流域洪水預警報系統(tǒng)通訊與信息保障探討

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摘　要：論文根據(jù)晉江流域洪水預警報系統(tǒng)現(xiàn)狀及洪水預警報系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊架構，針對數(shù)據(jù)通訊存在手段單一數(shù)據(jù)存儲孤立等問題，論文提出了構建復合通訊網(wǎng)絡、應急維護網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)分布式存儲等構建數(shù)據(jù)通訊保護屏障的措施，為防汛指揮決策調度提供可靠的信息支持。

關鍵詞：洪水預警報；通訊保障；措施   A Probe into Communication Security and Information Assurance forFlood Warning&Forecasting System of Jin River Basin Abstract:According to present situation and network communication framework of?ood warning and forecastingsystem of Jin River basin,the paper raises data communication protective barrier construction measures of establishingcompound communication network,maintenance network for emergency and distributed data storage,withconsideration on existing problems of single means and orphaned data storage of data communication.All these willoffer reliable information support for?ood control command,decision-making and dispatching. Keywords:lood warning and forecasting;communication security;measures   前言 泉州市地處福建東南沿海，境內地形結構復雜，屬亞熱帶海洋性季風氣候，易受臺風暴雨洪水襲擊，洪澇災害十分頻繁，境內晉江流域屬山區(qū)性河流，源短流急，洪水暴漲暴落，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來嚴重威脅。由于地理氣候的特殊性，泉州市于上世紀90年代開始著手建立洪水預警報系統(tǒng)，到目前為止共建有遙測站點113個（其中水位雨量站53個、水位站5個、雨量站55個），中繼站點9個。晉江洪水預警報系統(tǒng)的建立，大大提高防汛信息的準確性和時效性，增強泉州市防災抗災能力，為泉州市的防汛數(shù)字化、信息化奠定了堅實的基礎，實現(xiàn)全面監(jiān)測晉江流域和全市大中型水庫、沿海潮位的實時雨水情況，及時反映局部區(qū)域降雨范圍、強度及水位漲落變化，為防汛指揮調度提供了大量實時信息，最大限度減少洪澇災害損失。 1　概況 晉江流域洪水預警報系統(tǒng)是泉州市防洪減災工作的重要非工程措施之一，該系統(tǒng)應用遙測、無線通訊和計算機等先進技術實時完成雨量、水位等水文參數(shù)的自動收集、處理，達到快速準確地掌握水、雨情信息。系統(tǒng)采用超短波構架通訊網(wǎng)絡，遙測站點將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼站，中繼站經(jīng)過區(qū)號、站址的甄別，過濾非法信號，轉發(fā)符合條件的站點信息，中心和分中心站根據(jù)需求分別接收中繼轉發(fā)的數(shù)據(jù)信息。 2　數(shù)據(jù) 通訊存在問題晉江洪水預警報系統(tǒng)在歷年防抗臺風暴雨和洪澇災害中發(fā)揮了重要作用，增長了洪水災害預見號、站址的甄別，過濾非法信號，轉發(fā)符合條件的站點信息，中心和分中心站根據(jù)需求分別接收中繼轉發(fā)的數(shù)據(jù)信息。