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物聯網場景化應用之山洪預警

中國作為一個多山丘的國家,山洪災害事故發生頻繁自然就非常高,而對其防治則需堅持“預防為主,防治結合”,通過建立一套具備完善預測、預報、預警能力和應急指揮能力的“山洪災害防御系統”,在山洪到來之前能發出預警信息,讓管理部門迅速且科學的做出決策,才能更好的保障民眾生命財產安全。
自2009年“感知中國”的概念提出之后,物聯網在國內迅速發展,先后經歷了以硬件創新為主和軟硬一體化解決方案的階段,目前物聯網、5G、人工智能、無線通信等相關學科已經得了極大的發展,且在多個場景落地應用,而山洪災害預警監測實現了災害預測、預報、預警、應急指揮的智能化,可以說這就是最好的場景化應用實踐。
山洪災害的預防的背景與需求
山洪災害具有季節性強、易發性強、破壞性大等特點,災害形成主要受暴雨的影響,故每年的5-9月為山洪災害多發期。以2022年為例,入汛后,降雨總體偏多,平均降雨量較常年同期偏多,出現數十次較強降雨過程。中小河流洪水多發,全國逾百條河流發生超警以上洪水。

同年,水利部召開鞏固拓展水利扶貧成果同鄉村振興水利保障有效銜接工作會議強調,圍繞鄉村防洪減災,加大水旱災害防御薄弱環節建設。黨的二十大提出做好山洪災害防御工作,確保人民群眾生命安全意義重大,一旦發生重大險情、災情、雨情,能及時做好各項防范工作,盡最大限度保障人民群眾生命財產安全。2023水利部將推進山洪災害防治開展作為鄉村振興重點工作之一,全面提升監測預警能力、配備簡易監測預警設施等山洪災害防治非工程措施建設,實施163條重點山洪溝防洪治理,全面完成《全國山洪災害防治項目實施方案(2021—2023年)》任務。
近年來我國極端天氣事件頻發重發,山洪災害造成人員傷亡事件仍然時有發生,防御工作仍存在局地極端暴雨天氣監測預報精度不高、社會化預警信息覆蓋面不足、防御預案不完善、部分干部群眾避險自救意識和能力有待增強等短板和薄弱環節。可見全面建設山洪預警監測設施勢在必行,且重點要在.擴大山洪預警信息覆蓋面、綜合預警預報平臺數據匯聚、實時監測水雨情信息、根據監測信息及時發布預警信等方面。
山洪災害預警是在各種原始監測數據和歷史數據分析對比的基礎上,根據數據分析結果來決策預警信息。山洪預警系統主要由水情監測系統、預警中心系統及預警發布終端系統等組成,各監測點數據采集設備實時或間隔采集各項水文數據,如雨量、水位、流速等,并通過GSM/GPRS/CDMA無線網絡,將數據傳到預警中心系統,中心系統將所得的各項數據進行綜合分析,為預警決策系統提供依據。當預警決策系統得出預警信息后,預警系統采用數據信息或語音形式向預警終端發出預警信息。
山洪預警系統的感知、通信與預警
山洪往往來得很急,這是由于山洪溝地區的特殊地理環境造成的,對于下游的人來說總感覺是突如其來的,但其實在山洪爆發前,上游早有預兆,如果在山洪溝上游的重要區域設置水雨情監測站,就可以及時發現異常,盡早采取措施,這就離不開物聯網的前端感知層。
感知層可以對險情前的數據精準采集,它利用物聯網感知層的RFID、傳感器、視頻監控、定位等技術,在地形復雜、偏遠的山洪易發區合理布置水位計、雨量計、視頻設備等終端,自動采集雨量、水位、地表變化等信息,全面感知山洪誘發因子,很大程度上減少了人工監測的難度,可提高監測效率和頻度,也能降低人工監測帶來的錯誤和誤差,為下一步決策提供全面的數據支撐。
由于山洪易發區分布廣泛且地形復雜,處于山區坡高谷深的山洪災害自動監測站點往往缺乏衛星通信信道,有線網絡很難覆蓋或者覆蓋成本高,進而影響山洪災害監測預警信息傳送難,防御難度大,因此無線通信技術在山洪預警系統中廣泛應用。從傳統的2G/3G/4G到現在火熱的NB-IoT/LoRa等低功耗技術,各項無線通信技術在山洪預警中大顯身手,很好地解決了監測自動化程度低、傳輸網絡覆蓋不夠等問題,為山洪預警提供了堅強可靠的信息傳輸通道。當前也有基于5G+北斗短報文的山洪災害預警解決方案,一旦出現惡劣天氣情況或是特殊災害環境中,北斗短報文可自動開啟進行自動化監測與采集,實現在信號弱、無公網的無人值守之地的水雨情信息采集和回傳,全面提升山洪災害監測預警方案的數字化、智能化水平。

