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1引言
湖南省长沙县地形以地势较高的低山和丘陵为主，境内花岗岩和红岩红土的抗蚀能力弱，风化层松散，遇到强降雨，易造成大量水土流失，从而导致塘坝、溪港淤塞，蓄水量减少，山洪暴发、形成山洪地质灾害，除造成人员伤亡和财产损失外，还遗留了众多滑坡、崩塌隐患，这些隐患点在暴雨等因素的诱发下极有可能再次造成灾害，直接威胁着当地群众的生命财产安全。为此长沙县开展山洪灾害监测预警系统建设，实施内容主要包括雨水情监测，预警系统，监测预警平台等，实时监测境内雨水情信息，并对即将发生危险的地区及时发布预警，保障人民生命财产安全。整个系统采用模块化、结构化设计，具有高度开放性、标准性、容错性、可靠性、安全性、兼容性，为长沙县山洪灾害防治提供了良好的决策支持。
2系统结构
长沙县山洪灾害监测预警系统的主要内容包括水雨情监测系统、无线预警广播系统、监测预警平台与群测群防体系等。通过合理布设雨、水情监测站网掌握降雨、山洪灾害变化规律，并预测预报其变化趋势，及时对相关人员发布预警信息，最大限度地减少损失。系统组成见图1.
图1 监测预警系统组成示意图
水雨情监测系统核心设备采用南瑞公司的ACS300-MM遥测终端，并以该遥测终端为核心，实现现场视频/图像采集，水雨情信息的采集、预处理、存储、传输以及查询应答、可编程等测控功能。为保证系统可靠、有效地运行，自动监测站的建设采用测、报、控一体化的统一结构设计，便于实现设备的兼容和扩充。
在山洪灾害危险区建设无线预警广播站，内置GPRS/GSM通信模块，由监测预警平台软件实现自动控制或人工启动，同时提供现场人工预警功能，安装简便，配置灵活，可根据需要增设临时站点。
监测预警平台是山洪灾害监测预警系统的核心，监测预警平台的总体框架以标准规范为保障，从基础数据入手，形成互联互通的山洪灾害预警体系，该框架在传统的三层架构的基础之上，采用面向服务的思想，利用松散耦合的分层方式将系统整体上分为四个层次和数据接口，各层之间的界限清晰，功能明确而不交叉，具有较高的可配置性和伸缩性。总体框架如图2所示：
图2 监测预警平台结构图
根据山洪灾害防御工作的特点和需求，预警决策支持系统采用南瑞公司研制的山洪预警决策支持系统（MTFS2000），系统采用先进的开放性架构设计便于进行扩展、集成和信息交换，并为水文、气象、国土等部门预留数据接口。
预警决策支持系统具有如下特点：
1. 系统采用B/S方式，用户使用浏览器即可完成系统所有操作；
2. 采用信息推送技术，用户可以通过最少次数的点击即可获得关心的所有信息，与使用传统“查询-应答”方式的系统相比，系统操作更加简单；
3. 信息查询、操作、输入界面用图形、文字和数据三种方式在计算机上展现，具有报表打印功能；
4. 采用WebGIS方式执行GIS的分析任务。通过标准的浏览器（如IE）来访问地图服务，对于水雨情监测、预警响应的相关处理，均能在GIS上进行可视化处理查询，并能实现无级缩放，具备等雨量线、等雨量面等绘制功能。
3系统特点
3.1自动监测站
为及时掌握长沙县山洪灾害威胁区的雨水情信息，根据暴雨洪水特性、区域分布和人员居住、经济布局条件，设立自动监测雨量、水位站点，主要布设在流域面积为200km2 以下易遭受山洪灾害的小流域。采用有人看管、无人值守的管理模式，实现水雨情信息的自动采集、传输。自动监测站采用自报式、查询—应答式相结合的遥测方式和定时自报、事件加报和召测兼容的工作体制。
自动监测站主要设备包括ACS-300MM遥测终端、GPRS通信模块、视频采集系统、太阳能电池、蓄电池、太阳能充电控制器、避雷器、翻斗式雨量计和水位计等组成。自动雨量监测站和自动水位雨量监测站的均采用法拉第筒一体化设计方法安装，ACS-300MM遥测终端、GPRS通信模块、视频处理模块、蓄电池和太阳能充电控制器等设备安装在筒内；采用法拉第筒一体化安装具有优点：节省空间，防静电、防雷电、防雨水、防灰尘等。
长沙县境内电信3G信号覆盖范围广，信号强度稳定可靠，可通过3G网络将监测站点附近的视频/图像信息传输至监测预警平台，便于用户直观的了解现场情况，通过视频/图像内容并结合自动监测站上报的数据可以实现人工远程校核雨水情数据，还可以监视站点附近闸门工作状态、水位标尺、水面覆冰等情况。
自动监测站集成时充分考虑了视频采集系统的完整性，ACS300-MM遥测终端主要负责控制视频采集系统的上下电。视频采集系统由摄像机、视频服务器、3G无线路由器组成。视频服务器和摄像机静态功耗较大，为了减少电源消耗需采用定时上电的机制进行控制，ACS300-MM在需要采集视频/图像信息时先给视频服务器、路由器、摄像机上电，等待系统稳定工作后服务器开始视频采集，路由器负责信息上传，采集完后ACS300-MM遥测终端切断视频采集系统的电源。3.2信息交换
