新形势下河南省滞洪区信息化建设探讨与研究

2018-11-01秦超杰刘生杰

水利信息化 2018年5期

秦超杰，刘生杰

（1. 淮河水利委员会通信总站，安徽蚌埠 233001；2. 驻马店市水利防汛通信站，河南驻马店 463000）

0 引言

河南省地处中原，跨海河、黄河、淮河、长江四大流域，杨庄、老王坡、蛟停湖和泥河洼 4 个滞洪区分布在驻马店市和漯河市，是淮河流域、河南省防洪体系的重要组成部分，其地位举足轻重，在历年的防汛中起到了滞洪和削峰的作用[1]。而这些滞洪区大多处于强降雨、大洪水的区域，遇暴雨洪水，极易造成洪涝灾害，其特殊的地理环境导致了公网通信在这些地区不能有效覆盖，尤其是抗水毁能力较差，更无法满足与滞洪区水利工程防洪标准相适应的通信要求。

1 滞洪区基本情况及面临的新形势

河南省淮河流域的杨庄、老王坡、蛟停湖和泥河洼分别位于淮河支流沙颖河和洪汝河上。滞洪区域内现有人口近 20 万人，由于滞蓄洪影响，区内群众生产、生活极不稳定，特别是进洪频繁的滞洪区，难以做到及时、安全、有效的滞洪，矛盾十分突出[2]。随着经济和社会的发展，淮河流域行蓄洪区的人口还在增加，人与水争地的矛盾日益突出，行蓄洪区使用困难重重。滞洪区存在的安全建设和堤防防洪安全问题再次引起社会广泛关注，加强滞洪区建设的呼声越来越高，要求也越来越迫切。

鉴于上述防洪建设的新情况及经济发展和社会进步的新要求，国务院办公厅转发发展改革委员会、水利部关于切实做好进一步治理淮河工作指导意见的通知（国办发﹝2011﹞15 号），将行蓄洪区建设和调整作为重点工程之一，提出加快建设步伐。近年来，党中央、国务院高度重视淮河治理，特别调整干流和重要支流行蓄洪区，扩大中游河道泄洪能力，实现洪水分得进、蓄得住、退得出，行蓄洪时基本不需要临时转移群众。

新形势下，水利工作进入了一个新的历史时期，水利信息化为适应国家信息化发展战略和数字水利向智慧水利发展转变的需要，推动了信息化与水利现代化的深度融合与创新发展，深化了水利大数据在水利工作中的创新应用[3]，随着信息技术的进步和水利非工程措施不断的建设和发展，滞洪区预警反馈的工作更加科学化和智能化。如今，以物联网、大数据、5G 技术、卫星通信、无人机/船等为代表的智能水利关键技术将成为水利行业的“神器”，为水利防汛减灾、滞洪区调度指令的上传下达带来无时不在和无处不达的便利与高效。

2 滞洪区信息化建设存在的问题

滞洪区在防洪体系中起着分洪削峰的重要作用，有效地降低了河道洪水位，减轻了上下河段防洪压力。虽然近年来国家对滞洪区的非工程措施进行了建设，改善了区内生产生活条件，但由于建设投入不足，致使蓄滞洪区信息化建设滞后，配套工程不全，通信预警及反馈不完善，缺乏现代化的管理手段，难以做到安全、有效地滞洪。在滞洪区管理方面，对防汛救灾中“社会应急联动”（统一报警、统一指挥、快速应急、联合行动）的通信手段更为迫切[4]。

以老王坡滞洪区为例，自 1951 年建成至今共有25 a 进蓄洪水，进洪次数达 46 次，启用机遇约合2～3 年一遇。滞洪区进洪频繁，每次进洪，区内房倒屋塌，损失很大，直接影响地区的社会稳定和发展[5]。为了使滞洪区内乡、村各级政府和广大群众及时了解汛情，使各级防汛指挥部门的命令迅速下达和反馈，为区内广大群众尽快安全撤离或就近避洪赢得时间，最大程度地减少人民群众的财产损失，在坚持以人为本的原则下保证滞洪区及时有效地运用，减少洪灾损失，有效遏制洪水灾害对社会环境的影响已是一个当前社会的重大任务，任重道远。

3 新技术与滞洪区信息化建设融合分析

3.1 5G 技术与水利通信传输体系

在“十三五”国家信息化规划中，“到 2020 年，‘数字中国’建设取得显著成效，信息化发展水平大幅跃升，具有安全可控的信息产业生态体系基本建立。信息技术和经济社会发展深度融合，信息化全面支撑党和国家事业发展，为国家治理体系和治理能力现代化提供坚实支撑[6]。”国内三大运营商均已制定了 2020 年启动 5G 网络商用的计划，并于2017 年展开试验网络的建设和相关测试，2018 年开展 5G 规模组网试点，这将加快水利基础设施智能化转型，为完善滞洪区应急通信保障体系提供非常强大的技术支撑。

3.2 无人智能飞机

滞洪区行洪时，看不清、望不远、测不准是汛情侦察及救灾中经常遇到的老大难问题，严重影响制约着防汛工作精细化准备、精准化落实。无人机是通过地面远距离无线遥控和机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，具有设计结构简单、飞行灵活、易于控制、运行成本低等特点。既可完成有人驾驶飞机的飞行任务，也能完成有人飞机不易执行的特殊环境下的飞行任务。如特定危险区域的救灾、应急抢险、现场勘查、定点爆破及空中救援指挥等。

