【文章內容簡介】 線避雷自控系統(tǒng)通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線（如DH+、MB+），并且一般在安裝時都是穿管直埋（或電纜溝）鋪設，所以雷電在此處的感應電壓不高（1KV2KV）。但由于其直接進入采集終端或計算機通訊口這一薄弱環(huán)節(jié)（正常電壓一般為正負5V、12V、24V、48V等），故損害也很大。計算機數(shù)據(jù)交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲（據(jù)系統(tǒng)而定），在選用避雷器件時一般不采用氧化物避雷器，因為它的分布電容大、對高頻損耗大，除非對之進行特殊處理。通常避雷器中箝位二極管殘壓很低，若額定電壓為24V，則殘壓在于2430V之間。選用此類避雷器時應以通訊電平和頻率或速率來確定，對于比較高頻的訊號便需要特殊設計的防雷器以確保其阻抗與該系統(tǒng)對應，否則會有信號反射的現(xiàn)象。避雷器應靠近通訊接口處安裝（減小反射損耗）。3） 監(jiān)測站防雷由于遙測站點多設于曠野山坡或緊依于江河湖泊，堤壩水庫旁，沒有高大的建筑物遮擋，容易遭受直擊雷的侵害，此外，遙測站設備的供電電源，通信天線，信號電纜、數(shù)據(jù)端口均容易遭受直擊雷、感應雷、和雷電波侵害。因此采取有效的防雷措施是保證系統(tǒng)正常運行的重要保證。圖8 監(jiān)測系統(tǒng)防雷示意圖遙測站防雷總的原則是通過泄流，屏蔽等各種方式，盡可能實現(xiàn)遙測站建筑物及設備等電位，有效防止因雷電產(chǎn)生的強電流或過電壓使設備遭受損壞。本系統(tǒng)遙測站的防雷措施如下：建設避雷接地系統(tǒng)是防止直擊雷、感應雷危害的有效措施。該避雷接地系統(tǒng)由避雷針、防雷器（SPD）、接地體組成。我方在每個遙測站均建設避雷接地系統(tǒng)。避雷針采用直徑為12mm的熱鍍鋅圓鋼，頂端磨尖，使雨量筒、太陽能電板、RTU等設備置于45176。角保護范圍內。避雷針通過不小于直徑8mm的熱鍍鋅圓鋼或者金屬桿與接地裝置連接，圓鋼間、圓鋼與接地體扁鋼的搭線長度不小于6D。焊接處必須牢固并涂抹防銹漆。雨量筒信號線穿鍍鋅銅鋼管敷設，進入RTU終端安裝脈沖信號避雷器，以防止引入感應雷。遙測站接地網(wǎng)采用人工接地體裝置，用4*40mm的鍍鋅扁鋼制作水平接地體，50*5*2500mm鍍鋅角鋼制作垂直接地體，垂直接地體間距5m。為了避免各導體間存在危險的高電位差。直擊雷接地和感應雷接地接入同一地網(wǎng)。避雷接地系統(tǒng)的接地電阻不大于4Ω，且阻值愈小愈好。避雷針、防雷器的引下線與接地體均牢固連接。2. 合理化建議太陽能電板線路也是雷電波侵入系統(tǒng)的一個途徑，建議太陽能電板穿金屬敷設，在進入RTU端安裝直流電源防雷器。防雷器與地網(wǎng)可靠連接。 主要硬件設備 人工監(jiān)測站1. 人工雨量監(jiān)測站1）概述2）工作原理及安裝方式3）主要技術參數(shù)2. 簡易水位監(jiān)測站 自動監(jiān)測站 監(jiān)測站結構 主要設備配置1. 雨量傳感器1）主要技術參數(shù)2）工作原理3）主要功能2. 水位傳感器1）主要技術參數(shù)2）氣泡式水位計工作原理3）主要功能4）安裝方式3. 遙測終端（RTU）4. GPRS/GSM通訊模塊 中心站1. 中心站組成2. 中心站主要功能3. 主要硬件配置 系統(tǒng)性能指標 預警系統(tǒng) 系統(tǒng)概述預警系統(tǒng)建設是監(jiān)測信息采集及預報分析決策的基礎上，根據(jù)預警信息危急程度及山洪可能危害范圍的不同，通過適宜的預警程序和方式，將預警信息及時、準確地傳送到山洪可能危及區(qū)域，使接收預警區(qū)域人員根據(jù)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。 設計原則根據(jù)山洪災害點多面廣，且危害程度不盡相同的特點，預警系統(tǒng)的設計遵循下列原則：1. 可靠性。預警系統(tǒng)的建立過程中，要充分考慮到各地區(qū)域差異的影響，宜盡量采用簡單、易于掌握的預警方式或傳輸設備，將預警信息準確地傳送到可能受災區(qū)域，使可能受災區(qū)域的居民能及時采取相應措施，避免或減少人員傷亡。2. 經(jīng)濟適用、因地制宜。