GPRS DTU在山洪災害預警系統應用案例

關鍵字：GPRS RTU；GPRS 預警系統；遙測通信終端；遠程通信系統；預警發布系統

一、前言

山洪是指由于暴雨、冰雪融化或攔洪設施潰決等原因，在山區(包括山地、丘陵、崗地)沿河流及溪溝形成的暴漲暴落的洪水及伴隨發生的滑坡、崩塌、泥石流的總稱。其中，暴雨引起的山洪在我國最為常見，具體表現為它的形成與發展主要受降雨量及降雨強度、地形地質的影響。

山洪災害的主要特點：

(1)季節性強，頻率高。山洪災害主要集中在汛期，尤其主汛期更是山洪災害的多發期。
(2)區域性明顯，易發性強。山洪主要發生虧山區、丘陵區及崗地，特別是位于暴雨中心的上述地區，暴雨時極易形成具有沖擊力的地表徑流，導致山洪暴發，形成山洪災害。
(3)來勢迅猛，成災快。集，降雨迅速轉化為徑流，小時即成災受損，防不勝防。
(4)破壞性強，危害嚴重。山洪災害發生時往往伴生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害，并造成河流改道、公路中斷、耕地沖淹、房屋倒塌、人畜傷亡等，因此危害性、破壞性很大。
建立山洪災害預警系統，是防治山洪災害的一項重要的非工程性措施。山洪地質災害預警系統集自動采集、傳輸、查詢和決策為一體，實現了水情測報、防洪調度的自動化和現代化，提高了防汛抗旱調度指揮手段的先進性，可有效增強地區抗御自然災害的能力。
山洪災害監測預警系統主要包括以下幾個部分:
1)災害易發區雨量、水位自動采集系統
2)數據傳輸系統及自然災害防御應急通信網絡
3)基于GIS電子地圖的山洪災害預報預警與決策支持系統
4)災害預警發布平臺與應急響應支持系統
山洪災害預警系統，可以實時監測降雨量、河道水位、水庫水位變化情況、水庫實時庫容等信息，為是否需要開閘、泄洪等決策提供最基礎的數據,從而為各級政府、防汛指揮機構和減災組織提供及時準確的水情信息，為其早決策、早部署提供幫助，使防災減災決策更加及時、科學。

二、系統組成

山洪災害預警系統主要包括以下幾個部分：現場數據采集子系統、遠程通信子系統，決策分析子系統、預警發布子系統組成。
1） 現場數據采集子系統介紹

自動雨量監測站：
（1）翻斗式雨量計
①承雨口口徑Φ200+0.6mm；
②分辨率0.5mm或0.2mm或1.0mm（根據年平均降雨量確定）；
③雨強測量范圍0～4mm/min（允許通過最大雨強8mm/min）；
④測量精度：根據不同分辨率雨量傳感器的自身排水量確定，總體不超過±4%；
⑤工作環境：溫度-10℃～+50℃，濕度<95%(40℃)；
（2）壓力水位計
①測量范圍：0-15m、0-20m、0-35m；
②供電電源：8-16VDC，使用電流：25mA/24hr avg；
③輸出：SDI-12，RS232；
④壓力范圍：0-22 psi；
⑤精度：0.05% F·S，分辨率：0.0001 psi；
⑥壓縮機類型：活塞和圓筒壓縮機；
⑦工作環境：溫度-40℃～+60℃，濕度 0-95%（無凝結）。
（3）遙測終端（RTU）
遙測終端的功能指標如下：
①可外接增量式 （翻斗式） 雨量傳感器、可外接水位傳感器；實現GPRS、CDMA、GSM、衛星通信等方式的發送和接收傳輸功能；
②具有定時自檢發送、死機自動復位、站址設定、隨時召測、掉電數據保護、實時時鐘校準、數據人工置入、直觀現場顯示和設備測試等功能；
③支持休眠喚醒工作方式；能夠通過軟件設置（包括遠程設置）數據傳輸體制、數據報送頻次等；所有外部接口具有光電隔離能力；
④可存儲十年以上原始水情數據，RTU固態存儲器容量達到2GB；支持遠程診斷、遠程設置、遠程維護等。
遙測終端的主要技術指標為：
①供電方式：蓄電池向設備供電，太陽能電池板浮充供電；
②值守功耗：小于等于2mA（電池電壓12V時）；
③設備平均無故障工作時間：MTBF＞225，000小時；
④工作溫度：－30℃～＋60℃，濕度：0～90％。
（4）電源
自動監測站采用太陽能浮充蓄電池方式供電。
主要技術指標如下：
①蓄電池采用鉛酸免維護可充電蓄電池。對于高寒地區，應選用耐低溫的蓄電池；
②太陽能板采用進口單晶硅太陽能電池組件，最大工作電壓：17V，開路電壓：21V；
③充電控制器電壓：12/24V DC，最終充電電壓：13.8V，氣息電壓：14.5V，工作環境溫度：-25℃～50℃。
2）遠程通信子系統介紹

三 通信終端

自動監測站的數據傳輸通信，選用GPRS、GSM、超短波、北斗衛星等通信方式進行組網，其設備技術指標如下：
1）GPRS/GSM模塊
①工作頻率：支持雙頻GSM/GPRS ，符合ETSI GSM Phase 2+標準；
②協議：支持TCP/IP全透明傳輸，支持增強型TCP-ZSD協議；
③發射功率：2W（900MHz）/1W（1800MHz）；
④功耗(mA@12V )：≤150mA（工作），≤12mA（空閑）；
⑥頻率誤差：≤0.1ppm；
⑧工作溫度：-25℃～＋60℃。
2）北斗衛星終端
①天線波束寬度：俯仰方向25°～90°,水平0°～360°；
②頻率：接收S波段，發射L波段；
③接收靈敏度：C≤-157.6dBW；
④接收信號誤碼率：≤1×10-7；
⑤發射EIRP值：≥13dBW；
⑥MTBF（平均故障間隔時間）：25000小時；
⑦功耗：平均功耗≤6W，發射最大功耗≤120W；
⑧工作環境：溫度-20℃～+55℃，濕度5％～98％（45℃）
3）超短波通信終端
①工作頻段：220～240MHz；
②數據速率：19200bps；
③運行模式：半雙工；
④信道帶寬：12.5/25KHz；
1） 預警與決策分析子系統介紹
處理流程圖：

系統對采集到的雨量及水位信息進行模型化分析，當某個監測點的雨量或水位超過預警臨界點時，系統將會自動發出預警提示信息。
通過電子地圖上，可以直觀地看到每個監測點的預警狀態。

1） 預警發布子系統介紹
自動語音通知設備置于地區災害指揮總部，當即將發生水災或者其他災害時，該系統通過電話、短信、鄉村廣播喇叭和其他一切可以使用的通信工具發出警報信息。