GPRS DTU在山洪灾害预警系统应用案例

关键字：GPRS RTU；GPRS 预警系统；遥测通信终端；远程通信系统；预警发布系统

一、前言

山洪是指由于暴雨、冰雪融化或拦洪设施溃决等原因，在山区(包括山地、丘陵、岗地)沿河流及溪沟形成的暴涨暴落的洪水及伴随发生的滑坡、崩塌、泥石流的总称。其中，暴雨引起的山洪在我国最为常见，具体表现为它的形成与发展主要受降雨量及降雨强度、地形地质的影响。

山洪灾害的主要特点：

(1)季节性强，频率高。山洪灾害主要集中在汛期，尤其主汛期更是山洪灾害的多发期。
(2)区域性明显，易发性强。山洪主要发生亏山区、丘陵区及岗地，特别是位于暴雨中心的上述地区，暴雨时极易形成具有冲击力的地表径流，导致山洪暴发，形成山洪灾害。
(3)来势迅猛，成灾快。集，降雨迅速转化为径流，小时即成灾受损，防不胜防。
(4)破坏性强，危害严重。山洪灾害发生时往往伴生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，并造成河流改道、公路中断、耕地冲淹、房屋倒塌、人畜伤亡等，因此危害性、破坏性很大。
建立山洪灾害预警系统，是防治山洪灾害的一项重要的非工程性措施。山洪地质灾害预警系统集自动采集、传输、查询和决策为一体，实现了水情测报、防洪调度的自动化和现代化，提高了防汛抗旱调度指挥手段的先进性，可有效增强地区抗御自然灾害的能力。
山洪灾害监测预警系统主要包括以下几个部分:
1)灾害易发区雨量、水位自动采集系统
2)数据传输系统及自然灾害防御应急通信网络
3)基于GIS电子地图的山洪灾害预报预警与决策支持系统
4)灾害预警发布平台与应急响应支持系统
山洪灾害预警系统，可以实时监测降雨量、河道水位、水库水位变化情况、水库实时库容等信息，为是否需要开闸、泄洪等决策提供最基础的数据,从而为各级政府、防汛指挥机构和减灾组织提供及时准确的水情信息，为其早决策、早部署提供帮助，使防灾减灾决策更加及时、科学。

二、系统组成

山洪灾害预警系统主要包括以下几个部分：现场数据采集子系统、远程通信子系统，决策分析子系统、预警发布子系统组成。
1） 现场数据采集子系统介绍

自动雨量监测站：
（1）翻斗式雨量计
①承雨口口径Φ200+0.6mm；
②分辨率0.5mm或0.2mm或1.0mm（根据年平均降雨量确定）；
③雨强测量范围0～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min）；
④测量精度：根据不同分辨率雨量传感器的自身排水量确定，总体不超过±4%；
⑤工作环境：温度-10℃～+50℃，湿度<95%(40℃)；
（2）压力水位计
①测量范围：0-15m、0-20m、0-35m；
②供电电源：8-16VDC，使用电流：25mA/24hr avg；
③输出：SDI-12，RS232；
④压力范围：0-22 psi；
⑤精度：0.05% F·S，分辨率：0.0001 psi；
⑥压缩机类型：活塞和圆筒压缩机；
⑦工作环境：温度-40℃～+60℃，湿度 0-95%（无凝结）。
（3）遥测终端（RTU）
遥测终端的功能指标如下：
①可外接增量式 （翻斗式） 雨量传感器、可外接水位传感器；实现GPRS、CDMA、GSM、卫星通信等方式的发送和接收传输功能；
②具有定时自检发送、死机自动复位、站址设定、随时召测、掉电数据保护、实时时钟校准、数据人工置入、直观现场显示和设备测试等功能；
③支持休眠唤醒工作方式；能够通过软件设置（包括远程设置）数据传输体制、数据报送频次等；所有外部接口具有光电隔离能力；
④可存储十年以上原始水情数据，RTU固态存储器容量达到2GB；支持远程诊断、远程设置、远程维护等。
遥测终端的主要技术指标为：
①供电方式：蓄电池向设备供电，太阳能电池板浮充供电；
②值守功耗：小于等于2mA（电池电压12V时）；
③设备平均无故障工作时间：MTBF＞225，000小时；
④工作温度：－30℃～＋60℃，湿度：0～90％。
（4）电源
自动监测站采用太阳能浮充蓄电池方式供电。
主要技术指标如下：
①蓄电池采用铅酸免维护可充电蓄电池。对于高寒地区，应选用耐低温的蓄电池；
②太阳能板采用进口单晶硅太阳能电池组件，最大工作电压：17V，开路电压：21V；
③充电控制器电压：12/24V DC，最终充电电压：13.8V，气息电压：14.5V，工作环境温度：-25℃～50℃。
2）远程通信子系统介绍

三 通信终端

自动监测站的数据传输通信，选用GPRS、GSM、超短波、北斗卫星等通信方式进行组网，其设备技术指标如下：
1）GPRS/GSM模块
①工作频率：支持双频GSM/GPRS ，符合ETSI GSM Phase 2+标准；
②协议：支持TCP/IP全透明传输，支持增强型TCP-ZSD协议；
③发射功率：2W（900MHz）/1W（1800MHz）；
④功耗(mA@12V )：≤150mA（工作），≤12mA（空闲）；
⑥频率误差：≤0.1ppm；
⑧工作温度：-25℃～＋60℃。
2）北斗卫星终端
①天线波束宽度：俯仰方向25°～90°,水平0°～360°；
②频率：接收S波段，发射L波段；
③接收灵敏度：C≤-157.6dBW；
④接收信号误码率：≤1×10-7；
⑤发射EIRP值：≥13dBW；
⑥MTBF（平均故障间隔时间）：25000小时；
⑦功耗：平均功耗≤6W，发射最大功耗≤120W；
⑧工作环境：温度-20℃～+55℃，湿度5％～98％（45℃）
3）超短波通信终端
①工作频段：220～240MHz；
②数据速率：19200bps；
③运行模式：半双工；
④信道带宽：12.5/25KHz；
1） 预警与决策分析子系统介绍
处理流程图：

系统对采集到的雨量及水位信息进行模型化分析，当某个监测点的雨量或水位超过预警临界点时，系统将会自动发出预警提示信息。
通过电子地图上，可以直观地看到每个监测点的预警状态。

1） 预警发布子系统介绍
自动语音通知设备置于地区灾害指挥总部，当即将发生水灾或者其他灾害时，该系统通过电话、短信、乡村广播喇叭和其他一切可以使用的通信工具发出警报信息。