基于GPRSCDMA通信的山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)解決方案樣本

基于GPRS/CDMA通信山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)解決方案一．需求現(xiàn)狀

山洪災(zāi)害是山丘區(qū)在一定強度或持續(xù)降雨下，因特殊地形地質(zhì)條件而發(fā)生自然災(zāi)害，它具備突發(fā)、破壞性大、防治困難鮮明特點，山洪及其誘發(fā)泥石流和滑坡，往往對局部地區(qū)導(dǎo)致毀滅性災(zāi)害，對國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)導(dǎo)致重大損失。近年來，國內(nèi)山洪災(zāi)害問題日益突出，每年都導(dǎo)致大量人員傷亡，嚴重影響社會經(jīng)濟發(fā)展。在黨中央和國務(wù)院注重下，水利部會同國土資源部、中華人民共和國氣象局、建設(shè)部、國家環(huán)?？偩?，在-開展全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃設(shè)計工作，并于起，在全國進行了山洪災(zāi)害防治建設(shè)試點工作。山洪災(zāi)害防御方略是“以防為主，防重于搶”，防御防治辦法是既要采用工程辦法，提高工程防洪原則，也要采用非工程辦法，建立綜合防洪減災(zāi)體系，提高防災(zāi)抗風(fēng)險能力。

建立山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，是國家防治山洪災(zāi)害一項重要非工程性辦法。山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)體現(xiàn)監(jiān)測、通信及預(yù)警一體化，由監(jiān)測子系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、決策支持子系統(tǒng)、預(yù)警子系統(tǒng)構(gòu)成。

系統(tǒng)通過運用和重建氣象站網(wǎng)、水文站網(wǎng)、地質(zhì)災(zāi)害站網(wǎng)，對汛情和災(zāi)害狀況運用時下先進CDMA/GPRS等通信技術(shù)進行實時監(jiān)測，并對信息進行加工解決，運用監(jiān)控軟件自動進行預(yù)測、預(yù)警，通過各種關(guān)于預(yù)警告知和警報設(shè)施，提前告知關(guān)于成員單位、防汛負責(zé)人，告知危險區(qū)居戶，做好山洪搶險組織、轉(zhuǎn)移撤離準備，最大地減少人員和財產(chǎn)損失，提高對山洪災(zāi)害迅速、全面、精確預(yù)報、預(yù)警以及指揮調(diào)度技術(shù)手段。

二．CDMA和GPRS網(wǎng)絡(luò)剖析

當(dāng)前，基于GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)傳播業(yè)務(wù)廣泛在移動辦公、工業(yè)控制、遠程遙測等多方面應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)運營商中華人民共和國移動GPRS和聯(lián)通CDMA各有其特點。

GPRS(GeneralPacketRadioService，通用無線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動通信技術(shù)GSM向第三代移動通信(3G)過渡技術(shù)，是由英國BTCellnet公司早在1993年提出，是GSMPhase2+(1997年)規(guī)范實現(xiàn)內(nèi)容之一，是一種基于GSM移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向顧客提供移動分組IP或者X.25連接。

GPRS是在既有GSM網(wǎng)絡(luò)基本上疊加一種新網(wǎng)絡(luò)，同步在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上增長某些硬件設(shè)備，并對原軟件升級，形成了一種新網(wǎng)絡(luò)邏輯實體。GPRS能給顧客提供端到端、廣域無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項無線高速數(shù)據(jù)傳播技術(shù)，它以分組互換技術(shù)為基本，顧客通過GPRS可以在移動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，涉及收發(fā)E-mail、進行Internet瀏覽、即時聊天等。

GPRS系統(tǒng)使用既有GSM無線網(wǎng)絡(luò)。GPRS和GSM共用相似基站和頻譜資源，只是在既有GSM網(wǎng)絡(luò)基本上增長了某些硬件設(shè)備和軟件升級。因而，實現(xiàn)GSM升級至GPRS非常容易，且中華人民共和國移動借助原GSM網(wǎng)絡(luò)，因此GPRS覆蓋非常廣。當(dāng)前中華人民共和國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國所有省、直轄市、自治區(qū)，網(wǎng)絡(luò)遍及240各種都市。

