新型学校预警设施设备在山洪灾害防治项目中的应用

刘　超马　浩刘怀利周　密

新型学校预警设施设备在山洪灾害防治项目中的应用

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一、引言

山洪是指山区溪流中因暴雨引发的暴涨洪水。它具有流速大、冲刷力大、破坏力大、暴涨暴落、历时短暂等特点，常造成局部洪灾，给人民生命财产带来重大损失。我国自2009年以来，开始实行以自动监测、通信预警、防灾减灾预案为主的非工程措施建设。经过多年的建设，我国的山洪灾害监测预警系统已经初具规模，且在实际应用中发挥了巨大的作用。但是在已建的山洪灾害监测预警系统中，对山洪易发地区中小学校等人口聚集区，尚未建设专用的预警设施设备。因此，2015年10月30日，水利部办公厅在《关于下达2016年度山洪灾害防治项目建设任务的通知》中明确提出“在中小学校、旅游景区等人口密集的重点地区配备监测预警设施设备，并开展宣传、培训和演练等”。

对于中小学校这种以学生群体为主要预警对象的区域，通过传统的预警设施设备很难做到及时有效的预警与转移。本文提出了一种新型的学校预警专用设施设备，在山洪易发的高风险山岳地区中小学校公共环境，建立学校山洪预警信息终端站系统，自动接收、发布、传递水文气象和地质灾害信息，提供实时水文气象数据、山洪预警信息、灾害应急预案、校内在册师生人员资料登记以及通知公告等数据信息的发布，并驱动控制声光及各型室外LED大显示屏运行工作。

二、学校预警系统总体结构

本文提出的学校预警系统主要由中心管理平台、学校终端用户和学校山洪预警信息终端站三层结构组成。三层结构站点之间的信息联网主要基于Internet互联网平台，中心管理平台与学校山洪预警信息终端站之间主要采用宽带光纤、ADSL、内网专线等有线方式联网，学校终端用户与终端站之间采用GPRS等无线方式联网。GSM-SMS短信方式作为备用和辅助通讯信道。通讯组网拓扑结构见图1所示。

三、学校预警系统功能

1.中心管理平台

中心管理平台利用各县前期已建县级山洪灾害监测预警平台相关硬件设备，开发相应软件实现，主要设计功能包括：

（1）具有为学校山洪预警信息终端站提供管理和信息服务的固定IP地址。

（2）与省级山洪中心平台数据库联网，获得水文气象实时和预报信息，建立本系统的专业数据库。

（3）运行学校山洪灾害预警信息系统服务器应用软件，自动进行数据分析计算，通过GPRS网为已注册和在线的终端站提供本地区的雨量、水位气象实时数据、预报信息、山洪告警状态信息查询服务。

（4）通过实时在线的GPRS网络或GSM-SMS方式，手动操作向全省内的任意区域站点集合或独立站点发送山洪灾害警报文字，以及远程控制启闭警报状态。

（5）管理辖区内的终端站GPRS网在线状态和遥测设备运行状态，做最新180天的终端站设备状态和告警发布事件日志记录，用于设备故障和山洪灾害过程事件追忆分析。

2.学校终端用户

考虑到建成后系统的运行维护及学校通知公告等数据信息的发布，为每个学校配置学校终端用户，学校终端用户通过手机等移动设备控制学校山洪预警信息终端站部分功能的实现，主要设计功能有：

（1）通过中心管理平台授权的手机向终端站发送短信更新终端站显示信息。

（2）通过与终端站以太网或WiFi联网的本地计算机及控制软件，或者终端站的便携式键鼠和监视器操作界面，对终端站设备进行参数配置操作。

（3）通过与终端站以太网或WiFi联网的本地计算机及控制软件，或者终端站的便携式键鼠和监视器操作界面，编辑和发送信息文本，更新终端站显示信息。

（4）通过与终端站以太网或WiFi联网的本地计算机及控制软件，或者终端站的便携式键鼠和监视器操作界面，在终端站中录入和维护学校基本属性数据库数据，建立领导、教师、班级、学生、家长、联系方式、联系地址、学校GPS坐标、额定人数统计、出勤人数统计等信息，便于应急管理。