晉江流域洪水預警報系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊架構。為各級防汛部門科學調度提供科學準確的信息，但其單一的通訊手段，以及數(shù)據(jù)的相互獨立影響數(shù)據(jù)的時效性和一致性。 2.1　通訊手段 單一晉江洪水預警報系統(tǒng)采用超短波1種通訊方式傳輸遙測站點數(shù)據(jù)信息，由遙測站、中繼站、中心或分中心站形成1條通訊鏈路，中繼站用廣播的方式傳播數(shù)據(jù)信號。在這種組網(wǎng)方式中中繼站是橋梁，起著承接的作用，若中繼站故障將引起數(shù)據(jù)成片區(qū)域的丟失，因此中繼站有效穩(wěn)定運行至關重要，但由于中繼站的特殊要求，其選址往往在偏遠高山，交通不便。影響了維護及時性。在多年運行中，中繼站的運行質量一直威脅著系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定，特別是在臺風暴雨期間，搶修難度大、時間長，大大減弱了數(shù)據(jù)信息獲取的時效性。 2.2　數(shù)據(jù)存貯 孤立晉江洪水預警報系統(tǒng)中心站與分中心站分別從中繼站廣播的數(shù)據(jù)中接收各自所需的信息，經(jīng)過分析、判別等處理后進入后臺數(shù)據(jù)庫，中心站、各分中心站、接受站點之間沒有建立通訊線路連接，各地數(shù)據(jù)庫相互獨立，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，協(xié)同工作，數(shù)據(jù)資源不能充分利用，當中心站或分中心站發(fā)生故障，恢復正常后故障期間的數(shù)據(jù)將丟失，即使其他中心站或分中心站存有所需的數(shù)據(jù)；而由于數(shù)據(jù)的獨立存貯，各級接收的數(shù)據(jù)因信道干擾或軟件出錯產(chǎn)生的差錯數(shù)據(jù)無法及時比對加以修正，導致各級系統(tǒng)顯示信息不一致的現(xiàn)象。 3　構建數(shù)據(jù)通訊保護屏障措施 為確保數(shù)據(jù)信息安全可靠獲取，應從通訊網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)存貯備份、維護搶修等多方面入手，構建數(shù)據(jù)信息保護屏障。 3.1　構建復合通訊網(wǎng)絡 3.1.1　通訊方式比較 目前應用于遙測系統(tǒng)的通訊方式主要有超短波、GSM、GPRS、PSTN、衛(wèi)星等多種通訊方式[1]，遙測通訊方式特性對比。 （1）超短波通訊是利用載波調制發(fā)送數(shù)據(jù)信息。優(yōu)點是信道穩(wěn)定，基本不受天氣影響，技術成熟，設備簡單易于配套，投資省，建設周期短；缺點是有同頻干擾問題，在山區(qū)及遠距離傳輸需建設衛(wèi)星，建設成本較高低低低高通訊質量一般，有較好，有擁好好一般，同頻干擾擠阻塞問題有雨衰獨立性好，自建較好，較好，較好，好，自網(wǎng)絡公網(wǎng)公網(wǎng)公網(wǎng)建網(wǎng)絡使用費用無低低低高職守功耗較高低低低高網(wǎng)絡維護自行維護，運營商運營商運營商一定的維修量大負責負責負責維護量設備費用低低低低高野外高山中繼站，易受雷擊，維護管理不便。 （2）GSM屬于排隊通訊方式，不需要建立端到端業(yè)務通道的業(yè)務，具有覆蓋面較廣、投資低、防雷性好、不受距離和地形限制、系統(tǒng)建設周期短等優(yōu)點；缺點是存在盲區(qū)，GSM短信息通訊屬于排隊通訊方式，存在網(wǎng)絡阻塞和丟失問題。 （3）GPRS為通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務，面向用戶提供端到端的、廣域的無線IP連接，優(yōu)點是通訊質量好，傳輸速率高，適用于地形復雜地區(qū)；缺點通訊費用較高，功耗相對GSM大。 （4）PSTN有線通訊組網(wǎng)方式是利用電信部門的公用電話線或是自己架設的專用線路。其通訊質量和可靠性比較高，采用PSTN組網(wǎng)，設備簡單，價格低廉；缺點是受電話呼損率影響，數(shù)據(jù)實時性較差。 （5）衛(wèi)星通訊方式的優(yōu)點是衛(wèi)星技術先進、通道質量好、傳輸速率高、不受距離和地形限制、覆蓋面非常廣泛，不存在盲區(qū)；缺點是運行費用非常昂貴。 3.1.2　建立穩(wěn)定通訊網(wǎng)絡晉江洪水預警報系統(tǒng) 多年的運行情況表明采用單一的通訊信道很難保證數(shù)據(jù)信息的連續(xù)穩(wěn)定獲取，在數(shù)據(jù)通訊上應選擇多種通訊方法、復合組網(wǎng)的形式，通訊方式的選擇結合實際應用情況，主要考慮以下方面： （1）超短波通訊應用于晉江洪水預警報系統(tǒng)已有10多年，從多年的運行情況來看，同頻干擾問題已得到有效解決，且信號傳輸穩(wěn)定，誤碼率符合通訊方式第2期陳謀育：晉江流域洪水預警報系統(tǒng)通訊與信息保障探討71通訊要求；超短波通訊網(wǎng)絡屬于自建系統(tǒng)，獨立性好，通訊網(wǎng)絡的每個環(huán)節(jié)都由自己掌控，信息傳輸流程一目了然，不受制約，同時多年運行的經(jīng)驗積累，無論在系統(tǒng)使用或維護上都已得心應手。 （2）GPRS的實時在線、高速傳輸、快捷登錄符合遙測系統(tǒng)快速及時的特點，隨著移動通信部門網(wǎng)絡基站不斷建設，GPRS信號已基本覆蓋全市，資費也不斷下調，適合應用在晉江洪水預警報系統(tǒng)中。 （3）目前全市大中型水庫庫區(qū)都建有接收站，負責接收庫區(qū)站點數(shù)據(jù)信息并進行存儲，而電信部門的寬帶業(yè)務也都已經(jīng)發(fā)展到各水庫，可以利用庫區(qū)接收站和電信寬帶線路實現(xiàn)庫區(qū)站點數(shù)據(jù)的傳輸。因此選擇超短波、移動GPRS和電信PSTN寬帶業(yè)務作為通訊方式。在組網(wǎng)形式上從站點數(shù)據(jù)傳送方式分為超短波和GPRS 2個方面，超短波方式組網(wǎng)要盡量避免通過中繼轉發(fā)，減少對中繼的依賴，提高信息傳送穩(wěn)定性（如潮位站點位于沿海，地勢平坦，基本無阻擋，可通過超短波直接傳送至中心或分中心站；水庫站點可以發(fā)送到各自庫區(qū)接收站，通過電信寬帶送出數(shù)據(jù)）；GPRS組網(wǎng)方式通過移動運營商網(wǎng)絡組成GPRS專網(wǎng)，隔離外部干擾。系統(tǒng)通訊組網(wǎng)。潮位站潮位站……遙測站遙測站遙測站……遙測站遙測站遙測站……水庫接收站水庫接收站水庫接收站GPRS中繼站超短波超短波寬帶中心站、分中心在工作體制上，超短波仍然沿用自報式體制，即遙測站點所采集數(shù)據(jù)有增量變化就進行傳送；GPRS采用定時報送加閥值加報體制，即一般情況下遙測站按照一定的時間間隔（如10、30 min或1 h，可隨時設定）定時打包發(fā)送數(shù)據(jù)，當采集參數(shù)變化超過設定閥值時（暴雨或超警戒水位情況）立即發(fā)送所采集到的信息。超短波、GPRS同時運行，數(shù)據(jù)經(jīng)2個通訊網(wǎng)絡傳送，中心、分中心分別接受，數(shù)據(jù)接收存貯時間以站點信息時標為準，因為站點用1套傳感器采集參數(shù)，只是通過超短波和GPRS這2個通訊信道分別傳數(shù)，所以超短波數(shù)據(jù)庫和GPRS數(shù)據(jù)庫擁有時間相同、參數(shù)一致的數(shù)據(jù)，超短波數(shù)據(jù)庫作為主數(shù)據(jù)庫，GPRS數(shù)據(jù)庫作為備用數(shù)據(jù)庫，當前臺查詢終端發(fā)出查詢請求，后臺數(shù)據(jù)庫響應后首先從超短波數(shù)據(jù)庫中調取數(shù)據(jù)，搜索不到符合條件數(shù)據(jù)再轉到GPRS數(shù)據(jù)庫中搜索，補充超短波數(shù)據(jù)庫中缺漏的數(shù)據(jù)發(fā)送給前臺查詢終端。 3.2　構建數(shù)據(jù)分布式存貯 為增強整個晉江洪水預警報系統(tǒng)的健壯性，中心站、各分中心站、接收站點要建立起一條高速數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)他們之間互通互聯(lián)、互為備份，達到數(shù)據(jù)的分布式存貯，形成數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡，防止中心站、各個分中心站、接收站點系統(tǒng)崩潰后數(shù)據(jù)的丟失。