CDMA是碼分多址英文縮寫(CodeDivisionMultipleAccess)，它是在數(shù)字技術(shù)上分支—擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來一種新無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送具備一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一種帶寬遠不不大于信號帶寬高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接受端使用完全相似偽隨機碼，與接受帶寬信號作有關(guān)解決，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳播。

CDMA技術(shù)原則化經(jīng)歷了幾種階段。IS95是CDMAONE系列原則中最先發(fā)布原則，真正在全球得到廣泛應(yīng)用第一種CDMA原則是IS95A，這一原則支持8K編碼話音服務(wù)。在ITU向各國征求第三代移動通信無線候選技術(shù)時，IS95由于剛獲得商用成功，美國TR45原則委員會沒有將諸多精力放在第三代原則研究上，而是正在努力完畢IS95B原則。在ITU規(guī)定下，在當(dāng)年提出了CDMA第三代原則，即CDMA1X和3X(1X代表其載波一倍于IS95A帶寬，3X代表其載波三倍于IS95A帶寬)，3X又分為下行直接擴譜和三載波兩種方式，日后直接擴譜CDMA某些與WCDMA進行了融合，因此事實上當(dāng)前CDMA就只涉及CDMA1X和三載波方式3X。

CDMA1X是指CDMA第一階段(速率高于IS95，低于2Mbit/s)，可支持308kbit/s數(shù)據(jù)傳播、網(wǎng)絡(luò)部份引入分組互換，支持移動IP業(yè)務(wù)。是在既有CDMAIS95系統(tǒng)上發(fā)展出來一種新承載業(yè)務(wù)，目是為CDMA顧客提供分組IP形式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

CDMA基于擴頻技術(shù)，占用是全新800M頻段（GSM占用是900M頻段），因此不能在原GSM設(shè)備上直接升級。當(dāng)前，中華人民共和國聯(lián)通通過二期工程建設(shè)，對CDMA網(wǎng)絡(luò)進行了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和提高，網(wǎng)絡(luò)從IS95升級為CDMA1X網(wǎng)絡(luò)；同步建成覆蓋全國31個省(自治區(qū)、直轄市)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)。

三．防汛監(jiān)控重要通信方式

作為防汛信息傳播通信方式重要有：CDMA、GSM/GPRS、超短波/短波通信、幀中繼、PSTN、DDN、衛(wèi)星通信、微波通信、Internet等各種方式，其中超短波/短波、衛(wèi)星通信、微波通信屬于專網(wǎng)信道，別的為運用公網(wǎng)信道，防汛信息傳播信道建設(shè)原則是以公網(wǎng)為主，專網(wǎng)相輔。（公網(wǎng)無需組建通信網(wǎng)絡(luò)和中繼站，專網(wǎng)則需有額外網(wǎng)絡(luò)投資。）

隨著通訊技術(shù)發(fā)展，以CDMA、GSM/GPRS為主移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速。當(dāng)前，中華人民共和國聯(lián)通和中華人民共和國移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，各基站設(shè)備設(shè)施先進，對自然環(huán)境抗風(fēng)險能力較強，因而以CDMA、GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)為基本形成數(shù)據(jù)服務(wù)，不受地理環(huán)境和天氣條件限制，而組網(wǎng)以便,相應(yīng)用所需額外設(shè)備規(guī)定不高，投資和運營費用低，并且數(shù)據(jù)傳播精確，安全可靠性高，時效性和帶寬基本滿足大某些業(yè)務(wù)信息傳播規(guī)定，因而在山洪預(yù)警系統(tǒng)里GPRS/CDMA無線傳播通訊方式是當(dāng)下最佳選取。

