山洪灾害监测预警系统“智慧水利”中的物联网应用
2011-12-1516:22 中国信息产业网官方微博
摘 要：
本文以大唐电信设计、实现的县级山洪灾害监测预警系统为例，介绍了大唐电信在水利行业山洪灾害预警的解决方案。该解决方案引入物联网的概念、技术、设备，与大唐电信自主研发的山洪灾害监测预警系统，及声学驻波数字水位计、无线接力传输系统等大唐电信自主创新的国家专利技术有机结合，辅助水利用户在山洪灾害发生前、中、后更及时、准确、有效地决策、指挥和分析，用户使用后反应很好，极大地提高了用户的工作效率，提升了政府的服务能力。
关键词：物联网；水利；山洪灾害预警。
引 言
山洪灾害监测预警系统作为“智慧水利”，尤其是防汛抗旱信息化支持的重要组成部分，在水利行业防汛抗旱防台业务中发挥着非常重要的作用。系统具备采集、通信传输、预警及发布、响应反馈、预测预报、决策支持等功能，共享国土、气象等相关信息，提供与国土、气象、防汛决策支持等系统的服务接口，同时将水文预报、灾害评估等相关水利模型纳入系统中，为山洪灾害多发地区提供监测、预警、决策、抢险、调度等全面的服务和支持。
大唐电信山洪灾害监测预警系统将大唐自主知识产权的声学驻波数字水位计及无线接力传输系统等专利产品和技术运用其中，同时在应用系统研发中也不断创新，挖掘了基于陆气耦合的小流域洪水预报方法及系统等两项专利。创新产品和技术的运用，使系统在先进性、可靠性和决策支持能力等方面有了很大程度的提升。
1. 建设目标
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。
2. 案例简介
针对地质地貌复杂，易受台风等天气现象直接或间接影响，暴雨频发，易发生山洪、泥石流、滑坡等地质灾害的地区，防灾减灾，结合物联网设计思想，大唐电信结合自身TD 网络、芯片设计与制造、终端应用、信息安全等领域的优势，专门打造了专业级山洪灾害监测预警整体解决方案。
系统以数据采集监测为基础，借助通信网络设施，以山洪灾害监测预警系统软件为核心，以多种信息发布手段为窗口，集雨水情、国土、气象监测系统和预警系统于一体，通过对各类数据的整合、查询、分析，从而提高灾害监测预警效率，保障国家及人民群众生命财产安全。我国属自然灾害频发国家，解决洪、涝、台灾害任务艰巨，尤其在相对偏僻的山区，因暴雨、台风等引发的山洪、滑坡、泥石流灾害更为严重。对这些区域的灾害防御和治理存在着覆盖面广、地形复杂，监测困难，决策缺乏数据支持与科学评估，以及缺乏先进有效的管理手段等问题。
将物联网的泛在感知、可靠传送、智能处理等特点应用到山洪灾害防治领域，带动具备共性的关键技术的创新与实施，能非常有效地解决上述各类难题。
泛在感知：应用物联网感知层的RFID 、传感器、摄像控制、定位授时等技术，将自动采集的水位计、雨量计、视频设备等安装在地形复杂、偏远的地区，通过网络层的无线和有限传输技术，将信息定时采集上来，从而解决了覆盖面广、地形复杂的问题。
精准监测：通过感知层的信息感知采集，网络层的数据传输收集，很大程度上减少了人工监测的难度，提高了监测效率和频度，也降低了人工监测带来的错误和误差，很大程度上解决了监测困难的问题。
可监可控：借助物联网应用层提供的业务功能，借助手持终端、发布系统等设备，可以对工程设施、监测设备等进行远程的控制，也可通过应用服务实现业务的上下级管理和指导。在设备、网络、应用之间，将业务人员和管理人员纳入其中，充分发挥了M2M 的闭环反馈，从而为管理提供了丰富、有效的手段。
