氣象災害應急預警系統范文第1篇
設計方案
山洪災害監測預警系統設計方案
1概述
我國是一個多山的國家，山丘區面積約占全國陸地面積的三分之二。我國主要位于東亞季風區，暴雨分布范圍廣;季風氣候決定了我國降雨在年內分布不均，汛期高度集中，以強降雨引發的山洪災害發生最為頻繁，危害大。
路路通山洪災害監測預警系統以山洪災害防治堅持“以防為主，防治結合”、“以非工程措施為主，非工程措施與工程措施相結合”的原則為指導，運用當代信息監測技術、通信技術、網絡技術、計算機技術、系統集成技術在山洪災害防治區建立以信息采集、預報分析、視頻會商決策為基礎的預警平臺，通過手機群發、傳真群發、無線廣播、高音喇叭、手搖警報器、鑼等預警程序和方式，將預警信息及時準確地傳送到山洪可能危及的區域，使接收預警區域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。
2系統總體結構
2.1系統組成
路路通山洪災害監測預警系統主要包括水雨情監測系統和預警系統。為更好地發揮系統的防災減災作用，還需建立群測群防的組織體系，加強宣傳培訓。
水雨情監測系統及時將簡易監測站、人工監測站、自動監測站的監測信息匯入預警平臺。
預警系統由基于平臺的山洪災害防御預警系統和山洪災害群測群防預警系統組成?；谄脚_的山洪災害防御預警系統主要由信息匯集子系統、信息查詢子系統、預報決策子系統和預警子系統組成。群測群防預警系統包括預警發布程序、預警方式、警報傳輸和信息反饋通信網、警報器設置等。
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2.2系統建設模式
由于山洪預見期短、致災快，因此為有效防御山洪災害，提出在縣級行政區建立基于平臺的山洪災害預警系統建設模式，省、市、縣、鄉(鎮)、村等各方面的山洪災害防治相關信息匯集于平臺，縣級防汛部門根據系統信息，及時發布預報、警報。同時縣、鄉(鎮)、村、組建立群測群防的組織體系，開展監測、預警工作。
3系統特點
(1)軟硬件一體化集成
公司提供完善的系統的集成方案，自主開發山洪監測預警軟件。 (2)多層次水、雨情決策分析
可查詢時段、日、旬、月顯示區域內的雨量值、平均雨量值、最大雨量值、
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各站降雨過程柱狀圖及數據表、雨量強度統計等。
(3)完善的預警責任體系
建立縣、鄉、村三級預警責任人體系，短信、傳真預警時可靈活選擇接收人員。
(4)靈活的預警監測方式
采用水雨情系統自動預警及人工預警兩種方式。 (5)完善的信息統計上報功能
依據國家防總要求定制的災情報表，由各基層按照不同權限上報匯總，為縣級領導決策提供強有力的支持和依據。
(6)豐富的結果呈現方式
系統結合地理信息系統提供了直觀的圖形化分析界面，使分析結果一目了然，數據結果展現方式多樣化，數據列表、雨量柱狀圖、雨量等值面、線、點標注、水位流量過程曲線。系統具有信息輸出和表現功能，除具備基礎信息、水雨情信息、工情、災情統計分析信息的數據輸出外，還具備表、文字、圖形的輸出和保存以及打印功能。
(7)響應快速及時、運行穩定可靠。
(8)各子系統，均可以獨立安裝實施，擴展靈活。 (9)圍繞預警核心應用，全面提供整體解決方案。 (10)針對縣級用戶特點，應用簡單，高度產品化。
4系統設計
4.1水雨情監測系統設計
通過建設實用、可靠的水雨情監測系統，擴大山洪災害易發區水雨情收集的信息量，提高水雨情信息的收集時效，為山洪災害的預報預警、做好防災減災工作提供準確的基本信息。 4.1.1監測方式及報汛工作體制
水雨情監測系統監測項目主要包括降雨量、水位。站類主要包括雨量站、水位站。根據山洪災害預警的需要和各地的建站條件，考慮山洪災害易發區地形復雜、降雨分布不均、群眾居住分散、地方經濟發展不均衡等實際情況，水雨情監測站可建成簡易監測站、人工監測站和自動監測站。其監測方式及報汛工作體制如下：
(1)簡易監測站
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簡易的雨量、水位觀測設施，采用直觀、可行的觀測方法進行水雨情信息的監測。利用本地區適用的傳播方式進行信息的傳輸，達到群測群防的目的。
簡易雨量站采用有雨觀測、下大雨加強觀測的工作體制，有條件時及時上報;簡易水位站在有雨時或接到通知時觀測，水位接近成災水位時加強觀測，有條件時及時上報。
(2)人工監測站
無條件建設自動監測站，但擁有公用通信資源(程控電話、移動通信網)的地區，按照人工觀測站的技術要求建立相應的水雨情人工監測站。采用人工觀測和管理的模式，通過語音或通話報汛進行雨量、水位信息的采集和傳輸。
人工監測站采用定時觀測，定時報汛的工作體制，在暴雨天氣狀態下加密觀測、增加報汛段次。
(3)自動監測站
自動監測站采用有人看管，無人值守的管理模式，配置相應的雨量、水位傳感器，遙測終端及通信終端設備，實現水雨情信息的自動采集、傳輸。
自動監測站采用定時自報、事件加報和召測兼容的工作體制;對超短波組網的自動監測站，則采用增量隨機自報與定時自報兼容的工作體制;人工置數信息有反饋確認的功能。 4.1.2 信息傳輸通信網設計
水雨情數據傳輸常用的通信方式有衛星、超短波(UHF/VHF)、GSM短信、GPRS，以及程控電話網(PSTN)等。
(1)衛星通信
衛星通信是利用人造地球衛星作為中繼站、轉發無線電波實現地球站之間相互通信的一種方式，具有覆蓋面大、通信頻帶寬、組網靈活機動等優點。目前，在國家防汛指揮系統建設中用于測站與中心站間數據傳輸的衛星信道主要選用海事衛星和北斗衛星。
衛星通信的適用條件：所建監測站地處高山峽谷，且公網未覆蓋和無條件建專用網的區域。
(2)超短波通信
