一、项目背景

    山洪泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的洪水、山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。山洪泥石流等地质灾害具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。发生山洪泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。

    二、建设目标

    山洪灾害监测预警系统建设雨水情、土壤含水量、水位计等感知终端，视频监控预警，预警广播系统，当出现紧急预警情况时能及时发布预警通知，有效地发布预警广播信号，提示当地民众及时防范撤离，由中继从站进行中转，实现远距离多方式的预警通知和预警点监控。

    三、需求分析

    山洪预警系统主要包括水雨情监测系统、视频监测系统、无线预警广播系统组成。为更好地发挥系统的防灾减灾作用，还需建立群测群防的组织体系，加强宣传培训，当发生紧急情况时，可通过山洪预警系统进行紧急报警，紧急疏散民众，以减少民众的生命财产损失。

    四、整体解决方案

    1、总体系统架构

    整个系统由两个分系统组成，分别为：视频监控系统、无线预警广播系统组成。

    视频监控系统负责监控现场实时视频，由预警广播触发。无线预警广播系统负责采用多种方式对外广播预警信息。

    2、预警流程

    预警系统主要包括预警信息的获取和预警信息的发布。

    预警信息通过监测预警平台制作、发布。县级防汛指挥部门通过预警平台向县、镇、村及有关部门和单位负责人发布预警信息；各镇、村、组和有关单位，根据防御预案组织实施。

    基于平台的预警流程如下图所示：

    乡村群测群防的预警流程：

    群测群防预警信息的获取来自县、镇、村或监测点。由监测人员根据灾害防御宣传培训掌握的经验、技术和监测设施监测信息，发布预警信息。各镇除接收县防汛部门发布或下发的预警信息，还接收群测群防监测点、村等的预警信息。上游乡镇、村组的预警信息及时向下游乡镇、村组发布。

    3、预警发布

  （1）、发布权限

    预警发布的权限归县级防灾减灾负责人员或防汛部门。

    群测群防进行预警的地区，预警发布权限归属县、镇、村的防汛负责人和监测预警员。

  （2）、预警发布内容

    预警发布内容包括：暴雨洪水预报信息，泥石流预报信息，山体滑坡预报信息，暴雨洪水监测信息，水库及山塘水位监测信息，降雨、山洪是否达到临界值，泥石流、山体滑坡灾害发生概率，流量监测信息预警信息等级等。

  （3）、预警信息发布对象

    预警信息发布对象为可能受地质灾害威胁的城镇、林场、乡村、居民点、学校、山矿企业等，根据预警等级确定不同的发布对象。

  （4）、预警发布方式

    预警发布方式分为通信畅通下的预警发布和无通信网络下的预警发布方式两种。

    在通信畅通时，预警信息发布单位或责任人利用互联网、语音电话、手机能话、手机短信等及时向下发预警信息，各级根据接收的预警信息，按照预案采取相应的措施。

    在无通信网络（或通信网络中断）时，根据当地预警设置配置的情况和灾害危险情况，按照预案中事先确定的报警信号，利用发送手摇报警器、鸣锣、启动报警器和无线广播等方式，向灾害可能威胁区域发送警报。

    五、系统原理

    1、水雨情系统

    河湖、涝区的水位和降雨对山洪灾害直接产生影响。而水位的高低很大原因受降雨量的大小而决定的。水雨情监测拟选择一体化水雨情监测站，对水位和雨量进行监测，具有雨量和水位数据智能采集，长期固态存储和远距离传输功能。监测数据可通过GPRS/4G/5G，没运营商信号的时候可采用北斗卫星通信方式传输到中心预警平台。仪器主要结构、功能及工作原理如下：

    仪器结构

    一体化水位监测站由太阳能电池板、置电池、遥测终端机、雷达水位计、雨量计、风速风向传感器、充放电控制器及一体化安装支架组成，提供多种电源管理模式，可实现低功耗工作模式下的双向通信，并具有出色的防雷特性。

    主要功能

    具有大容量FLASH存储，数据可以存储5年以上。采用太阳能供电方式，极低功耗控制，在无日照情况下，能正常工作30天。具有GPRS/北斗通信，支持多中心工作模式，遥测站可向多达4个中心站发送数据，每个中心可拥有二种通信信道且互为备份。