嘉復(fù)欣公司提供GF-/GF-3008CDMA/GPRSDTU無線通信傳播，運用中華人民共和國移動或中華人民共和國聯(lián)通傳播網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字擴頻通信技術(shù)，速度快，傳播效率高；易開發(fā)、可擴充、永遠在線；并可提供TCP/IP連接，便于數(shù)據(jù)傳播應(yīng)用。因而在國內(nèi)多數(shù)省市組建山洪防訊預(yù)警系統(tǒng)中有著廣泛而大量使用。

四．系統(tǒng)簡介

湖南、江蘇、福建、廣西、貴州、四川等地防汛指揮部門和計算機測控中心設(shè)計山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案先后通過了各地專家評審，整個工程分雨水情自動監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)、通信傳播和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)、市防汛抗旱指揮中心環(huán)境建設(shè)、預(yù)警決策支持軟件開發(fā)、預(yù)警廣播系統(tǒng)建設(shè)等五個方面，具備多項技術(shù)創(chuàng)新點。

1．項目應(yīng)用核心點

山洪災(zāi)害預(yù)警通信傳播機制技術(shù)實現(xiàn)是本系統(tǒng)核心之一，山洪災(zāi)害預(yù)警通信傳播機制重要由兩某些構(gòu)成：

(1)汛情信息傳播;

(2)預(yù)警信息傳播。

網(wǎng)絡(luò)補充通訊方式銜接

?廣播

?短信

?電話

2．系統(tǒng)在項目中應(yīng)用

雨情、水情信息是重要防汛信息，在山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中需建立一套迅速及時、精確可靠、先進實用、高度自動化境內(nèi)流域水、雨情信息監(jiān)測系統(tǒng)，為防汛和山洪災(zāi)害預(yù)警提供決策支持。

3．應(yīng)用方式

監(jiān)測點

遙測站重要由采集系統(tǒng)和供電系統(tǒng)構(gòu)成。其中采集系統(tǒng)重要由傳感器單元、單片機解決系統(tǒng)、顯示單元和嘉復(fù)欣GPRS/CDMADTU數(shù)據(jù)通信單元構(gòu)成。遙測站直接通過嘉復(fù)欣GPRS/CDMADTU數(shù)據(jù)終端單元將信息以無線傳播方式發(fā)送出去，通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)送到Internet，經(jīng)由Internet最后進入數(shù)據(jù)解決中心。

4．DTU設(shè)立

嘉復(fù)欣DTU同單片機系統(tǒng)232接口連接，由太陽能充電電瓶提供12V直流工作電源，DTU設(shè)立采用Windows系統(tǒng)自帶超級終端軟件，設(shè)立非常以便、簡樸。普通需要設(shè)立數(shù)據(jù)中心（DSC）IP地址或域名、通訊端口、DTUID號碼、通訊合同、串口設(shè)立等等。

通訊合同設(shè)立

在DTU上可選取UDP與TCP傳播合同。

UDP是一種簡樸面向數(shù)據(jù)報傳播層合同，不提供可靠性連接，而TCP提供一種面向連接、可靠字節(jié)流傳播層服務(wù)。TCP以增長網(wǎng)絡(luò)開銷方式提供傳播保障。由于考慮到大中都市通訊網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定成熟、監(jiān)控點較多狀況，系統(tǒng)普通選用UDP傳播合同；在縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級通訊網(wǎng)絡(luò)中，由于通訊網(wǎng)絡(luò)通訊效果不太好和監(jiān)控點少現(xiàn)狀，系統(tǒng)普通選用TCP傳播合同，兩種通訊合同可以在一種大型通訊系統(tǒng)中并存，在保證通訊效果狀況下，又減少了網(wǎng)絡(luò)通訊費用。

本套應(yīng)用方案經(jīng)測試，從采集終端發(fā)出數(shù)據(jù)包到數(shù)據(jù)中心收到數(shù)據(jù)包僅需1-2秒鐘，實時性滿足山洪災(zāi)害預(yù)警需要。