超短波是指工作于VHF/UHF頻段的信道，超短波通信的傳播機理是對流層內的視距傳播與繞射傳播。視距傳播損耗小，受環境的影響也小，接收信號穩定。但是，由于傳播距離較短，一般需要建設中繼站進行接力。
適用條件：所建監測站地處公用通信網不能覆蓋，或位于低山和丘陵地區，且所需建中繼站級數不超過3級的地區。
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(3)PSTN通信
程控電話(PSTN)是普及程度最高的信道資源，它具有設備簡單、入網方式簡單靈活、適用范圍廣、傳輸質量較高、通信費用低廉等優點，可進行話音和數據的傳輸。
適用條件：被PSTN網覆蓋且電話通訊質量較好的地區。 (4)短信通信
移動通信是我國近十多年來發展最快的一種通信系統，目前已覆蓋我國很多城鎮，正逐步向農村擴展延伸，移動通信系統正得到越來越廣泛的應用，對于山洪災害信息和警報的傳輸有著十分重要的實際應用價值。目前可利用的短信通信有中國移動的GSM短信和中國電信的CDMA短信。
適用條件：被中國移動通信網或中國電信通信網所覆蓋的地區。 (5)GPRS通信
GPRS是GSM系統的無線分組交換技術，不僅提供點對點、而且提供廣域的無限IP連接，是一項高速數據處理的技術，方法是以“分組”的形式將數據傳送到用戶手中。GPRS是作為現行GSM網絡向第3代移動通信演變的過渡技術，突出的特點是傳輸速率高和費用低。GPRS上行速率較GSM為高，下行速率則可達100Kbps。鑒于利用GPRS的運行速度快、運行成本低，建議盡可能地利用GPRS傳輸。
適用條件：已開通GPRS業務的地區。
4.2預警系統設計
山洪災害防御預警系統平臺是山洪災害監測預警系統數據信息處理和服務的核心，提供數據接收、處理、加工，信息查詢、預報決策、預警與信息發布、信息交換等服務，主要由信息匯集子系統、信息查詢子系統、預報決策子系統和預警子系統組成。
4.2.1信息匯集、查詢子系統
信息匯集子系統與信息查詢子系統主要包括監測站的實時數據接收處理、和其它相關部門的共享與交換信息的處理以及各類信息的查詢服務。
主要功能有：
(1)實時接收自動監測站的水雨情數據和工況信息; (2)對自動監測站進行遠程控制;
(3)實時處理接收的數據信息，并分類存入數據庫中; (4)數據查詢與維護;
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(5)人工數據錄入; (6)基礎信息查詢 ① 雨量站基本信息
查詢雨量站的基本信息，如：雨量站類別(自動、人工、簡易等)、水系、河名、站號，站名，站址位置、設立日期、所屬部門等。
② 水文(位)站基本信息
查詢水文(位)站的基本信息，如：測站類別(自動、人工、簡易等)、站號，站名，站址，經度，緯度，高程、設立日期等。
③ 工情基本信息
查詢堤防工程、水庫、山塘等的基本信息，如：建設地點、所在河流、集水面積、多年平均降雨量(徑流量)、設計洪水位(流量)、庫容、壩頂高程等。
④ 災害點基本信息
查詢災害點的基本信息，如：地理、地質、氣候特點、人口密度、基礎設施、災害頻繁程度等。
(7)水雨情信息查詢
通過對系統數據庫的訪問，可以實現各小流域、中小型水庫水位、流量實時監測信息、歷史資料信息查詢，為預報決策提供歷史資料對比分析?？梢詫崿F單站、多站實時或者歷史水雨情圖形化查詢。具體包括：水文(水位)站雨量、水位(流量)實時和歷史資料查詢(包括日平均水位/流量、月水位/流量等)，以及降雨量統計表、降雨量圖等形式對雨量資料進行日、時段等綜合查詢。
(8)氣象信息查詢
將查詢數據庫得到的氣象信息顯示給用戶，主要包括：中央氣象臺、省氣象臺和臨近省氣象臺、本地市(縣)氣象臺發布的當日天氣預報(文字、圖、表)，衛星云圖信息(圖片)、多普勒雷達測雨信息、臺風警報信息等。
(9)工情信息查詢
工情信息主要包括：堤防、水庫的各種特征值、工程圖、工程指標、工程運行狀況等數據;水庫運行狀況的實時信息，如閘門開度、大壩安全狀況，溢洪道、泄洪洞、輸水洞流量，水庫、山塘水位狀況(流量)、水庫調度方案等。堤防主要信息有各斷面水位、堤防安全狀況、出險情況及類型?？梢詫崿F單站、多站實時和歷史工情信息和運行參數的查詢。
(10)經濟社會狀況及災情信息查詢
山洪災害監測區域經濟社會指標：村鎮分布、人口分布、固定資產、重要設施、GDP等。
直接總經濟損失：受災范圍，受災人口，受淹城市，倒塌房屋，死亡人口等。
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工業、交通運輸業直接經濟損失：停產工礦企業(個)，鐵路、公路中斷(條次)、毀壞路基(面)(千米)，毀壞輸電線路，毀壞通訊線路(千米)等。
水利設施直接經濟損失：毀壞水庫，水庫跨壩，毀壞堤防、護岸、水閘，沖毀塘壩，毀壞灌溉設施，毀壞機電井、水電站、機電泵站，毀壞雨量站、水文測站。
農林牧漁業直接經濟損失：農作物受災面積，農作物成災面積，農作物絕收面積，減少糧食，死亡大牲畜，水產養殖損失等。
(11)數據的輸出保存打印
查詢系統具有信息輸出和表現功能，除具備基礎信息、水雨情信息、工情、災情統計分析信息的數據輸出外，還具備表、文字、圖形的輸出和保存以及打印功能。
4.2.2預報決策子系統
預報決策子系統為各省級、市級或縣級山洪災害防御指揮部門進行山洪災害預警提供依據。預報決策子系統包括水雨情分析預報、預警信息生成、維護及管理等3個模塊。
預報決策子系統主要功能有： (1)水雨情分析預報模塊
結合實時水雨情、氣象預報信息，根據水雨情分析預報模型，對小流域、中小水庫水位、流量進行預測，并輸出預測結果(文字、表格或圖形)。
(2)預警信息生成模塊
根據預報成果及預警指標實時編制預警信息，并及時將預警信息發送至預警平臺。