科学决策：应用层根据对感知层、网络层收集数据的处理、分析，以图表、GIS 等各种生动、丰富的形式为决策者提供信息和分析结果，同时可以将复杂的水文模型、水利模型、数学模型用计算机模拟实现，快速、便捷地为决策提供数据支持和科学评估。
由此可见，物联网技术在山洪监测预警工作中能充分发挥优势。
3. 实施方案
3.1用户需求
根据国家《编制大纲》要求，山洪监测预警系统建设主要包括水雨情监测、监测预警平台、预警等子系统建设。考虑防御泥石流、滑坡等灾害的要求，预留接收气象、国土等相关专业部门信息的接口。水雨情监测主要包括雨量站、水位站。雨量站监测雨量信息，水位站监测雨量和水位信息。根据山洪灾害预警的需要和各地的建站条件，考虑山洪灾害威胁区地形地貌复杂、降雨分布不均、群众居住分散、地方经济发展不均衡等实际情况，水雨情监测站可建成简易站和自动站。
监测预警平台是山洪灾害监测预警系统数据信息处理和服务的核心，主要由计算机网络、数据库、应用系统组成，主要功能包括信息汇集、信息服务、预警信息发布模块等。
预警系统建设是在监测信息采集及预报分析决策的基础上，通过确定的预警程序和方式，将预警信息及时、准确地传送到山洪灾害可能威胁区域，使接收预警区域人员根据山洪灾害防御预案，及时采取防范措施，最大限度地减少人员伤亡。
3.2实施方案
大唐电信在某山洪灾害频发县，根据国家《编制大纲》要求，并针对用户的本地化需求，为该县水利防汛部门建设并实施了基于物联网的山洪灾害监测预警系统。
系统包括水雨情监测、通讯网络、灾害预警平台和信息发布平台四部分。
水雨情监测，根据需要按照一定的监测站网建设原则，安装了自动、人工或简易的雨量站、水位站，并在需要进行现场查看的地方建设了视频监控设备。
通讯网络实现方案，水雨情数据传输以GSM/GPRS/CDMA等无线传输方式为主，同时为保证山洪自动预警监测系统具备支持多种传输方式、多种物理接口的能力，加装了北斗卫星通信模块接口，人工监测站点信息传输采用电话语音或短信等方式传输。预警应用系统采用B/S方式，各单位用户通过Internet ，或借助VPN 通道等方式搭建的水利信息网络，或通过无线终端借助无线网络，访问系统。
灾害预警平台包括数据汇集共享平台、数据库、应用服务及预警处理分发服务等部分。通过数据汇集共享平台将采集终端通过各种通讯方式送达的各类数据进行分析、整理、存入数据库。根据预先设定的预警指标，预警处理服务分析生成预警，并通过分发服务通知系统客户端，完成及时地预警显示。主应用服务则为用户提供包括GIS 操作服务、基础信息查询管理、气象国土信息查询管理、实时水雨情监测、水情预报服务、预警信息发布、应急响应、灾害风险分析、短信传真管理、系统管理等功能在内的业务应用支持。
信息发布平台借助短信、传真、手持终端、电子屏、广播系统等多种手段，完成预警信息的逐级发布和响应反馈的互动支持。
4. 系统特点
围绕解决洪、涝、台等灾害问题，遵循洪涝台灾的自然规律，坚持“以人为本、防避结合、技术创新、实用先进、资源共享、决策科学” 为原则，强化政府在防御洪涝台灾的社会管理和公共服务职能，建立完善水、雨、工情及人员、物资等各类避灾对象基础数据实时监测、监控，洪涝台灾害形势科学分析、评估、决策和预测预报预警，提供成熟、专业、稳定的整体解决方案及产品。系统总体特点：
创新性地以物联网架构为基础，以先进的感知技术、平台化的应用技术为载体，为防洪防台工作提供全方位的管理手段。
整合水利、气象、国土等多部门资源，提供多种类、多层次的辅助手段支持决策，支持政府社会管理及公共服务职能。
遵循国家在山洪灾害防治领域的系列业务和技术标准，在规范性的同时，在覆盖面、业务支撑等方面具有良好的扩展性。
系统技术特点：