（5）通过与终端站以太网或WiFi联网的本地计算机及控制软件，或者终端站的便携式键鼠和监视器操作界面，支持终端站应急告警信息定向和短信群发功能。

3.学校预警终端站功能

学校预警终端站由远程中控单元（SRCU）、声光告警器（警笛）、太阳能浮充蓄电池或UPS和直流稳压电源系统、户外LED信息屏构成，SRCU、电源等设备一体化集成在不锈钢材质的密封式终端站机柜中，LED信息屏则根据不同的尺寸和安装位置与终端站机柜分体式布置。主要设计功能包括：

（1）终端站按照设定的信息刷新周期，通过GPRS信道自动向中心站服务器请求和接收最新的今日雨量、实时水位、特征水位、预报水位和山洪告警等级指令，在LED信息屏上实时刷新显示。

（2）终端站根据信息条件智能判断，如果接收到的山洪告警等级达到或超过告警门限，则启动声光警笛告警器发出告警。警笛告警按照设定的间歇周期自动鸣响和停止，直到收到告警等级门限以下的指令或人工关闭告警器，解除声光告警。

图1　学校预警系统通讯组网拓扑结构图　

（3）通过实时在线的GPRS网络方式，支持中心站、分中心站计算机对终端站设备进行远程参数配置操作。

（4）通过GSM-SMS，支持运维管理人员使用手机对任意终端站设备进行远程参数配置操作。

（5）水文信息监测功能：可以接入1路翻斗式雨量传感器、2路（格雷码、模拟量或RS-485）接口的水位传感器。

（6）远程故障诊断功能：终端站自动诊断运行状态，可以监测站点供电电压、设备运行电压、远程通信状态、LED信息屏工作状态等信息，将终端站的工作状态定时上传中心平台。支持上一级预警平台自动巡检。

（7）软件远程升级功能：在上一级预警中心可以通过GPRS无线方式远程升级终端站的应用软件，升级后终端站能自启动恢复运行。

（8）学校信息管理功能：支持学生班级、学生数量、姓名以及家长联系方式等信息数据库功能。每年汛期前，由学校将有关信息编辑更新终端站数据库，或按指定格式存储进U盘导入终端站数据库，并上传中心平台。

（9）学校山洪应急预案上报功能：汛期前学校负责人按指定文件格式通过U盘将本校应急预案上报上一级预警平台。

（10）卫星定位功能：支持人工测试、录入经纬度，将本校位置通过GPRS自动发送到上一级平预警台，在GIS上准确标识学校位置。

（11）终端站支持应急告警信息短信定向发送和群发功能。

四、远程中控单元SRCU

本文设计的山洪预警信息终端站远程中控单元SRCU共分为三种类型的工作流程：

1.实时监听接收数据

终端站实时监听接收来自中心站、分中心站的GPRS、SMS远程终端用户以及现场RS-232、以太网、WiFi等本地终端用户多种通讯信道源的数据，成功解析后，自动识别数据操作指令种类并予以响应，完成相应的数据操作指令后对通讯信道发送源头做出应答回复。

2.定时请求刷新数据

终端站定时向中心站服务器发出数据请求，获取并动态显示刷新终端站所属地区的实时水文气象数据、预报信息、山洪预警等级状态信息内容，根据山洪预警等级高低，自动启/闭声光告警器。

3.定时采集自报数据

终端站定时采集现场RCU的供电电压、运行温度、通讯网络信号强度及工作状态等自检信息，并以自报方式向中心站服务器发送信息。

具体工作流程框图如图2所示。

图2　学校预警系统远程中控单元SRCU工作流程设计图

五、山洪预警信息终端站外观

学校山洪预警终端站外观通过定制LED显示屏实现水文气象、地质灾害、山洪灾害宣传等信息的发布，主要由远程中控单元SRCU提供驱动接口和软件进行实现。支持学校自行选配的任意显示类型、屏幕尺寸和安装方式的LED信息屏，使得学校可以同时获得山洪预警和学校信息发布的差异性专属应用功能，参见图3所示。

图3　山洪学校预警信息终端站外观设计示意图

六、结束语

目前，市场上尚无山洪灾害学校预警方面的专用产品，本文提出的山洪灾害防治学校预警系统作为一种新型的山洪灾害预警手段，既能实现在线预警，又能通过管理平台做到群测群防，对山洪灾害防治在学校领域提供快速、全面、准确的预报预警及指挥调度起到比较重要的作用，社会需求量大，社会和经济效益显著■

（作者单位：1.安徽省·水利部淮委水利科学研究院2330882.河海大学210046）