(3)維護和管理模塊
該模塊可以對整個系統的內容進行添加和刪除，具有控制系統權限的功能。本模塊為系統維護管理提供工具。 4.2.3預警子系統
預警子系統是在監測信息采集及預報分析決策的基礎上，根據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域，使接收預警區域人員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。
在建立了基于平臺的山洪災害防御預警系統的地區，預警信息由該系統的預報決策子系統制作。根據平臺設立的防汛指揮部門的級別不同，分為平臺設立在
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縣級、市級防汛部門兩種情況?？h級防汛指揮部門獲取發布的預警信息，各鄉(鎮)政府接收縣級防汛部門發布或下發的預警信息，傳輸給村、組、戶。緊急情況下縣級防汛部門可直接對村、組發布的預警信息。
群測群防預警信息的獲取來自縣、鄉(鎮)、村或監測點。由監測人員根據山洪災害防御培訓宣傳掌握的經驗、技術和監測設施觀測信息，發布預警信息?？h級防汛指揮部門接收群測群防監測點、鄉(鎮)、村的預警信息，逐級發布。各鄉(鎮)政府除接收縣防汛部門發布或下發的預警信息，還接受群測群防監測點、村和水庫、山塘監測點的預警信息。村、組接受上級部門和群測群防監測點、水庫、山塘監測點的預警信息。
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4.3群策群防組織體系
由于山洪災害突發性強，從降雨到發生災害之間的時間短，且往往在災害發生時斷電、斷路、斷信號，因此群測群防尤為重要。群測群防組織體系為建立縣、鄉(鎮)、村、組、戶五級山洪災害防御責任制體系，群測群防組織指揮機構主要在縣、鄉(鎮)、村一級建立。
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5土建工程
遙測站自動實時采集、存儲降雨量和水位等數據，并進行信道編碼和信號調制，自動發送實時采集的雨、水情等信息，并可人工置數，具備增量自報、定時自報功能，重要的遙測站具備自報兼查詢應答功能。
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5.1雨量站
5.1.1簡易雨量站
簡易雨量站按照《降水量觀測規范》SL21-2006規定，主要配置直徑200毫米的漏斗、放置于200毫升玻璃筒上，并固定于預制砼基塊上(簡易雨量器見示意圖)。為直觀和方便地觀測雨量，承水器皿采用透明裝置，并根據降雨的臨界值或降雨強度，在承水器皿外進行劃分或標注明顯的預警標志線。
簡易雨量觀測器
5.1.2自動雨量站
自動雨量站是水雨情監測系統中數量最多、分布最廣的遙測站。單個遙測站的土建工作量不大，占地面積小，但分布廣，各建站地點的環境條件差異大.土建的設計應結合具體情況、因地制宜地作出設計方案。
一、自動雨量站位置的選擇
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自動雨量站的位置在站網論證基礎上經無線電通信電路測試后確定。一般情況下，要選擇交通方便有人居住的村屯、城鎮，做到“無人值守，有人看管”，確保雨量站設施不遭受人為破壞.必須設立雨量站，而又無人居住的地點，也需要委托較近的居民看護。
在農村選擇自動雨量站點時，應注意以下幾點： (1)滿足建站目的及要求。 (2)滿足通信要求。
(3)選擇建站地點的人家有條件且愿意承擔看護任務。 (4)選擇建站的庭院應開闊，無高大房屋、樹木。
(5)選擇在居民區有一定社會地位、受人尊敬的人家，這樣雨量站不宜被人破壞。
(6)選擇的居民家近年沒有較大的遷移規劃。
二、自動雨量站的結構型式
自動雨量站多設在平坦、開闊的庭院中，周圍遠離樹木、房屋，雨量計周圍設有圍欄，以防止家畜，家禽或人為的損壞。有條件的也可在樓房或平房的平頂上直接設立，省去很多土建工作，還較安全，受周圍的環境影響也較小。
自動雨量站一般應符合氣象站安裝要求。由于屬于專用站，一般不參加資料整編、刊印，在安裝高度上常因地制宜.國內已建的雨量站，有的直接坐落在地面的平臺上，有的坐落在乎頂房的屋頂，有的被支撐物垂直支撐在空中，有的旁側懸臂支撐在空中。近年的遙測雨量站大都為全密封鋁合金筒式結構，甚至有的雨量筒大部采用全電磁屏蔽、全密封鋁合金法拉第筒結構，全面實現環境(雷電，高低溫、高濕、臺風)防護，還可省去站房建設、鐵塔和地網敷設費用。將雨量傳感器、天線安裝房屋頂上時，遙測儀可掛在房屋中的墻上，這樣既降低了土建造價，也解決了看護問題。國內巳建的測報系統中，自動雨量站大都采用上述形式。法拉第筒不需要做地線，也不需要做絕緣支撐，占地面積小，適應全天候工作條件。所選用設備均適用于野外惡劣環境工作，按無人值守連續運行設計。有的正常運行已超過10年。如果以上條件不具備，須單獨建造站房時，站房面積約4m2，凈高大于3m，平頂，太陽能電池板、雨量計裝在房頂。天線高度按電路設計報告布設，地網接地電阻應小于10Ω。站房應防潮(百葉窗)，屋頂防囂，周圍排水通暢，設鐵皮門、暗鎖，防止老鼠出入。雨量站站房除應預留太陽能電池板進線孔外，還應預留雨量計信號線的進線孔。 測站站房還可利用原有房屋改建，也可采用架空高架方式，應按具體情況和要求靈活處理。
三、雨量計的安裝設計
雨量計坐落在地面或屋頂，可預先將雨量計安裝底座用混凝土澆筑好.在站
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房頂上安裝雨量計時，要求房頂能滿足安裝尺寸和承載能力，并在雨量計上方35°的仰角范圍內無遮擋物。遙測雨量站采用立筒式，筒式站房為鋁合金密封結構，直徑0.3m，高度2.0m，將遙測終端設備放在筒的底部，筒內底部溫度比較穩定，可延長設備使用壽命，適合野外長期工作。筒式站房施工中，基礎挖好后，澆筑混凝土，將筒埋深1m，回填后找平夯實即可。