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小时内水雨情预报服务。同时系统嵌入多种辅助功能为用户提供丰富的决策支持。
提供多选择发布手段，实现预警信息、反馈交互在多级管理和业务操作层及公众的零死角、全覆盖。
5. 用户评价
经过一段时间的使用，业主认为，该系统设计起点高、结构合理、设计先进、功能全面、操作方便易用，在使用期间适应能力强、性能稳定、技术和可靠性都达到了国内同类产品先进水平。与同类产品相比，其功能在《编制大纲》要求的功能基础上，分析行业和业务需求，有很大程度地补充和完善，能为业主提供更加全面、灵活和便捷的服务。借助本系统，业主防洪工作有了明显的保障，为保护国家及人民生命财产安全起到了重要作用。
6. 实施经验
在工程实施的过程中，得到了许多宝贵的经验和教训。从需求、研发、实施、到系统维护、保障，大唐电信能够提供全过程的优质服务。
目前一般水雨情监测及预警已基本能够满足山洪防御需求，气象、国土信息的接入，3S 技术的运用，水雨情预测预报也在很大程度上起到了辅助作用。但新技术在不断发展和创造，业务需求也会要求越来越高，在更丰富、更智能、更准确的决策支持方面还需要进行不断的尝试和探索。
7. 结束语
水利防洪防台灾害监测预警信息化与物联网的融合，可以充分发挥物联网各类技术的优势，为灾害防御服务。大唐电信作为通信领域标准研究及创新应用的领导者，传感器、RFID 等多项感知产品的创造者，国内起步较早的水利行业软件设计开发和实施的企业，将凭借在物联网技术及水利软件应用等领域的雄厚实力，全面助推水利行业用户实现在移动互联网、物联网、三网融合等战略性新兴产业领域的创新应用，为水利行业用户寻求更为深远的发展规划，携手业界同仁共同开启美好新篇章。http://www.cwtdc.org.cn/show.asp?id=1246
山洪灾害监测预警系统“智慧水利”中的物联网应用
2011-12-1516:22 中国信息产业网官方微博
摘 要：
本文以大唐电信设计、实现的县级山洪灾害监测预警系统为例，介绍了大唐电信在水利行业山洪灾害预警的解决方案。该解决方案引入物联网的概念、技术、设备，与大唐电信自主研发的山洪灾害监测预警系统，及声学驻波数字水位计、无线接力传输系统等大唐电信自主创新的国家专利技术有机结合，辅助水利用户在山洪灾害发生前、中、后更及时、准确、有效地决策、指挥和分析，用户使用后反应很好，极大地提高了用户的工作效率，提升了政府的服务能力。
关键词：物联网；水利；山洪灾害预警。
引 言
山洪灾害监测预警系统作为“智慧水利”，尤其是防汛抗旱信息化支持的重要组成部分，在水利行业防汛抗旱防台业务中发挥着非常重要的作用。系统具备采集、通信传输、预警及发布、响应反馈、预测预报、决策支持等功能，共享国土、气象等相关信息，提供与国土、气象、防汛决策支持等系统的服务接口，同时将水文预报、灾害评估等相关水利模型纳入系统中，为山洪灾害多发地区提供监测、预警、决策、抢险、调度等全面的服务和支持。
大唐电信山洪灾害监测预警系统将大唐自主知识产权的声学驻波数字水位计及无线接力传输系统等专利产品和技术运用其中，同时在应用系统研发中也不断创新，挖掘了基于陆气耦合的小流域洪水预报方法及系统等两项专利。创新产品和技术的运用，使系统在先进性、可靠性和决策支持能力等方面有了很大程度的提升。
1. 建设目标
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。
2. 案例简介
针对地质地貌复杂，易受台风等天气现象直接或间接影响，暴雨频发，易发生山洪、泥石流、滑坡等地质灾害的地区，防灾减灾，结合物联网设计思想，大唐电信结合自身TD 网络、芯片设计与制造、终端应用、信息安全等领域的优势，专门打造了专业级山洪灾害监测预警整体解决方案。