根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展水平及技術條件的不同，綜合考慮各地自然地理、現(xiàn)有通信資源、供電情況、居民居住地分布等情況，在保證預警信息能夠以經(jīng)濟、適用、合理的方式發(fā)送。3. 充分利用現(xiàn)有資源，避免重復建設。在預警子系統(tǒng)的建立過程中，應充分利用現(xiàn)有的信息傳輸網(wǎng)絡和預警設備。4. 預警信息系統(tǒng)建設與群測群防相結合。受經(jīng)濟技術水平條件的限制，山洪災害預警須群測群防預警與建立技術手段先進的預警系統(tǒng)相結合，群測群防是現(xiàn)階段山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的主體。 預警指標的確定根據(jù)降雨及山洪災害情況，結合地形、地貌、植被、水文地質等，確定各個小流域各級臨界雨量和水位預警指標，并在實際運用中修訂完善。預警指標分準備轉移、立即轉移兩級指標。 雨量預警指標確定由于災害點因地質、地形、氣候等條件不同臨界雨量差異較大，應根據(jù)各地降雨特點，利用現(xiàn)有資料分析計算確定各災害點的臨界雨量。隨著資料的積累及災害的發(fā)生，臨界雨量應不斷進行校核與修訂。災害點的臨界雨量分析計算方法參考2003年12月由全國山洪災害防治規(guī)劃領導小組辦公室向各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）頒發(fā)的《山洪災害臨界雨量分析計算方法細則》。1. 有雨量資料的指標確定采用《山洪災害臨界雨量分析計算方法細則》中單站臨界雨量及區(qū)域臨界雨量的分析計算方法。首先根據(jù)區(qū)域內歷次山洪災害發(fā)生的時間表，收集區(qū)域及周邊鄰近地區(qū)各雨量站對應的雨量資料，確定對應的降雨過程開始和結束時間，降雨過程的開始時間，是以連續(xù)3日每日雨量≤1mm后出現(xiàn)雨量1mm的時間，降雨過程的結束時間是山洪災害的時間。依次查找并統(tǒng)計該次山洪災害發(fā)生前的1小時、3小時、6小時、12小時、24小時最大雨量及其每項對應的起止時間，歷次山洪災害的各時段最大雨量系列中最小的一個為臨界雨量初值，即初步認為這個值是臨界雨量。以開始產(chǎn)生農(nóng)業(yè)損失的雨量作為準備轉移雨量，將產(chǎn)生居民家產(chǎn)損失及人員傷亡的雨量作為立即轉移雨量。各次激發(fā)災害發(fā)生的雨量均不完全相同，因此區(qū)域內各站的臨界雨量也不盡相同。根據(jù)分析計算出的區(qū)域內各單站臨界雨量初值，來確定區(qū)域臨界雨量（即采用單站臨界雨量法）。只要降雨量超過單站臨界雨量值，區(qū)域內就有可能發(fā)生山洪災害。單站臨界雨量分析見表。2. 無資料區(qū)域的指標確定主要采用災害與降雨頻率分析法。以小流域為單位，通過對區(qū)域災害場次的調查，分析山洪災害發(fā)生頻率，山洪災害發(fā)生的頻率P=發(fā)生年數(shù)247。調查總年數(shù)*100%。分析計算與災害相同頻率的各時段降雨量，根據(jù)某省(1小時、3小時、6小時、24小時)的年最大雨量等值線圖和變差系數(shù)等值線圖，Cs/Cv=,計算山洪災害區(qū)域的各頻率設計雨量，取與山洪災害發(fā)生頻率相同的降雨量設計值即為臨界雨量初值，根據(jù)全區(qū)范圍內雨量站資料分析12小時雨量與6小時雨量關系，并取平均值作為計算12小時雨量指標的參數(shù)。通過與周邊鄰近地區(qū)的臨界雨量進行綜合對比分析，最后合理確定臨界雨量值。系統(tǒng)建設后需根據(jù)雨情、水情、災情資料積累不斷修訂，以適應特定區(qū)域預警需求。實時預警指令須依據(jù)基本指標和流域前期影響雨量（土壤濕潤程度）因素綜合確定。當危險區(qū)相應時段面雨量達到成災臨界值，區(qū)山洪預警中心應向流域內居民發(fā)布準備轉移的指令。當危險區(qū)所處小流域上游仍有強降雨或預報有中到大雨時，預警中心應根據(jù)實際情況向危險區(qū)內居民發(fā)布立即轉移的指令。 水位預警指標水位預警指標分為水庫水無預警指標和河道水位預警指標。1. 水庫水位預警指標：當水庫溢洪，庫區(qū)上游仍有連續(xù)降雨，水位繼續(xù)上漲時，通過手機、廣播、電視、電話等手段向外發(fā)布汛情公告或緊急通知，準備轉移在淹沒范圍內的人員和財產(chǎn)。