雨量計應和太陽能電池板相隔一定的距離，防止雨水從太陽能電池板上濺人雨量計的盛雨口內。
雨量傳感器和太陽能板
安裝示意圖
四、太陽能電池板的安裝
太陽能電池板的受光應向南，周圍應無高大建筑、樹木、電桿等遮光物。鋁合金法拉第筒可直接將太陽能電池板固定在筒的外面或將其固定在鐵塔或塔桿上。
五、避雷針的設計
(1)安裝天線的鐵塔應裝置避雷針，避雷針、鐵塔、地網之間應焊接可靠。
(2)避雷針上端應加工成針尖形，以利尖端放電，井作鍍鋅 筒式自動雨量站施工示意圖 處理。
(3)避雷針的最高點應比天線
頂端高出3—5m。
(4)避雷針的保護角為35°，設備和天饋線應在避雷針的保護范圍內。
六、自動雨量站天線鐵塔土建施工
雨量站必須設立通信鐵塔時，鐵塔的高度由通信電路測試決定.但雨量站的
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通信鐵塔相對較低，一般不超6m。因而，其結構和形式宜筒化，鐵塔與站房 間距不宜過遠，應在防雷保護角之內。6m通信塔的施工要求如下： (1)塔桿用鋼管焊制，設避雷地線。
(2)塔基礎挖深一般大1.2m;基礎應先挖好基坑，找平夯實再打墊層，然后澆筑基礎;基礎采用高標號混凝土澆筑。
(3)基礎回填土應分層夯實，夯實后的土容重不得小于1.6t/m3.6m桿塔結構及摹礎示意圖如圖所示。
6m通信塔示意圖
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5.2水位站
5.2.1簡易水位站
簡易監測水位站是在溪河岸邊、水庫壩前設立便于監測的直立、斜坡式水尺; 對于無條件設立水尺的監測站，可在水流岸邊較近的固定建筑物或巖石上標注水位刻度，以方便監測員直接讀數。
水尺的刻度必須清晰,數字必須清楚且大小適宜,數字的下邊緣應放在靠近相應的刻度處?？潭让鎸挷粦∮?cm?？潭?、數字、底板的色彩對比應鮮明，且不易褪色，不易剝落。最小刻度為1cm，誤差不大于0.5mm，當水尺長度在0.5m以下時，累積誤差不得超過0.5mm，當水尺長度在0.5m 以上時，累積誤差不得超過該段長度的 1%。
直立式水尺的水尺板應固定在垂直的靠樁上，靠樁宜做流線型，靠樁可用型鋼、鐵管或鋼筋混凝土等材料做成，或可用直徑10~20cm 的木樁做成。當采用木質靠樁時，表面應作防腐處理。安裝時，應將靠樁澆注在穩固的巖石或水泥護坡上，或直接將靠樁打入，或埋設至河底。 有條件的測站，可將水尺刻度直接刻繪或將水尺板安裝在阻水作用小的堅固巖石上，或混凝土塊石的河岸、橋梁、水工建筑物上。
5.2.2自動水位站
自動水位站主要的土建內容為;站房、鐵塔及基礎。
一、浮子式水位計
采用浮于式水位計，水位站要建測井。其設計標準，應視測站重要性而定.有堤防的自動水位站的設計標準一般應高于堤防的設計標準;大扛大河干流水位站
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一般可按百年一遇水位設計，支流按50年一遇設計，在沖淤變化大的河道上應考慮一定水平年后河道的沖淤幅度。
測井的具體形式應根據擬建站地點和地形特點、防護要求，可建成島式、岸式、島岸結合式。 1 測井
(1) 水位井的設計符合 GB/T50138-2010《水位觀測標準》中的有關規定。 (2)測井不應干擾水流的流態，測井截面可建成圓形或橢圓形。 (3) 井壁必須垂直，井底應低于設計最低水位0.5---1.0m，測井口應高于設計最高水位0.5---1.0m。
(4)測井井底及進水管應設防淤和清淤設施，臥式進水管可在入水口建筑沙池。測井及進水管應定期清淤泥沙。多沙河流測井應設在經常流水處，并在測井下部上下游兩測開防淤對流孔。
(5) 測井可用金屬、鋼筋混凝土、磚或其他適宜材料建成。
(6)測井截面應能容納浮子隨水位自由升降，浮子與井壁應有5---10cm間隙。水位滯后不宜超過1cm，測井內外含沙量差異引起的水位差不宜超過1cm，并使測井具有一定的削弱波浪的性能。
(7)水位井用于安裝水位傳感器。 (浮子式水位傳感器的外形見示意圖) 根據浮子式傳感器的使用要求，井房面 積應不小于2m2，并具有通風孔和進線絲繩要平滑垂直放置，以防互相纏繞。
這樣，方能保證傳感器測試的準確性。具體可參考示意圖。
(8)井房底板可選用能拆裝木板，其厚度為3--6cm左右(或其它設施)。井房的設計應便于水位計的安裝與維護。
(9)井房距遙測站房的距離不應大于200m，信號線應做架空或埋地處理。 (10)如水位站同時兼做雨量站(即同時安裝雨量傳感器)，則應將水位井房頂做成平頂房，并且應留有雨量傳感器安裝固定件。
根據國內已建測報系統的運行實踐，遙測站和中繼站的站房僅需滿足安置通信、電源、傳感器等室內設備的要求，使用面積不宜大于5m2。
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重錘
浮子(根據不同需要選擇不同的浮子和重錘)
浮子式水位傳感器外形圖
輪
盤
水位傳計數器
孔，測井內直徑不得小于0.3m，安裝時浮子和重錘的外壁要離井壁最少0.1m，鋼山洪災害監測預警系統設計方案
水位測井的設計，結冰河流要考慮冬季的凍脹、流冰期冰塊的撞擊，同時也要考慮大洪水的沖刷、淘空和漂浮物的撞擊，主體要堅固，基礎必須在沖刷層和凍土層以下，有條件時基礎應與基巖連接，水位井平臺在設計過程中應盡可能與堤防護坡等水利工程相結合。