系统以数据采集监测为基础，借助通信网络设施，以山洪灾害监测预警系统软件为核心，以多种信息发布手段为窗口，集雨水情、国土、气象监测系统和预警系统于一体，通过对各类数据的整合、查询、分析，从而提高灾害监测预警效率，保障国家及人民群众生命财产安全。我国属自然灾害频发国家，解决洪、涝、台灾害任务艰巨，尤其在相对偏僻的山区，因暴雨、台风等引发的山洪、滑坡、泥石流灾害更为严重。对这些区域的灾害防御和治理存在着覆盖面广、地形复杂，监测困难，决策缺乏数据支持与科学评估，以及缺乏先进有效的管理手段等问题。
将物联网的泛在感知、可靠传送、智能处理等特点应用到山洪灾害防治领域，带动具备共性的关键技术的创新与实施，能非常有效地解决上述各类难题。
泛在感知：应用物联网感知层的RFID 、传感器、摄像控制、定位授时等技术，将自动采集的水位计、雨量计、视频设备等安装在地形复杂、偏远的地区，通过网络层的无线和有限传输技术，将信息定时采集上来，从而解决了覆盖面广、地形复杂的问题。
精准监测：通过感知层的信息感知采集，网络层的数据传输收集，很大程度上减少了人工监测的难度，提高了监测效率和频度，也降低了人工监测带来的错误和误差，很大程度上解决了监测困难的问题。
可监可控：借助物联网应用层提供的业务功能，借助手持终端、发布系统等设备，可以对工程设施、监测设备等进行远程的控制，也可通过应用服务实现业务的上下级管理和指导。在设备、网络、应用之间，将业务人员和管理人员纳入其中，充分发挥了M2M 的闭环反馈，从而为管理提供了丰富、有效的手段。
科学决策：应用层根据对感知层、网络层收集数据的处理、分析，以图表、GIS 等各种生动、丰富的形式为决策者提供信息和分析结果，同时可以将复杂的水文模型、水利模型、数学模型用计算机模拟实现，快速、便捷地为决策提供数据支持和科学评估。
由此可见，物联网技术在山洪监测预警工作中能充分发挥优势。
3. 实施方案
3.1用户需求
根据国家《编制大纲》要求，山洪监测预警系统建设主要包括水雨情监测、监测预警平台、预警等子系统建设。考虑防御泥石流、滑坡等灾害的要求，预留接收气象、国土等相关专业部门信息的接口。水雨情监测主要包括雨量站、水位站。雨量站监测雨量信息，水位站监测雨量和水位信息。根据山洪灾害预警的需要和各地的建站条件，考虑山洪灾害威胁区地形地貌复杂、降雨分布不均、群众居住分散、地方经济发展不均衡等实际情况，水雨情监测站可建成简易站和自动站。
监测预警平台是山洪灾害监测预警系统数据信息处理和服务的核心，主要由计算机网络、数据库、应用系统组成，主要功能包括信息汇集、信息服务、预警信息发布模块等。
预警系统建设是在监测信息采集及预报分析决策的基础上，通过确定的预警程序和方式，将预警信息及时、准确地传送到山洪灾害可能威胁区域，使接收预警区域人员根据山洪灾害防御预案，及时采取防范措施，最大限度地减少人员伤亡。
3.2实施方案
大唐电信在某山洪灾害频发县，根据国家《编制大纲》要求，并针对用户的本地化需求，为该县水利防汛部门建设并实施了基于物联网的山洪灾害监测预警系统。
系统包括水雨情监测、通讯网络、灾害预警平台和信息发布平台四部分。
水雨情监测，根据需要按照一定的监测站网建设原则，安装了自动、人工或简易的雨量站、水位站，并在需要进行现场查看的地方建设了视频监控设备。