在平臺層面,結合GIS的山洪預警監測平臺通過對數據信息匯集、綜合分析,實現遠程、實時了解滑坡、崩塌、泥石流監測點的安全情況,同時實現對監測預警設備運行狀態監視、巡查簽到和險情上報等功能,將復雜的水文模型、水利模型用計算機模擬實現,根據分析結果做預警決策,根據危急等級及山洪可能危害范圍的不同,選取適宜的預警程序方式,將預警信息及時、準確地傳送到山洪災害可能危及的區域,從而使接收到預警區域的人員能根據山洪災害防御預案,及時采取預防措施,最大限度地減少人員傷亡及人民群眾的財產損失。
預警信息發布終端的主要任務是將中心子系統的決策信息以各種方式通知預警區內的相關人員與人民群眾做好災害的防患準備工作。當監測信息達到山洪災害的臨界點時,平臺將預警信息下達到各村鎮、村小組、入戶三級預警廣播聯動體系,再由無線預警廣播機通過手機、短信、電話、調頻廣播、本地對講機、MP3錄音、麥克風、數據推送等多種方式,將預警信息第一時間通知到山洪易發區相關部門,提前做好轉移準備,以最大限度的降低災害帶來的財產損失及確保人民群眾的人生安全。
在山洪溝中下游也不可輕視,這里人員密集,而且農田、村居、城鎮、交通設施等眾多,可以通過在山洪溝沿線、中下游重點區域布設視頻站、水位站,對水位突變等情況進行實時監測實時監測,提前做好避險措施。當上游出現水雨情異常,聯動警戒系統、短信進行提醒,及時采取避險措施。另外,和山洪往往相伴而來的,還有山體滑坡災害,如果單靠人工巡查,不僅監測難、精度低,而且無法做到實時監測,在特殊點位可以部署安裝相關物聯網設備,實時監測山體滑坡狀態并進行告警。當遇到滑坡時,首先不要順坡跑,而應向兩側逃離。當遇到高速滑坡無法逃離時,不要慌亂,如果滑坡呈整體滑動,可原地不動或抱住大樹等物。當遇到泥石流時,要向泥石流前進方向的兩側山坡跑,切不可順著泥石流溝向上游或向下游跑,更不要停留在凹坡處。同時,要注意避開河道彎曲的凹岸或地方狹小高度又低的凹岸,不要躲在陡峻山體下,防止坡面泥石流或崩塌的發生。

最后
暴雨等惡劣天氣給我國雨季防洪工作帶來了很大困難,嚴重的暴雨會直接給國家和社會帶來嚴重的經濟損失,也會威脅到人民的生命財產安全。只有加強各地區雨水防洪工作的整體監測和預報效率,才能使防洪工作穩步開展。
可喜的是,物聯網戰略已上升到國家戰略,隨著雨量實時監測系統和現代科學技術的發展,越來越多的自動控制和網絡傳輸等技術被應用到地質災害監測中,大大提高了災害監測的自動化水平。未來,將會有更多新的物聯網技術應用到山洪預警中,造福人類,造福社會。
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