井身可建成圓形或矩形，但有效截面積一般不小于600mmX 600mm，水位井筒內壁要垂直、光滑.最好用鋼筋混凝土建成，為節省投資，也可根據浮于大小選用相應的工業管材，如鋼管、PVC塑料管、混握土預制管等。
進水口尺寸大小應能起到一定的水流控制作用，既保持井內水位在各種水流情況下與河水水位相同，防止井內水位的滯后作用，又能減小波浪引起的測井內水位的波動.一般進水口的截面積不應小于測井截面積的1%。對于水流條件復雜，而又要求測量精度高的測井，進水管長度、截面積以及進水管的形狀與水流方向的夾角等可通過水工模型實驗確定。
測井結構要牢固，防淤、防浪、抗凍.在含抄量較大的河流上建設自記水位測井，測井與進水口之間應設沉沙池，每次洪水過后最好檢查一次，定期清除泥沙。目前，國內已建的遙測站大多采用棍凝土、磚砌或石砌，有的采用預制混凝土管，有的采用鋼管，可謂不拘一格，多種多樣。 2 站房
站房與水位井的相對位置關系一般有：地面井口直接建房、在測井上建儀器室站房、測井各自獨立設置等三種。
如果水位井建于站房內，站房面積一般約為6mz。
只要條件許可，應將水位井和站房合二為一，這樣可避免長距離鋪設水位信號線，減少信號的干擾，降低土建費用，也便于以后的管理和維修。
測站站房還可利用原有的房屋改建，也可采用架空高架方式，應按具體情況和要求靈活處理。
站房建在水位測井上的站房面積、形式，取決于水位測井的形式及材料。如果水位測井采用鋼管，為節省投資，站房可僅用于放置儀器，此時儀器室(站房)面積較小，能滿足儀器設備放置的足夠空間即可，人不必進入，儀器設備的安裝調試，運行維護人員站在井體外面的梯子上進行。儀器室可建成圓形、方形或其他形式。如果水位井采用磚砌或預制混凝土管，其結構和上部空間具備建設站房條件，應建設一儀器室站房，既為后期的運行帶來了方便，也很美觀。
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第17頁 山洪災害監測預警系統設計方案
8m高水位測井示意圖
3 鐵塔(或桿塔) 如天線掛高要求較低，站房頂上有足夠位置并能承受塔的重量，可直接在房頂上架設一塔桿，除此之外，均應在地面建鐵塔。
天線塔應建在站房的背面，兩者適當靠近，既做到縮短饋線，減少饋線損耗，又不至于因距離太近，使人可以順著天線塔爬到站房頂上，造成遙測設備破壞。
天線堵與站房間距離超過5m時，應在兩者之間架設鋼絲，用于懸掛饋線。 如果測井和站房相距較遠，水位信號線應加鐵套管并埋人地下引入站房，鐵管應接地良好，并每隔10m或在拐彎處建造連接井。
鐵塔的高度由通信設計決定。一般情況下，沒有必要因一個獨立的遙測水位站建設一個超過6m以上的鐵塔。鐵塔太高，其造價會成倍增長，運輸、安裝都帶來一系列問題。
二、非接觸式
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第18頁 山洪災害監測預警系統設計方案
采用浮子式水位計的遙測站土建工作量主要為測井的工作量，而采用非接觸式遙測水位計的測站可省去測井，感應探頭懸掛在空中，不接觸水面，通過超聲波探測水面的高度.非接觸式特別適宜于含沙量大，水面漂浮物多的河流，或因各種原因采用浮子式較困難的河流。非接觸式遙測水位計可用于監測各種水體，如人工水渠、水庫水位、河道水位等。近年來，黃河上新建的遙測水位站大多采用非接觸式。
非接觸式雖然省去了在水中建水位井的麻煩，但地面上需建傳感器支撐鐵塔或整體灌注樁形式支架。
非接觸式超聲波水位計，該水位計的傳感器安裝高度要求超過歷史最高水位，主河道水位計及傳感器安裝架設需建傳感器支撐鐵塔或整體灌注樁型式。如用鐵塔可在底部打基礎樁，上部建三角鐵塔(或四角塔)，在塔的中部(或頂部)設計一個儀器百葉箱，其體積為450mmX500mmX400mm，既要通風透氣，又要防雨，防冰雹.頂蓋上安裝太陽能電池板，另外橫向伸出一個相應長度(如3~4m)的橫桿作為固定傳感器之用。塔頂伸出一個高于天線5m的避雷針，使天線及傳感器位于避雷針的保護區之內。避雷針地線接地電阻小于5～10Ω。
如果安裝架采用全灌注樁型式，基礎可加大、加深，上部要細(可根據當地的水流條件、沖刷要求決定深度和尺寸大小，如底部埋入地下3～5m，直徑為80—lOOcm，上部薄徑為40cm即可。儀器箱及伸出去的橫桿同上，避雷措施也同上。
另一種安裝型式為島式鋼管和岸邊鋼塔式，在岸坡緩、支架伸出去較遠時可采用島式鋼管，坡度較陡時采用岸邊鋼塔形式。
5.3中繼站
超短波通信屬視距通信，由于受地形的影響，遙測站的信息不能直接到達中心站時，就需建設中繼站，用以傳遞信息。
一般情況下，一個中繼站應連接幾個或十幾個遙測站，因此，如中繼站運行不正常，將直接影響遙測站的信息傳遞，有時甚至使整個系統癱瘓;同時，中繼站的工作環境相對遙測站來講較為惡劣，一般沒有人看護，其土建的設計既要防止自然因素的破壞，又要防止人為因素的破壞。
中繼站的位置，鐵塔高度，由無線電通信電路測試結果決定。 中繼站的土建項目主要有：站房、鐵塔及基礎、防雷接地等。
一般情況下，中繼站位置高，地理位置偏僻，交通不便，且土建的工作量與遙測站相比較大，在中繼站選擇、設計和建設中應盡可能利用當地已有的土建設施，或略作改造利用，以減小工作量，降低投資。必需建設的中繼站，要進行土建設計。
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中繼站多建在高山頂上，環境惡劣，遭雷擊的可能性大，避雷要求高，最好采用環行地網，接地電阻小于10Ω，天線鐵塔(或桿塔)上應安裝避雷針.對于石山，由于山頂上土層薄，接地電阻很難降下來，可考慮埋放降阻劑并蓋土夯實，或將地網用鋼筋焊接至背陰墟土層較厚處，或采用降阻模塊方式，使接地電阻低于規范要求的10Ω。特別需要注意的是，除接地外，其他各個環節都要注意采取防雷措施，包括天線、電源等。由于中繼站設在高山頂上，土層薄，易干旱，防雷困難，實踐證明，雷擊是系統故障的重要原因。