當庫水位達到設計水位，庫區(qū)上游仍有強降雨，或水庫出現(xiàn)重大險情時，政府應通過各種途徑向水庫淹沒區(qū)內群眾發(fā)布緊急通知，組織下游群眾立即轉移。2. 河道水位預警指標：在已選的小流域內，選取下游有重要城鎮(zhèn)，工礦企事業(yè)單位，且人口相對密集的控制斷面作為水位預報節(jié)點，對于已布設水位站或水文站的災害點，將歷史上發(fā)生的所有山洪災害對應的水位（流量）進行統(tǒng)計，將形成灘地內耕地淹沒的水位作為準備轉移水位（流量）初值，將形成居民房屋損失和人身傷亡的最小水位作為立即轉移水位（流量）初值，并根據(jù)災害點和水位站兩岸地面高程等地形資料和上下游斷面出現(xiàn)災害情況確定成災水位（流量）。對于過去未設但擬布設水位或水文站，站址對應災害點的臨界水位（流量）由站址附近的上灘（形成淹沒耕地）水位（流量）和淹居民點水位換算得到，即分別作為轉移水位和立即轉移水位指標。設站以后，根據(jù)水文觀測資料對成災水位（流量）進行校核與修訂。以上水位預警指標為參考值，系統(tǒng)建成后需根據(jù)雨情、水情、災情資料積累不斷修訂，以適應特定區(qū)域預警需求。 詳細設計 預警網(wǎng)絡設計 通信方式選用原則山洪災害預警通信主要負責向受災山洪災害威脅的城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、居民點等及時、準確地發(fā)布氣象、水文情報、山洪警報和撤離指令等，同時及時收集反饋信息。由上逐級向下傳遞預警信息，最重要通知到收威脅的居民點和單位。其山洪警報傳輸及信息反饋的渠道和通路，通信網(wǎng)必須有效、實用，并且滿足突發(fā)同心的需求。根據(jù)山洪災害的特點，可用于預警信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞接须娨?、廣播、Internet網(wǎng)絡、電話、傳真、移動通信、短信、報警器、鑼鼓號等，各地可根據(jù)當?shù)亟?jīng)濟狀況、現(xiàn)有通信資源條件以及各種通信方式的適用性，并考慮山洪災害預警信息傳輸?shù)臅r效性和緊急程度，選用適宜的通信方式組建山洪災害預警信息傳輸通信網(wǎng)。為保障預警信息能及時發(fā)布到鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村、組、戶，有條件的縣、區(qū)與鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）應盡可能建立雙信道的通信網(wǎng)絡，以保證一種信道通信中斷時預警信息能夠順利傳遞。1. 固定時間發(fā)布的預警信息，接受的對象主要是公眾，應充分考慮通信覆蓋面，綜合選擇多種方式同時發(fā)布，可選擇電視、廣播、短信、自動傳真等與群眾生活聯(lián)系緊密的通信平臺。2. 不定時的山洪災害警報信息，時效性要求比較強，通過電話、移動電話等直通方式進行通信。對于特別緊急的情況，警報傳輸通信必須各種方式并用。當公共通信（固定電話、移動電話）均遭山洪破壞而失效時，有條件的地區(qū)可采用衛(wèi)星通信方式進行應急通信。3. 對于公共通信條件較好、且運行維護費用有保障的地區(qū)可綜合運用固定電話、移動通信電話和短信、傳真、Internet網(wǎng)絡、有線電視和廣播警報系統(tǒng)的多種方式。4. 山高、地形復雜、人口密度低、缺乏電力供應的山丘區(qū)，電話、傳真、Internet網(wǎng)絡等發(fā)布方式都難以實現(xiàn)，或者山洪災害造成這些信息發(fā)布方式都中斷時，可采用短波通信或超短波通信進行預警信息傳輸。5. 對于沒有公共通信條件，人口居住比較分散的偏僻山村，可以通過廣播、喇叭、鑼鼓、警報器、煙火、人力等根據(jù)已設定的預警信號發(fā)布預警信息。 預警通信網(wǎng)絡山洪災害預警信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞接须娨暋⒂芯€廣播、無線廣播、Internet網(wǎng)絡、電話、傳真、移動通信、短信、手搖報警器、銅鑼等方式。預報信息發(fā)布方式示意圖1. 短信預警平臺隨著中國移動通信行業(yè)的高速發(fā)展，移動通信用戶迅速增長，手機已成了人們不可或缺的通訊設備。