通讯网络实现方案，水雨情数据传输以GSM/GPRS/CDMA等无线传输方式为主，同时为保证山洪自动预警监测系统具备支持多种传输方式、多种物理接口的能力，加装了北斗卫星通信模块接口，人工监测站点信息传输采用电话语音或短信等方式传输。预警应用系统采用B/S方式，各单位用户通过Internet ，或借助VPN 通道等方式搭建的水利信息网络，或通过无线终端借助无线网络，访问系统。
灾害预警平台包括数据汇集共享平台、数据库、应用服务及预警处理分发服务等部分。通过数据汇集共享平台将采集终端通过各种通讯方式送达的各类数据进行分析、整理、存入数据库。根据预先设定的预警指标，预警处理服务分析生成预警，并通过分发服务通知系统客户端，完成及时地预警显示。主应用服务则为用户提供包括GIS 操作服务、基础信息查询管理、气象国土信息查询管理、实时水雨情监测、水情预报服务、预警信息发布、应急响应、灾害风险分析、短信传真管理、系统管理等功能在内的业务应用支持。
信息发布平台借助短信、传真、手持终端、电子屏、广播系统等多种手段，完成预警信息的逐级发布和响应反馈的互动支持。
4. 系统特点
围绕解决洪、涝、台等灾害问题，遵循洪涝台灾的自然规律，坚持“以人为本、防避结合、技术创新、实用先进、资源共享、决策科学” 为原则，强化政府在防御洪涝台灾的社会管理和公共服务职能，建立完善水、雨、工情及人员、物资等各类避灾对象基础数据实时监测、监控，洪涝台灾害形势科学分析、评估、决策和预测预报预警，提供成熟、专业、稳定的整体解决方案及产品。系统总体特点：
创新性地以物联网架构为基础，以先进的感知技术、平台化的应用技术为载体，为防洪防台工作提供全方位的管理手段。
整合水利、气象、国土等多部门资源，提供多种类、多层次的辅助手段支持决策，支持政府社会管理及公共服务职能。
遵循国家在山洪灾害防治领域的系列业务和技术标准，在规范性的同时，在覆盖面、业务支撑等方面具有良好的扩展性。
系统技术特点：
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小时内水雨情预报服务。同时系统嵌入多种辅助功能为用户提供丰富的决策支持。
提供多选择发布手段，实现预警信息、反馈交互在多级管理和业务操作层及公众的零死角、全覆盖。
5. 用户评价
经过一段时间的使用，业主认为，该系统设计起点高、结构合理、设计先进、功能全面、操作方便易用，在使用期间适应能力强、性能稳定、技术和可靠性都达到了国内同类产品先进水平。与同类产品相比，其功能在《编制大纲》要求的功能基础上，分析行业和业务需求，有很大程度地补充和完善，能为业主提供更加全面、灵活和便捷的服务。借助本系统，业主防洪工作有了明显的保障，为保护国家及人民生命财产安全起到了重要作用。
6. 实施经验
在工程实施的过程中，得到了许多宝贵的经验和教训。从需求、研发、实施、到系统维护、保障，大唐电信能够提供全过程的优质服务。
目前一般水雨情监测及预警已基本能够满足山洪防御需求，气象、国土信息的接入，3S 技术的运用，水雨情预测预报也在很大程度上起到了辅助作用。但新技术在不断发展和创造，业务需求也会要求越来越高，在更丰富、更智能、更准确的决策支持方面还需要进行不断的尝试和探索。
7. 结束语
水利防洪防台灾害监测预警信息化与物联网的融合，可以充分发挥物联网各类技术的优势，为灾害防御服务。大唐电信作为通信领域标准研究及创新应用的领导者，传感器、RFID 等多项感知产品的创造者，国内起步较早的水利行业软件设计开发和实施的企业，将凭借在物联网技术及水利软件应用等领域的雄厚实力，全面助推水利行业用户实现在移动互联网、物联网、三网融合等战略性新兴产业领域的创新应用，为水利行业用户寻求更为深远的发展规划，携手业界同仁共同开启美好新篇章。http://www.cwtdc.org.cn/show.asp?id=1246