一、通信塔
天線掛高較低，中繼站站房頂上有足夠位置并能承受塔的重量時，可直接在房頂上架設一個小鐵塔，除此之外，均應在地面建鐵塔。
雖然電路設計只要求較低的掛高，但從地面架設的鐵塔不宜低于6m。較高的天線塔上應架設安裝平臺，平臺的有效直徑大于1.2m，護欄高o0.8m.鐵塔本身作為雷電載流體，要求每節鐵塔連接處除用螺栓連接外，還須焊接在一起。
鐵塔的建筑材料一般采用鋼管、工字鋼、三角鋼、鋼筋等制作，鋼塔的截面有三角形、四邊形，應根據當地材料、塔高、基礎的物理特性選擇。鐵塔基礎在設計前應進行必要的物探工作，以探明其地質特性，在此基礎上確定基礎的開挖深度、避雷接地措施.以12m鋼塔為例，其施工的設計要求如下：
(1)天線塔基礎挖深2m或挖到基巖。
(2)應先挖好基坑，找平夯實再打墊層，然后采用高標號混凝土澆筑基礎;基礎頂面必須保持水平。
(3)基礎回填土，應分層夯實，夯實后的土容重不得小于1.6t/m3。 (4)鋼塔基礎設鋼筋網架，并預留法蘭盤及螺絲頭，以便與鐵塔連接。 (5)鋼塔用鋼筋焊接，底部焊接法蘭盤，使之與鋼塔基礎法蘭盤及螺絲頭能夠對接。
(6)鋼塔均設避雷地線，12m鋼塔要求地線鋼筋長度為12m(3根)。 (7)鋼塔設防盜平臺，平臺厚板焊制，井留供上下通過的鋼門，門由底部向上推開，在下部上鎖并加防雨膠布。平臺用支撐桿支撐。
二、站房
由于中繼站設備體積較小，一般情況下，在鋼塔上如防盜平臺上設置一個儀器箱即可滿足要求，既節省了土建工作量，也減少了在地面上建站房遭受人為破壞的幾率。
確需在地面上建設中繼站房的，可用磚混結構，房頂為平頂，做好防水處理，屋槽伸出墻外0.5m。東西兩面墻上各開一個窗戶，井以鋼或鐵板制成百葉窗牢牢地固定在窗口，既可防雨，又可防盜，東西墻根稍上處各安裝一個鐵質透氣彎管。
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12m通信塔及基礎示意圖
直管應做到外低內高，以防雨水進入.所有通風口的房內一側都要加蓋鐵絲網，以防蟲、鼠等侵入。
天線塔與站房應適當靠近，既做到縮短饋線，減少饋線損耗，又要防止因距離太近，人可以順著天線塔爬到站房頂上，從而對遙測設備造成破壞。
天線塔與站房間相距超過5m時，應在兩者之間架設鋼絲，用于懸掛饋線。 中繼站站房在靠近天線塔側的墻上應留有進線孔，還要預留太陽能電池板線的進線孔。在設備安裝時，持進線穿好后，注童把余隙堵牢，防止雨水順電線流人屋內。中繼站站房內應配備一工作臺，便于設備的放置。
為安全起見，設在野外的中繼站站房應采用隱式電子鎖，不采用外掛的掛鎖或彈子鎖;采用鋼板結構門.對于盜竊和人為破壞嚴重的地點，也可采用雙層結
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第21頁 山洪災害監測預警系統設計方案
構，一層、二層和房頂在房內建樓梯上下連通，并分別加蓋鐵門，這樣可有效防止對遙測設備特別是安裝在室外的設備的破壞。
三、避雷針的設計
(1)安裝天線的鐵塔應裝置避雷針，避雷針、鐵塔、地網之間應焊接可靠。 (2)避雷針上端應加工成針尖形，以利尖端放電，并作鍍鋅處理。 (3)避雷針的最高點應比天線頂端高出3～5m。
(4)避雷針的保護角為35°，站房和站房頂上的設備應在避雷針的保護范圍內，如達不到這一要求，應單獨設立避雷針。
四、接地體設計
為了使系統具有較好的防雷性能，地網設計一般按以下步驟進行： (1)用四極接地法測試各地土壤電阻率。
(2)根據要求的接地電阻，計算出接地網面積和接地體總長度。
(3)復合接地網中，為了減少相鄰接地體的屏蔽作用，水平接地體間距和垂直接地體間距均應大于5m。
5.4中心站
中心站土建主要有：中心站房建設、站房裝修、中心站鐵塔建設。中心站土建設計應盡可能利用現有設施，以減少投資。由于中心站的位置一般由業主單位選擇，站房一般情況下不必單獨建設，但現有站房大多不能滿足要求，需對中心站進行改造和裝修.業主單位因通信、防汛等工作需要，一般在中心站附近有高架鐵塔可以利用.如不能滿足要求，一般在房頂上設置一個不超過6m的塔桿就能滿足要求。
中心站房可按計算機室標準建設，接地電阻應小于5Ω;電源應根據不同設備設置相應的電氣開關，如空調機、電池充電機、UPS、網絡服務器等，可分別設置交流電三相電源、蓄電池組等;室內要防塵、防潮，室溫在20℃左右;不安裝產生電磁于擾的設備，遠離工業干擾源：宜采用靜電地板或墻壁貼墻紙，鋪設地板時各種電線、電纜線要預先計劃好，排在地板下面，避雷針必須高于天線頂端5m以上。
中心站用房一般包括機房、辦公室、值班人員休息室、電源室、維修室等，一般不超過120m2。機房使用面積可按通信設備、計算機、打印機、繪圖儀以及其他輔助設備面積綜合的8--12倍計算，若計算值小于20m2，可采用20m2.為使計算機等有關設備能長期穩定地工作，延長使用壽命，在機房內應有防火、防靜電和溫濕度調節等設施。
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(1)計算機配電系統。供電系統耍有足夠的容量，以滿足系統耗電量的要求和系統擴充的需要，計算機供電分為兩個部分：一是計算機設備供電系統，要保證計算機設備的可靠運行;二是為其他用電設備如空調設備、動力設備、照明設備等供配電的系統，稱為機房輔助供電系統.機房輔助供電設備(空調等供電設備)與計算機設備應分開供電。
(2)空調系統。在機房內應使用可靠的空調設備，能提供適當的過濾加濕、解潮、空氣流通等，以保證機房內的最佳操作環境。
(3)地板。為計算機房內的電源、電話、通信器材、空調的管路提供靈活的使用空間，應選擇有表面抗靜電的地板，盡可能使用高性能材料，地板的任何一部分必須能支撐設備重量，所有的吊頂、地板都應考慮到金屬屏蔽。