监测预警平台采用专用光纤同Internet连接，并具有公网IP，通过GPRS通信方式与各个监测点建立通讯。所有来自监测站的数据包经过网络首先进入具有固定的IP地址的硬件防火墙，硬件防火墙通过端口映射功能将数据包转发到数据接收工控机上，再由监测预警平台采集程序将数据读出并进行分析，最后写入数据库。
此次新建的自动监测站站点通信协议均支持《湖南省水文通信协议规范》，并采用“一卡双发”模式将雨水情信息发送至长沙县监测预警平台和省水利厅监测中心，信息发送如图3所示。
图3 自动监测站信息发送示意图
长沙县水务局与气象部门之间搭建VPN虚拟局域网，建立共享信息通道，通过定时互相发送数据实现信息交换，同时通过网络链接，引入监视气象卫星云图、降雨雷达探测图像以及中短期天气预报等信息。
监测预警平台系统建设中预留与国土局的接口。国土部门的监测数据可通过接口汇集至监测预警平台，主要信息有长沙县地质灾害隐患点基本信息、隐患点监测信息、地质灾害历史信息等，系统提供对以上信息的查询和统计功能，为山洪灾害防御会商提供有利的信息支持。
长沙县原有自动监测站点采用超短波通信方式将雨水情信息发送至水务局原数据中心，本次系统建设将原有数据进行整合，运用网络通信和数据库技术将原有数据同步到监测预警平台中，进行展示与查询。
通过对其他部门的水雨情数据进行整合，本系统自动监测站覆盖了长沙县境内主要溪河洪水易发区，实现重点小型以上水库和重要河道的雨情、水情和视频采集自动化，为决策和灾害评估等提供准确、及时和充分的依据，同时为今后部门之间的防汛联动创造了有利条件。
3.3预警决策支持
山洪预警决策支持系统（MTFS2000）是监测预警平台的核心部分，为山洪灾害防御指挥部门发布山洪灾害预警提供依据，主要功能包括数据采集、信息查询、山洪预报、信息上报、预警信息发布系统维护及管理等功能。
为了确保系统的实用性，更好地实现预警决策功能，系统建设采用国内外成熟的硬软件技术，系统建设遵循以下原则：
（1）可靠性。运用软件质量控制和安全评测体系技术，以保证软件系统运行稳定，各类数据准确无误。
（2）实用性。系统整体结构清晰，界面简明直观，操作简便，功能实用。
（3）开放性和可扩展性。系统采用开放式的结构设计，使系统在具有可扩展性的软件环境下，能在运行过程中不断地添加新的操作功能和加入新的信息，并在地理信息系统软件的支持下，根据需求设计各种模块，提供友好的用户界面。
3.3.1水雨情监测查询
水雨情监测查询在预警决策支持系统中具有面向防汛值班人员、指挥决策者及时提供汛情情报的重要功能，主要包括实时雨水情监视、设备运行状况监视等。
实时雨水情监视基于GIS图形和表格的方式来实现，各监测站最新的水雨情实时数据在监视画面和GIS电子地图上的实时展示，雨量或水位越限报警时，在GIS地图上及时更新显示相应的报警信息，同时以报表形式实时展示河道、水库、雨量和气象雨量站信息。系统支持水雨情历史信息查询、雨量水位过程线以及防汛信息统计报表查询，相关信息可导出excel表格进行保存。
3.3.2 预警信息发布
预警信息发布模块是预警决策支持的核心部分，主要功能是根据不同的预警等级和预警流程，及时向各类预警对象发布预警信息，主要内容包括建立预警指标和等级划分、预警流程和预警信息发布。
根据长沙县防御预案组织情况，预警发布方式为两个阶段：内部预警（对防汛人员和相关责任人）和外部预警（对社会公众），预警发布流程示意见图5。
图5 预警系统流程示意图
预警信息发布能够在降雨达到预警指标时能够自动生成预警信息，并向有关部门与责任人发送预警短信，操作员也可在人机界面向各级主管领导、责任人、防汛相关人员发送山洪灾害预警短信，预警短信内容可根据现场情况进行人工编辑。相关人员接收到短信后，可根据现场情况进行反馈，在紧急情况下，县级防汛指挥部门可直接向省级部门进行信息上报并发送预警短信，也可通过广播系统将预警信息发布到村、组。
4结语
系统自2012年12月开展试运行，整体运行可靠、稳定。长沙县防汛部门在汛期通过监测预警平台累计发布预警短信上万条，提高了全民防灾避灾意识，有效的防御了山洪地质灾害，扭转了山洪灾害日趋严重的局面，减少了人员伤亡和财产损失。
参考文献:
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[5]山洪灾害防治县级非工程措施建设实施方案编制大纲[R].北京:国家防汛抗旱总指挥部办公室, 2010.8
论文作者:颉辰义,王忠伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/27
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