地震灾后恢复重建工作的指导意见》精神,根据浙江省对口帮扶要求和青川县委、县人民政府对汶川地震灾后重建规划编制工作的统一部署,尽快恢复重建全县设施。

正在青川县人民团结一心,恢复重建美好家园之时,2009年7月16日,一场突如其来的大洪水,中断通讯和交通,冲毁部分堤防和农田,房屋进水,由于最大洪峰出现在白天,虽没造成人员伤亡,但影响了灾后恢复重建工作进程。由于流域内缺乏水、雨情监测系统,在洪水发生过程中,青川县各级政府和援建单位对流域内发生的水雨情基本不掌握,因而防洪、避灾工作非常被动。为了确保青川县人员生命财产安全和灾后恢复重建工作的顺利进行,根据 《青川县水雨情预警系统建设会议纪要》精神,急需建设青川县水雨情预警系统。

2 系统建设任务

受浙江省援助四川省青川县灾后重建指挥部委托,浙江省水文局于2009年12月组织完成了四川省青川县水雨情预警系统建设项目实施方案编制。

遵照青川县已经批准的相关规划,水雨情预警系统建设任务是:建设青川县水雨情自动测报系统和青川县实时水雨情信息发布与预警系统。在气候正常或较为恶劣的条件下,青川县水雨情自动测报系统完成青川县境内主要采集站点水雨情信息的自动采集、入库。实时水雨情信息通过青川县实时水雨情信息发布与预警系统对外发布。当水雨情信息达到预警标准时,系统通过手机短信、互联网等方式自动对外发布预警。青川县全县共36个乡镇指挥分中心配备卫星电话,具备在极端恶劣天气情况下通讯手段。

3 系统设计简述

3.1 系统的组成功能

青川县水雨情预警系统主要由青川县水雨情自动监测子系统和青川县水雨情信息发布与预警子系统组成,同时在各乡镇防汛指挥中心配备海事卫星电话作为辅助备用通信手段。青川县水雨情自动监测子系统是整个预警系统的基础,重点介绍该子系统。

3.2 水雨情自动监测子系统通信组网方式分析

3.2.1 常用通信信道

目前水雨情自动监测系统通常可选择的通信信道有:公共电话网PSTN、超短波通信、移动通信GSM/GPRS、卫星通信等。

公共电话网PSTN由国家电信部门建设和管理,具有覆盖面广、建设维护费低等特点,信道缺点是容易遭受雷击和传输线干扰,野外架线和防护困难,难以保证信道畅通率。PSTN遥测站需交纳月租费,每次拨号连接需交纳通讯费,在站点较多时,使用成本高。

超短波水雨情自动测报系统由于技术成熟,在国内早期的系统中普遍应用。中心站和中继站是其重要环节,是确保系统正常运行的关键,系统对中心站、中继站可靠性要求极高。超短波中心站、中继站一般抗干扰能力差,在站点多、站网密的系统中比较容易发生同频干扰(也叫同频碰撞)现象,影响畅通率。中继站一般建在高山上,正是雷电多发地区,如果遭受雷击,会使信号中断,造成系统大面积瘫痪。目前超短波通信方式已逐渐退出主流应用。

GSM/GPRS移动公网是近年发展最快的公共通信资源,具有覆盖面广,信道可靠,费用低廉,维护简单等特点,被广泛应用在水情自动测报系统中。目前国内移动通信网络发展迅速,GSM/GPRS业务已覆盖全国大部分地区。移动运营商的提供SMS(短信)、GPRS等主要无线传输技术。GSM移动公网在偏僻乡村的保障度相对较弱,特别是电力保障,在遇到大的自然灾害面前会受到影响,发生网络通信中断的情况。

3.2.2 卫星通信信道

“北斗卫星系统”是我国自主开发并具有完全知识产权的卫星系统,将 “北斗卫星系统”应用于水文测报、石油管道监测等关系到国计民生的应用领域,可以从政策层面上最大限度地保障此类用户的服务优先级别以及关键业务的可用性和安全性。

3.2.2.1 北斗卫星系统特点

“北斗卫星系统”适用于水情自动测报领域主要是因为系统特点与水情自动测报系统的要求相匹配:①覆盖区域广阔:“北斗卫星系统”无缝覆盖中国全部国土区域(包括陆地和海洋)以及周边地区,与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖;②抗干扰、保密性强:“北斗卫星系统”采用码分多址直接扩频通信体制,其抗干扰能力强,并且在一定程度上保证了数据的保密性,完全满足水情数据采集应用中对数据的可靠性、保密性的要求;③抗雨衰:中心站采用C波段收发,用户终端采用L/S波段收发,在这些使用的波段内,系统通信时受雨衰的影响极小;④野外远端测站安装、维护简易:远端测站使用的用户终端集成度高、外型小巧,安装简便;终端功耗小,适用太阳能电池供电;终端设计抗恶劣环境,维护简易,可在无人值守状态下工作。