(4)接地系統。為防止地回路的形成，計算機與設備要很好地隔離，禁止兩地共用，各自有自己獨立的接地系統。
接地系統包括：①交流保護接地，小于4Ω;②安全保護接地，小于lΩ;③防雷保護接地，小于4Ω。
(5)防火、報警、滅火系統。要裝有適當的防火、報警、滅火裝置，地面，吊頂、墻壁應使用耐火的非燃性材料等。
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氣象災害應急預警系統范文第2篇
近年來焦作市氣象災害呈現種類多、范圍廣、強度大的特征, 氣象災害每年造成的直接經濟損失占GDP的3-6% 左右, 利用科技手段防災減災, 已經成為各級政府的重要施政內容。為此建設焦作市氣象災害預警系統實現農村氣象災害預警信息發布的快速響應, 解決氣象預警信息傳遞“最后一公里”問題, 達到最大限度防災減災的目的。
1焦作概況及主要氣象災害
焦作市位于河南省西北部, 北依太行與山西省接壤, 南臨黃河與鄭州相望, 地勢北高南低, 地形變化較大, 地貌類型多樣, 分為山地、丘陵、平原三部分。焦作屬暖溫帶大陸性季風型氣候, 年平均氣溫15.6℃, 年平均降雨量為551.4mm, 年平均風速2.0m/s, 無霜期220~240d, 全市共103 個鄉鎮辦事處, 1826 個村 (居) 民委員會, 常住人口352.7 萬人。幾種主要災害性天氣有:干旱、雨澇、連陰雨、寒潮、大風、干熱風。
1.1 干旱
干旱是區內最主要的自然災害之一, 出現次數多, 危害面積大。常見的有春旱、伏旱和冬旱, 其中春旱、伏旱出現次數最多, 冬旱次之。春旱多出現在3 月上旬和4 月中旬, 總降水量小雨30mm, 且多年連年出現, 間隔周期短, 危害越冬作物的正常發育, 影響春播。1995 年春旱, 8 萬hm2農田受災, 9.4 萬人和6 萬頭牲畜飲水困難;1996 年春寒, 5 萬hm2農作物受災, 7.4萬人和3.7 萬頭牲畜飲水困難。伏旱一般7、8 月份出現, 總降水量小于30mm, 嚴重影響秋作物生長。1987 年伏旱, 受災面積15 萬hm2, 2.7 萬hm2農田減產80%或絕收。
1.2 洪澇
洪澇包括春澇, 初夏澇、夏澇和秋澇等。保護區洪澇以內澇為主, 夏、秋澇發生次數最多。其中夏澇發生最為頻繁, 危害嚴重, 平均2a一遇;秋澇陰雨連綿, 造成澇災, 影響小麥的適時播種, 平均3 ~ 4a一遇。
1.3 雷暴
夏秋之交, 雷電常見, 往往伴隨著狂風暴雨, 造成山洪暴發, 毀田壞屋。最早的雷暴雨發生于2 月, 最晚10 月, 全年7 月份最多, 8 月次之, 曾發生過雷電擊死人畜現象。
1.4 風災
焦作的大風, 東部多于西部。 全是年均大于17m/s的大風日數為6.3d, 最多的一年有40 個大風日。全年大風以4 ~ 7 月份最多, 9 ~ 10 月份最少。1988 年7 月21 日, 修武縣遭受大風襲擊, 農作物受災8900hm2, 毀壞高低壓電線桿255 根, 毀壞民房254 間, 重傷2 人;1989 年6 月29 日, 溫縣遭受大風襲擊, 損壞樹木2 萬余棵, 電桿80 多根, 毀壞民房180 余間, 死亡2 人, 重傷9 人。
1.5 冰雹
冰雹是焦作最嚴重的自然災害之一, 降雹時常伴隨狂風暴雨, 時間短, 危害大。焦作是河南的冰雹集中區, 年均0.5 次, 一般出現在5 ~ 9 月份, 6 月份最多, 占36% 以上, 5、7 月份次之, 各占18%。每次降雹時間一般5 ~ 15min, 雹粒直徑1 ~ 3cm居多, 最大直徑5cm;重量一般在0.5 ~ 2g, 最重的曾超過60g。
1.6 寒潮
秋末開始, 由于強冷空氣南下, 氣溫急劇下降, 形成寒潮。1959~2010 年, 焦作市共出現寒潮90 次。最早出現在10 月下旬, 最晚出現在次年4 月上旬, 以11 月和3 月出現次數最多。寒潮過后氣溫急劇下降, 會影響農作物的返青和正常生長。
1.7 干熱風
焦作的干熱風因高溫低濕并伴隨強風而形成, 近70% 發生于5、6 月之交的幾天, 時值小麥灌漿、乳熟期, 干熱風會使小麥青干枯死, 影響產量和品質。干熱風平均每年兩次左右, 輕重程度不同。
2焦作氣象災害預警發布系統介紹
2.1 本系統遵循“先進科學、穩定可靠、方便擴展、經濟適用、安全保密”的原則進行設計
主要采用虛擬數據網、GPRS無線網、UTP/Gn接入、嵌入式文語轉換、LED顯示控制等技術, 由氣象災害信息發布平臺和預警語音信息終端、無線電子顯示屏構成, 可滿足氣象、農業、科技等多種信息及時、快速、準確發布的需要。
預警終端和發布平臺通過預警中心路由器直接進行聯絡、傳輸數據, 也可通過GPRS服務器來進行數據轉發。中心交換機還須和氣象臺交換機進行連通, 氣象臺將天氣預報、預警等信息數據上傳到預警中心文件服務器上, 供預警發布平臺使用。
2.2 預警信息發布平臺
需完成自動氣象站數據采集發布、語音預警信息發布、電子顯示屏預警信息發布、短信預警發布, 操作以方便、簡潔、高效為目標, 既充分體現快速反應的特點, 又能便于操作人員進行信息設置、發布和廣播。
對于預警發布實行權限管理, 對于網絡傳輸采用數據APN專網, 完全與外網隔離, 確保系統使用安全可靠, 杜絕非法侵入盜用平臺宣傳。
2.3 語音預警終端
也稱作“氣象大喇叭”, 接收終端將接收到的文字信息自動轉化為語音, 通過高音喇叭播報出去。
播報次數可設置, 系統默認3 次。驅動大喇叭功放的電源通常是關閉狀態。當接收終端接收到有效信息時, 自動把電源打開。
用手機或固定電話撥打接收終端號碼, 可以將語音通話通過喇叭實時播報出去。該終端不影響原有話筒進行人工語音播報。