3.3 无人智能救援船

无人智能救援船作为一种在水面行动的智能机器人，依靠高精度 GPS 定位，可实现自主航行与返航。行驶中依靠超声波自动躲避障碍物，保证船体安全行驶。通过无人船的控制系统远程操作无人船对滞洪区水灾区域进行实时侦察，掌握灾情，发现情况，采取最有效的救援方案。

3.4 卫星通信与水利应急通信保障体系

随着国内卫星通信技术和空间传输技术的快速发展，卫星产业覆盖了公安、交通、气象、边防、海关、远程教育等 100 多个领域，在抢险救灾的通信保障，特别是应急通信保障方面发挥了及其重要的作用。目前，水利行业在原有卫星通信业务的基础上，建设了新一代水利卫星通信平台，已投入运行。新一代水利卫星通信系统拥有 27.2 MHz（包括 Ku波段 22.2 MHz，采用亚洲五号卫星，C 波段 5 MHz，采用亚太六号卫星）卫星转发器资源，采用基于DVB-S2 的星型/网状混合组网的方式，具有卫星转发器资源性能高，技术先进，稳定性和可靠性高，特别是采用了 Ku＋C 的双波段资源，抗雨衰能力强，能适应不同水利用户需要等诸多优点，为水利信息化和应急体系建设等提供应急通信保障服务[7]。

4 滞洪区信息化建设应用分析

4.1 对滞洪区水内信息综合采集，建设滞洪区调度决策支持系统

河南省杨庄、老王坡、蛟停湖和泥河洼 4 个滞洪区是淮河流域重要的水利工程，按照“智慧水利顶层设计”的精神和要求，水利基本数据已经从简单的处理对象转变为一种基础性资源，加快构建覆盖水利基础设施和管理运行体系的网络大平台[8]。以信息技术为手段，通过水利信息资源的整合，利用大数据、云计算等智能计算技术进行数据处理、建模和推演，实现滞洪区启用时水利信息的感知、采集、传输、汇总、分析、预警，以及反馈的网络化、自动化、智能化和可视化，建立滞洪区调度决策支持系统，从而快速、科学地对滞洪区汛情和灾情进行统计与评估，做出科学的判断和决策。

4.2 建设河南省滞洪区综合信息管理平台

随着河南水利信息化进程的推进，滞洪区流域综合信息管理平台依据水利信息化顶层设计理念，把区内采集整理的水利数据通过大数据、云计算等技术开发出统一的管理平台，研究数据之间的关联关系，安全规范数据资源空间管理及信息共享机制的建立，加强滞洪区内不同单位、部门之间的信息交换与共享，减少资源的重复采集与管理应用平台的重复建设，提高水利数据的利用率，从而完善数据共享服务体系，增强对滞洪区安全使用的综合处理能力。

4.3 建设滞洪区虚拟局域网

在滞洪区内淹没区水深小于 0.5 m 的区域，公网已覆盖，且有一定保障能力。充分利用公共通信网络，在其网络上建立水利虚拟局域网，并与水利通信专网互联互通，互为补充，互为备份，充分发挥其效益。

公网的电话虚拟局域网在各个单位或团体均有应用，可以选择由移动公司或联通公司做一个无线手机虚拟局域网，在河南省淮河流域内的杨庄、老王坡、蛟停湖（平舆境内）、蛟停湖（新蔡境内）、泥河洼 5 个信号比较稳定的区域建设无线用户，满足在汛期对调度及预警反馈指令下达的通信需求。不仅可以在防汛工作人员的手机之间等位拨号，直拨缩位虚拟号，使用方便且节省话费。还可以通过租用公网的 2 Mbit/s 通道与水利通信网的程控交换机对接，实现手机与固话的缩位拨号，无论是 11 位手机，还是加区号的 11 位固话，均可以采用缩位虚拟号进行拨号，同时可以利用群发短信进行指令下达和调度。

河南省滞洪区水利虚拟局域网组网示意图如图1 所示。

4.4 推动滞洪区卫星应急通信保障体系建设

为河南省滞洪区建设一套卫星应急通信系统，利用通信卫星做信息传输通道，采用专用承载车辆，依托淮河防汛通信专网和河南省防汛通信网，进行滞洪区防洪现场的语音、视频及数据的应急移动通信，在处置突发事件时，能够实现快速开通，一呼百应，即进行语音集中呼叫，接通后播放系统预设内容，实时远程或现场指挥调度等功能，从而提高了防汛部门的应急联动和快速反应能力，对提高防汛指挥决策水平和推进水利信息化的发展具有重要意义。

图1 河南省滞洪区水利虚拟局域网组网示意图

该系统由位于指挥中心的固定地面站和位置随时移动的卫星通信车组成。固定地面站具备与卫星通信车同时双向传送图像、话音、传真、数据等信息的功能，实现远程实时图像传输。固定地面站由卫星天线、变频高功放、低噪声放大器、调制解调器及音/视频设备等组成，实现与移动的卫星通信车通信之间的通信功能。卫星通信车由承载车体、卫星通信系统、编解码器、供电系统、空中移动视频监视系统及其他辅助设备等部分组成。