在通道物理連接方面可以考慮專線或互聯(lián)網(wǎng)連接，專線費用昂貴但速率、安全性高；互聯(lián)網(wǎng)不需專門線路鋪設費用，容易實現(xiàn)，但易受攻擊。目前中心站與各分中心站已經(jīng)實現(xiàn)專線互聯(lián)，其他接收站點可通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，但要加強安全措施系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡連接如。在數(shù)據(jù)傳輸方面重點考慮系統(tǒng)的智能性、冗余性、一致性、安全性，通過建立下載列表、設立信息時標、加強網(wǎng)絡安全措施實現(xiàn)這些系統(tǒng)功能：分中心站數(shù)據(jù)庫專線互聯(lián)網(wǎng)…………其他接收站數(shù)據(jù)庫中心站數(shù)據(jù)庫 （1）建立下載列表，按照安全、高效原則制定站點下載源的優(yōu)先次序。中心站、分中心站專線互72水利信息化2010,(2)聯(lián)，安全性高。中心站存貯完整的站點數(shù)據(jù)，分中心站存儲區(qū)域性數(shù)據(jù)，其他接收站點存貯數(shù)據(jù)量最少，從數(shù)據(jù)從屬關系來看，其他接收站點的存貯數(shù)據(jù)是分中心站數(shù)據(jù)的子集，而分中心站的存貯數(shù)據(jù)是中心站數(shù)據(jù)的子集，因此中心站的下載優(yōu)先次序為先分中心站后其他接收站，分中心站下載優(yōu)先次序為先中心站后其他接收站，其他接收站點下載優(yōu)先次序為先分中心站后中心站。 （2）設立信息時標，按照數(shù)據(jù)發(fā)送時間確定數(shù)據(jù)的唯一性。每個遙測站點都有設備內部運行時鐘，通過GPRS校時確保系統(tǒng)所有站點時間的統(tǒng)一性，中心站、分中心站等接收站點以數(shù)據(jù)發(fā)送時間為準確定信息時標，在數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)比對時，根據(jù)這個信息時標進行數(shù)據(jù)比較，剔除重復數(shù)據(jù)，修正錯誤信息，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余性和一致性。 （3）加強網(wǎng)絡安全措施，通過防火墻、殺毒軟件等軟硬件措施防止外部網(wǎng)絡攻擊、病毒侵襲，通過設置權限和頁面提醒防止數(shù)據(jù)修改和刪除等內部誤操作，確保系統(tǒng)安全。 3.3　構建應急維護網(wǎng)絡系統(tǒng) 設備穩(wěn)定可靠離不開維護管理的支持，規(guī)范、細致的維護工作是確保洪水預警報系統(tǒng)平穩(wěn)運行的保障，要從制度上加以落實，構建維護管理網(wǎng)絡，將站點按區(qū)域進行劃分，把維護管理任務逐級分解到各個縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及各水利工程管理處，使各級單位對各站點的管理輻射范圍更趨合理，確保緊急搶修任務的迅速及時；建立起維護管理支持平臺，統(tǒng)籌安排站點維護搶修任務和分配備品備件資源，對管理工作形成支撐。 4　結語 洪水預警報系統(tǒng)運用于防汛抗災中已經(jīng)顯示出快測快報的優(yōu)勢特點，為指揮決策提供重要的數(shù)據(jù)參考，保持其正常平穩(wěn)運行至關重要，要充分利用不斷發(fā)展的先進通訊技術對系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡進行優(yōu)化與完善，整合分散的信息數(shù)據(jù)，形成完整的數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源共享，從多方面采取措施確保數(shù)據(jù)信息連續(xù)、及時、有效獲取。   參考文獻 [1]姚永熙，水文儀器與水利水文自動化[M].南京：河海大學出版社，2010，8.