3.2.2.2 北斗卫星水情自动测报系统

北斗卫星水情自动测报系统由发送端 (卫星水情自动测报站)和接收端(负责接收自动测报站的数据,提供给水情监控中心站下载)组成。北斗卫星水情自动测报站采用北斗卫星作为卫星通信传输方式,由卫星用户终端与水情采集系统的遥测终端相联接,形成卫星水情自动测报站。卫星自动测站的特点是:修改远端站参数方便:可远程监控远端测站的工作状态,并可修改远端测站的工作参数;强大的数据存储、分析功能:通过对各种水文数据的存储、处理、分析,可为防汛决策和水资源调度管理以及国民经济建设提供及时、准确的情报信息和其他相关信息;系统兼容:系统采用模块化设计,底层平台与上层应用系统分离。采用开放接口终端控制模块,兼容各种主流监控终端设备。

卫星自动测站的主要功能:自动实时采集、存储水情数据;卫星用户终端与网管中心之间进行数据通信;执行来自水情监控中心站的指令。自动测站可根据设定以定时(每天08∶00报)、增量报(小时雨量≥1 mm,正点报)混合工作方式向中心站发送水情数据。

3.2.3 系统通信组网方式

青川县14个雨量自动观测站和5个水位自动观测站的数据通信方式采用如下设计方式:考虑到移动通信设备、技术、线路都很成熟,保障能力较高,因而当移动通信正常情况下,青川县水雨情采集站点水雨情信息通过移动GPRS/GSM信道自动采集,直接启动系统实现水雨情信息的监视、统计分析和预警;而如果出现灾害天气下,当移动通信不正常或中断等紧急情况下,水雨情采集站点通过北斗卫星信道实现水雨情信息传输。这样通过双路信息采集实现信息传输的双保险(见图1)。

图1 青川县水雨情自动监测子系统通信组网图

3.3 水雨情自动监测子系统运行分析

青川县水雨情预警系统于2010年5月建成并启动使用,建设期间对系统进行了专门的考核测试,其中包括对北斗卫星通信系统畅通率的考核,结果证明遥测终端在GSM/GPRS信道的畅通率为100%,而卫星信道的畅通率可以达到95%以上,符合项目的设计要求,起到了信息传输双保险的作用。

系统在建设期间,由浙江省的技术人员对青川县防汛抗旱江河管理指挥部办公室及各乡镇的 系统管理人员进行了相关专业技术培训。同时,为了更好地发挥系统的作用,在2010年汛期浙江省派出专人在青川县现场指导操作及日常维护管理。青川县连续发生 “20100813” 和 “20100818”2次特大洪灾。在特大暴雨洪水过程中,所有雨量、水位站正常报讯,无一故障,移动GPRS/GSM和北斗卫星双信道信息传输充分保障了水雨情信息的畅通。

3.4 青川县水雨情预警系统产生的效益

青川县水雨情预警系统在青川县 “20100813”、“20100818”2次特大洪灾发挥了关键性的重要作用。洪灾发生后,“青川县水雨情预警系统”在第一时间向有关人员发出预警信息。使青川县各级政府和浙江省、市援建指挥部能及时、主动掌握强降雨全县流域内发生的水雨情,为防洪避灾工作的正确部署提供了科学的依据,成功转移4.25万人,确保人民群众生命财产安全和灾后恢复重建工作的顺利进行,大幅度减少了灾害造成的损失。

为此,浙江卫视对该“系统”在这2次抗洪中发挥出的巨大作用于8月21日晚 《浙江新闻联播》以 《浙江援建“千里眼”,助力青川防洪抗灾》 为题给予全面报道。同日,中央电视台新闻频道也对浙江省援建、浙江省水文局承建完成的”青川县水雨情预警系统”在抗灾中的作用做了报道。

4 结 语

浙江省援建、浙江省水文局承建完成的“青川县水雨情预警系统”采用了目前先进的设备和技术,在青川县“20100813”、“20100818” 2次洪水中,其可靠性、稳定性都得到了验证。这个“系统”为浙江省今后升级改造水雨情信息采集系统或水雨情预警系统等提供了现成的、成功的经验。

青川县水雨情预警系统,特别是水雨情监测子系统是浙江省援建青川县按高规格、高标准的要求建设完成的。由于卫星设备及运行费用较高,这样的设计目前在领先于全国水平的浙江省水雨情自动监测系统中也是没有应用的,浙江省的个别卫星自动监测站点在移动公司信号没有覆盖的情况下建设的,因而只能是作为一种单信道设计,而不是GPRS、卫星双信道设计。这样的双信道传输模式可以实现信息传输的双保险。同时,相信随着国家对水利建设的重视和更多的投入,青川县的水雨情预警系统的设计建设模式也会在浙江省得到更广泛应用。