    支持自报、自报—确认、应答三种数据通信方式，三种通信方式可混合组网。支持掉电、休眠、永久在线三种电源管理模式。支持远程唤醒，响应中心命令。在监测站休眠状态下，中心可以随时唤醒终端机进行数据采集、读取任意时段自记数据或修改监测站配置信息等工作。

    工作原理

    翻斗式雨量传感器是一个机械双稳态结构，当一斗室接水时，另一斗室处于等待状态，当所接雨水容积达到预定值时，由于重力作用自己翻倒，处于等待状态。

    雷达水位计传感器是24G高频雷达式水位测量仪表，测量最大距离可达70米。天线被进一步优化处理，新型的快速的微处理器可以进行更高速率的信号分析处理，使得仪表可以用于非常复杂的测量条件。

    高频微波脉冲发射较窄的微波脉冲，经天线向下传输，微波接触到被测介质表面后被反射回来，再次被天线系统接收并将其传输给电子线路部分自动转换成水位信号。(因为微波传播速度极快，微波到达目标并经反射返问接收器这一来问所用的时间几乎是瞬间的)。

    由数据采集遥测终端机接收信号，通过GPRS、CDMA或北斗卫星短信等将其传输到监控中心的数据服务器，从而实时记录水库水位和雨量的数据，通过监测软件来实现对水库水位和雨量实时的监测。

    2、无线预警广播系统

    无线预警广播系统是在各种原始监测数据和历史数据分析对比的基础上，根据数据分析结果来决策预警信息，将预警信息及时准确地发送到现场进行广播预警。

    预警信息通过指挥中心发布。通过麦克风等本地预警或电话、短信群发、GPRS等远程预警方式向需要预警区域的预警广播发布预警信息，预警广播实时将接收到的预警信息进行广播预警,有关单位，根据防御预案组织实施。另外，在主控中心平台上，可对所有设备进行灵活地、随时地分组管理，分组、分区域、分时段预警，及时准确地将预警信息发布到相应区域。

    在通信畅通时，预警信息发布单位或责任人还可利用语音电话、手机、手机短信等及时向下发布预警信息，各级根据接收的预警信息，按照预案采取相应的措施。

    在无通信网络（或通信网络中断）时，根据当地预警设置配置的情况和河流洪灾的危险情况，按照预案中事先确定的报警信号，利用麦克风喊话、预置预警信息等本地预警方式，或使用手摇报警器、鸣锣、启动报警器等方式，向灾害可能威胁区域发送警报。

    若现场网络较差，也可采用卫星、无线电台的方式进行通信，实现预警通知。可拓展主从站，采用调频广播的方式扩大预警范围，由主站通过调频方式把预警信息发送到各个从站进行，通过广播喇叭通知。

  （1）、中心预警方式

    当预警中心系统发布预警信息的时候，可以以数据转语音、手机或短信方式将预警信息发送到各个终端设备。具体实现方式如下：

    GPRS中心系统预警

    GPRS方式预警是指由安装于预警现场的预警终端设备连接架设于中心控制机房的预警中心系统平台，由中心系统对预警终端设备进行远程的无线分组管理及预警发布等。可实现对预警终端设备的分组管理，分组预警，及时准确地将预警信息发布到预警区域。预警广播终端接收到预警中心系统的预警信息后，通过TTS模块将文字转为语音的形式并通过高音喇叭播放出去，达到预警的目的。

    同时还具有白名单设置，可实现紧急手机、电话的远程实时人工喊话预警，将预警信息及时传达到需要预警的区域。

    由于单独的GPRS方式预警可能存在的问题，如：服务器故障、网络故障等原因导致信息无法及时发布，很可能会造成人民群众的生命及财产损失。为了确保预警信息能及时、准确地发布到需要预警的区域，我们需要另外多种远程预警方式来做备份，即短信预警方式。

    短信平台预警

    短信平台方式是指在主控中心架设一个短信平台，短信平台可以与预警中心平台联动或独立，由预警中心平台产生预警信息或者由短信平台编辑预警信息，并通过短信猫进行短信群发预警，这种方式可以作为GPRS方式的备份通道，可安装于备份服务器上，以实现两种通道相互备份。