山洪災害預警信息采用短信發(fā)布的方式已經(jīng)成為一種最經(jīng)濟、實用、有效地方式。1） 預警短信發(fā)布平臺短信發(fā)布目前的主要方式有：（1） 短信模塊接入：短信模塊，俗稱短信貓，是一種基于無線GSM技術的工業(yè)級的MODEM，是一種內嵌GSM無線通信模塊，插入移動運營商的手機SIM卡，可以與移動運營商的短信中心建立無線連接，本地通過與PC的連接可以實現(xiàn)計算機控制應用系統(tǒng)實現(xiàn)自由的短信收發(fā)。（2） 短信網(wǎng)關接入：短信網(wǎng)關集成了電信運營商的短信通道，無需購買短信收發(fā)設備，安裝好軟件聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)即可通過移動/聯(lián)通/電信/網(wǎng)通短信網(wǎng)關以特服號碼實現(xiàn)全網(wǎng)短信收發(fā)。預警短信發(fā)布如圖18所示： 圖18 預警短信發(fā)布示意圖2） 預警短信管理系統(tǒng)系統(tǒng)建立預警短信接收發(fā)送系統(tǒng)，建立預警對象數(shù)據(jù)庫，能自動預警和手動預警。（1） 自動預警是指系統(tǒng)在對監(jiān)測信息進行自動統(tǒng)計和分析后，按照預警條件和級別自動分析尋找預警對象，向其自動發(fā)送預警信息。（2） 手動預警是指系統(tǒng)管理人員自定預警信息內容，自定預警對象，向其發(fā)送預警信息。預警信息輸入頁面要求使用方便，操作簡單，預警對象的選擇要求可實現(xiàn)群選，也可實現(xiàn)選擇到人，同時還具有臨時添加預警對象的功能。2. 電話、傳真預警平臺電話、傳真預警平臺，由語言/傳真模塊及相應的軟件組成。語音/傳真模塊一并安裝在路由器上。語言/傳真模塊與配備的相應軟件實現(xiàn)電話群呼、傳真群發(fā)功能。工作模式有系統(tǒng)自動模塊和人工干預模式；設備具有高可靠性和強大的群呼、群發(fā)能力；與預警系統(tǒng)良好的兼容性。（P52 傳真群發(fā)拓撲圖）3. 無線預警廣播站無線廣播預警系統(tǒng)以位于縣防汛辦的山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)為控制中心，位于各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村組的廣播主站和位于村組、農(nóng)戶的廣播從站組成?？紤]災害點的實際分布等時際原因，無線廣播系統(tǒng)采用主/從結構。這種方式布置較靈活，特別適合處于同一山洪災害危險區(qū)的比較分散、距離較遠的村組。無線廣播站布設在山洪災害威脅嚴重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村，及受山洪威脅的村（組）。村（組）收到預警信息后，利用無線廣播平臺對村民進行預警。系統(tǒng)拓撲結構如圖20所示（P53）無線廣播系統(tǒng)組成1. 縣級預警中心由短信預警發(fā)布設備、傳真預警發(fā)布設備、天線、電源系統(tǒng)和防雷設備等組成。2. 無線預警廣播接收站由無線廣播接收機、蓄電池、穩(wěn)壓控制器 、擴音設備和高音喇叭等組成。（系統(tǒng)組成圖 P54）當流域的降雨強度超過預警臨界值后，決策支持系統(tǒng)通過GPRS自動（或手動）啟動流域內的危險區(qū)的危險區(qū)的語言廣播預警系統(tǒng)，主站的GPRS接收裝置接收命令后，按照協(xié)議要求，啟動相應的報警語言，同時主站的無線調頻主機自動啟動其他從站聲光報警裝置。同時系統(tǒng)也可由鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)布預警信息，鄉(xiāng)鎮(zhèn)防汛負責人可直接由主站喊話，提示各村組注意防災。1） 無線預警廣播站設備性能：通信終端；由區(qū)預警平臺實現(xiàn)自動控制或人工啟動，同時提供現(xiàn)場人工控制人工喊話功能，配置GPRS/GSM通信模塊；可與水雨情監(jiān)測設備聯(lián)動；含擴音設備、高音喇叭以及附屬設施。2） 無線村級預警廣播站主要有以下功能： 供電方式設計預警廣播站采用220V AC/2交流電為主，可配置太陽能板和蓄電池作為輔助供電的模式。常態(tài)由交流電供應，當外部電力中斷時由蓄電池進行