5．監(jiān)測中心

監(jiān)測中心（即數(shù)據(jù)中心）可以分級設(shè)在各級防汛指揮部辦公室中心機房內(nèi)，主服務(wù)器采用WindowsServer操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer。各個監(jiān)測中心與各個監(jiān)控點采用宏電GPRS/CDMA通訊系統(tǒng)建立通訊，各個監(jiān)測中心采用專用光纖同電信Internet連接，并具備公網(wǎng)IP，防汛網(wǎng)絡(luò)同Internet連接通過硬件防火墻進行物理隔離。在具備internet連接各個監(jiān)控中心，可以用嘉復(fù)欣GPRS/CDMA無線通訊系統(tǒng)進行點對點、一點對多點通訊，以備在internet網(wǎng)絡(luò)不暢狀況下做應(yīng)急通訊備份。

所有來自遙測站數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)（CDMA/GPRS和Internet）一方面進入具備固定IP地址硬件防火墻，硬件防火墻通過端口映射功能將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到主服務(wù)器上，再由數(shù)據(jù)中心程序(軟件)將數(shù)據(jù)讀出并進行分析，最后寫入數(shù)據(jù)庫

6．后臺服務(wù)程序

數(shù)據(jù)中心程序是在宏電公司提供動態(tài)鏈接庫和Demo程序基本上開發(fā)，重要用于遠程DTU發(fā)送過來數(shù)據(jù)接受，以及DSC對遠程DTU進行參數(shù)修改、指令下達等數(shù)據(jù)發(fā)送方面。

程序安裝在防辦主服務(wù)器上，是后來臺方式不間斷服務(wù)。接受數(shù)據(jù)直接寫到主服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，同步對接受、發(fā)送以及程序運營狀態(tài)以日記方式進行記錄，以便維護和管理查詢。

7．應(yīng)用模式簡介

山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)對外部提供WWWWeb服務(wù)，顧客可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)登錄該系統(tǒng)Web服務(wù)器訪問預(yù)警決策系統(tǒng)來進行汛情信息服務(wù)。

但對于無法進行Internet連接顧客，咱們開發(fā)了專用汛情接受設(shè)備，該設(shè)備可接受數(shù)據(jù)中心發(fā)送過來各種監(jiān)測信息，如實時雨量，水位，警戒指標，調(diào)度操作指令以及遠程測站、機房設(shè)備監(jiān)控信息（如電池電壓等、防盜等）。

山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)可以承載圖像、視頻監(jiān)控，在數(shù)據(jù)采集終端增長相應(yīng)攝像機，將攝像機布置才在山洪流經(jīng)山溝、堤壩滲漏小溝處，通過視頻服務(wù)器進行圖像解決后就可以通過宏電H7921CDMA/GPRS路由器進行傳播，傳播速度達到171.2—308Kbit/s，可以滿足實時對山洪、堤壩、水庫等危情發(fā)生前情形監(jiān)控。

8．原理和構(gòu)成

設(shè)備采用PC104嵌入式模塊、工業(yè)級觸摸屏、以及嘉復(fù)欣DTU構(gòu)成，設(shè)備可內(nèi)置電源系統(tǒng)，能24小時不間斷運營。本終端設(shè)備改做成便攜式裝置，用于車載和攜帶，形成移動監(jiān)控平臺。

9．廣播系統(tǒng)構(gòu)成

山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)除了依照預(yù)警條件，按照相應(yīng)預(yù)警級別自動啟動（或會商后人工啟動）短信、電話來告知防汛成員單位負責(zé)人、關(guān)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村負責(zé)人以及農(nóng)戶外，還需在危險區(qū)域重點防范地方、集中院落設(shè)立廣播預(yù)警系統(tǒng)。

廣播預(yù)警系統(tǒng)由單片機解決單元、語音芯片、無線廣播控制主機、接受裝置以及警笛和大功率高音喇叭等聲光裝置構(gòu)成。

應(yīng)用方式

廣播預(yù)警系統(tǒng)同樣通過CDMADTU接受數(shù)據(jù)中心發(fā)過來預(yù)警信息。單片機接受到中心預(yù)警包后，分析預(yù)警級別，再發(fā)送預(yù)警包給語音芯片，語音芯片通