    通过以上两种组网方式，可以很好地实现预警信号及时覆盖全区域，及时准确发布预警信息。

  （2）、调频广播主从站方式预警

    由于现场可能没有覆盖运营商信号，而提出调频广播方式预警，通过调频广播的形式把预警信号覆盖到运营商信号达到不了的地方。传输距离受实际现场影响，若无遮挡可达6-7公里，有树林等遮挡的话一般2-3公里。

    这种预警方式是主从站方式，由主站设备发出预警信息，通过车载台或FM调频发射机将预警信息以无线电的方式发送到远端的预警广播从站，从站接收主站发送来的预警信息并进行广播。可以实现多级预警、范围预警，同时还可连接预警中心平台实现GPRS远程预警。这种方式与车载台方式类似，只是发射频率不同，可根据现场情况来决定使用哪种方式。

  （3）、本地预警

    预警广播一体站

    预警广播一体站是一款集手机语言、3G/4G/5G/NB-IOT 通信、 短信、LoRa/蓝牙通信、有线网络和大功率扩音广播为一体的预警设备， 具有远程即时电话语音广播扩音、网络流媒体语音合成告警、短信转语音 广播扩音、远程数据转语音告警、LoRa 网络数据告警、预置信息转语音 告警、预置 MP3 音频告警、感知采集阈值联动告警、远程数据通信管理、 蓝牙配置和广播扩音等功能，该产品主要应用于野外扩音预警。

    通过该本地预警广播，可在本地实现广播和声光报警提醒，提醒居民远离受灾地。

  （4）、其他方式

    利用网络传输方式，实现网络流媒体语音合成告警、数据转语音告警。同时还可通过LoRa网络进行数据告警，通过本地麦克风喊话喇叭放大进行告警，适合放置于村委会等地区，也可以前预置信息、MP3音频，一旦发生预警直接转语音告警或发送相关预置短信预警。

    3、视频监控系统

    视频站点可配合其他站点使用或者单独使用，用来监测现场的实景情况，满足可视化的监测需求。采用监控视频探头进行监测，可进行抓拍或移动物体监测，视频或图片通过设备传输到数据中心，可接8路视频。视频可定制联动预警广播，一旦进行广播预警可触发监控视频开启，平时处于休眠状态。

    站点建设在河道旁边或一些需要重点监控的场地，选点以能看到要监测的点为准。根据需求选择视频监控头——若无需实时监测，又需低功耗，则采用串口摄像机即可；若需实时监测查看，则采用球机、枪机摄像机。

    站点组成：包括一体式立杆、防水箱、太阳能充电板、蓄电池、充放电控制器、串口摄像头/枪机/球机、通讯遥测终端、避雷装置及其他辅材、基座等。

    六、山洪监测预警管理平台

    山洪监测预警系统由预警终端、通信中心、数据中心、管理平台以及用户交互层构成；数据库支持主流的关系型数据库MySql。目前web管理平台主要包括7个功能模块，平台概况、GIS一张图管理、预警管理、报表统计系统、日志管理系统、站点管理系统、系统权限管理。

    平台概况模块：显示设备总数、在线设备数、今日预警、未读公告；设备状态统计、今日预警情况分析。

    GIS一张图管理：使用天地图和列表的方式展示设备状态信息、报警信息、人员信息。

    预警管理：对预警终端进行控制，通过预置信息播报、远程喊话、分时分段报警等方式发布相关预警信息，实现站点预警管理。

    日志管理系统：对终端上报的预警日志和平台上的操作记录进行查询。

    报表统计系统：对设备信息、状态信息、预警信息进行汇总管理。

    系统权限管理：对系统中的用户、角色、公告、模板进行管理。

    站点管理系统：管理站点的基础信息、设备关联信息。

    1、平台概况

    平台包含：概要展示当前设备总数、在线设备数、今日预警、未读公告；设备状态统计、今日预警情况分析。

    2、GIS一张图管理

  （1）、主要功能

    包含2大块：地图展示、列表展示。

    地图展示：使用 WebGIS 地图方式展示设备状态信息。

    列表展示：使用列表的方式展示设备状态信息。

  （2）、地图展示

    以天地图为基础，展示水电站河流流系，中心控制站和预警站的位置、状态、工况、监测信息等，支持预警提醒和图层管理。

地图展示

  （3）、列表展示

    展示统计信息：站点统计、预警统计、故障统计等。

    预警站点工况信息：工作模式、喇叭状态、机箱状态、供电模式、电池状态、电压状态、通信状态等。

    3、预警管理系统

  （1）、预警发布系统

    支持对单个站点或多个站点进行文本信息、MP3点播、预置信息和短信网关等方式的平台预警发布，生成预警模板，并对发布结果进行直观展示，并生成预警日志。

    支持对预警站点进行分组管理，分组预警广播。

    支持根据调度计划进行计划预警，可对沿河预警站进行分时分段分级预警。比如第一组的站点先播报，第二组的站点间隔30分钟（时间可设置）后再继续播报，以此类推。（分段同第2点的分组，分时时间在发布时可做调整，分级同1点的预置信息）。

    发布预警时，可以选择声光预警、光预警或声预警。

    可进行远程广播喊话，通过指定任一组的广播，通过中心平台的拾音器进行远程喊话。

  （2）、站点预警管理

    对站点自身预警监测进行管理，支持站点预警提示、查看预警数据情况，解除站点预警等（包含站点防盗告警警、水位预警）。

    站点预警联动，支持通过短信网关将预警信息发送至相关的管理人员。

    支持平台联动中心站产生声音和图像相结合的预警信息。

    通过内部通信网络，将山洪、告警信息上传至平台，也可利用传真机实现告警信息自动上报。

    4、日志管理系统

  （1）、主要功能

    包含2大块：预警日志和系统日志。

    预警日志：记录终端上报的预警日志信息。系统日志：记录用户的操作痕迹。

  （2）、预警日志

    对平台发布预警日志和系统操作日志进行记录，支持按时间和事件检索日志信息。

  （3）、系统日志

    系统日志查询条件有：操作用户名称、操作内容、操作的开始时间和结束时间。

    5、报表统计系统

    支持对预警站点信息、传输设备和预警告警信息进行记录，支持预警告警类型和次数的统计。

    历史状态：对终端上报的设备状态进行历史查询。

    历史音量：对终端上报的设备音量进行历史查询。

    6、系统权限管理

  （1）、渠系管理

    包含角色管理、用户管理和模板管理，对渠系段的管理权限进行分配。

    角色管理：显示角色列表，可对角色进行增加、删除、搜索、编辑和权限配置等操作。

    用户管理：显示用户列表，可进行新增、编辑、删除、查询，其中用户添加和编辑都必须关联角色。

    模板管理：显示模板列表，可对模板进行添加、编辑、修改操作。该模板运用于设备远程播报内容。

  （2）、系统管理

    用来对行政区域、平台DIY、系统配置操作等管理。

  （3）、人员管理

    运维人员、河段责任人等信息录入，支持增、删、改、查等功能。

    7 、站点管理系统

    通过对站点设备基础信息进行设置，包含设备编码、设备名称、安装地址、设备状态、信号轻度、设备型号等信息。上下级站点设备型号存在关联性，通过当前站点设备型号可直接查看下级关联设备信息。支持远程设备的编辑、重启。支持设备添加、删除、编辑、批量导入设备、导出设备信息。

    七、系统优势

    两个系统合力完成完整的山洪灾害的监测、预警、救灾整体解决方案。

    地质灾害监测系统具有以下特点：

    1、可靠性：系统可保证长期安全地运行。系统中的硬软件都有防死机等保护机制，满足可靠性设计要求。

    2、容错性：采集系统具有很高的采集精度；系统具有较高的容错能力；有较强的抗干扰性。

    3、适应性：系统有多种通信方式进行备份互补，可以保证预警覆盖面积，对地形环境的适应性强。

    4、可扩充性：系统的硬软件可升级，可增加功能。

    5、易操作性：现场硬件设备操作简单，易于学习掌握，适合山区农村等环境，软件界面操作方便。

    八、项目案例

    广西桂林山洪灾害项目        四川凉山山洪灾害项目          内蒙古山洪灾害项目