支持GPRS/SMS雙模接收信息, 系統支持大容量信息接收, 一條短信最長可達350 個漢字。通過GPRS傳遞的文本信息則無字數限制, 發布信息前可進行試聽。
為了確保信息接收發布的正確性, 避免垃圾信息侵入, 系統設置了發布人 (含信息平臺) 號碼授權。只有已授權的電話號碼 (含信息平臺) 發布的信息, 接收終端才會接收和播報。對于未授權的號碼發來的信息, 接收終端將拒絕接收, 設備設計有防雷電路。
2.4 電子顯示屏預警終端
實時顯示自動氣象站采集的數據, 發送的數據可以設置每分鐘或2min、5min發送一次。當接收到氣象災害預警信息時, 大屏就會立即切換顯示預警信息。
為滿足戶外使用, 預警顯示屏系統支持箱體溫度、濕度檢測, 支持屏體亮度自動控制、電源硬關機、控制箱體風機等功能, 方便擴展, 系統支持信息個性化設置, 文字顏色、顯示速度、停留時間和多達40 種的顯示特效可以隨信息一起生效, 信息顯示人性化, 達到最好的顯示效果。
為保證信息接收的正確性, 避免垃圾信息的侵入, 保證公共信息發布的安全性, 系統設置了多重驗證措施:
授權號碼驗證:對授權發布人的信息可進行發布。
信息密碼驗證:對密碼正確的信息可進行發布。
發布有效期驗證:對有效期內的信息可進行發布。
當信息接收成功后, 系統會自動給該屏的管理員發送回執。系統將成功接收到的預警信息和服務信息存入了自帶的大容量存儲器?？赏ㄟ^PC機對存儲器的數據進行調閱、導出和備份。實現了信息管理有據可查。
3結語
焦作市農村氣象災害預警系統正式運行后, 解決了廣大農村氣象預警信息傳遞“最后一公里”的問題, 擴大了氣象災害預警信息的公眾覆蓋面, 對氣象災害預警提前量達到2h以上, 對指導農民生產尤其是大棚蔬菜管理、山藥種植、冬小麥管理、畜牧養殖、經濟類作物銷售等起到了重要的參謀助手作用。
摘要：基于GPRS技術利用農村大喇叭和電子顯示屏組建焦作氣象災害預警信息發布系統, 解決氣象災害預警信息傳遞“最后一公里”問題, 焦作目前全市1826個村, 利用該系統僅需1min。
關鍵詞：GPRS技術,預警終端,農村大喇叭,電子顯示屏
參考文獻
氣象災害應急預警系統范文第3篇
1.應用背景
近年來，我國高速公路建設的發展非常迅速，自1988年建成我國第一條高速公路以來，到2007年底，我國高速公路通車里程接近4.5萬公里，繼續保持世界第二位，僅次于美國。根據《國家高速公路網規劃》，我國將用30年時間建設“七射九縱十八橫”的高速公路網，總里程將達到8.5萬公里，形成“首都連接省會、省會彼此相通、連接主要地市、覆蓋重要縣市”的高速公路網絡，連通全國所有重要的交通樞紐城市，包括鐵路樞紐67個、水路樞紐50個和公路樞紐140多個，將覆蓋10多億人口，直接服務區域的GDP占全國總量的85%以上高速公路的發展對國民經濟產生了越來越重要的影響。
但天氣條件的變化，特別是極端惡劣天氣條件，給高速公路的車輛行駛帶來了巨大的風險，不僅嚴重影響交通運輸，而且還造成國家財產和人民生命財產的嚴重損失。所以道路天氣條件監測是高速公路科學運營的一個重要依據，雨、雪、霧、積雪、結冰等情況對高速公路的運營都有直接的影響。氣象條件對交通的影響表現在很多方面。主要表現在改變路面的物理性質、觀察視線、車輛自身安全等方面。主要災害及影響有：
A、霧 霧主要通過降低能見度而引發交通事故。在我國大部分地區引起的惡性交通事故的天氣現象中，霧的影響最大。大霧特別是<50米的超低能見度的災害性濃霧是引起重大交通事故的重要原因，往往引起數輛甚至數十輛汽車的連續追尾。大霧常常造成重大車輛損失和人員傷亡，導致高速公路限速或關閉，延誤行車時間，造成巨大經濟損失。
B、降雨 降雨也是影響高速公路交通安全最常見的氣象要素，它使路面附著系數降低，導致汽車制動距離增加，易發生車輛側滑和控制失靈從而危及行車安全。同時降雨使能見度降低，司機視線模糊不清，導致駕駛失誤。此外，降雨過后，路面如有積水或干濕不一，路面摩擦系數不均，車輛制動性變差，從而引起交通事故。在山區，暴雨還常常引發山洪、山體塌方或泥石流，從而導致車輛被沖，橋梁垮塌，道路被毀;在平原和盆地，暴雨常常引發洪澇，導致道路被淹，交通受阻。
C、冰雪 冰雪與降雨一樣，漫天飛舞的大雪使能見度降低，而且一旦路面積雪被壓或是白天在陽光照射下融化，夜面路面降溫結冰，造成里面路面摩擦系數顯著降低，嚴重影響車輛的操作和制動性能，使控制失靈，車輛發生空轉、打滑或側滑，從而危及行車安全。
D、大風 大風對于車輛行駛阻力、能耗、抗側向傾翻及抗滑移性能都有很大影響，特別是側向大風對高箱、雙箱汽車的行駛影響尤甚。大風會引起沙塵暴、揚沙、吹雪、浮塵等天氣，影響高速公路能見度。大風易使路邊樹木、桿線類等折斷阻塞交通，易使塑料類、干草類、絲狀物類等漂移到路面上引起車輛打滑、失控;易使灰塵、揚沙、塵卷影響視線造成交通事故。
E、霜凍 公路路面有霜時，路面摩擦系數接近于雪面，雨后結冰同雪面結冰的物理性質一樣，從而引發交通事故。
F、高溫 高溫天氣同時受吸熱、摩擦及汽車尾氣等的影響，高速公路路面溫度比氣溫高得多，有時高達六七十攝氏度以上，汽車輪胎因此受熱，使胎內氣壓升高，長途高速行駛，極易引起"爆胎"。高溫直接影響司機的生理、心理和精神狀態，無空調車更易疲勞，注意力不集中甚至中署。
2005年7月，中國氣象局與交通部在北京簽署了《共同開展公路交通氣象預報工作備忘錄》，雙方將開展合作，建立科學高效的公路交通氣象信息預測、發布機制，向社會公眾提供準確、全面的公路氣象信息，避免公路交通延誤，減少惡劣天氣誘發交通事故。
中國華云技術開發公司作為中國氣象局探測設備龍頭企業，針對高速公路氣象環境監測的發展方向，開發研制出了一套適合我國高速公路氣象環境監測的實時監測系統??高速公路氣象監測及預警系統(HMWS)。目前已經成功在山東、河北、貴州等省的高速公路路段上建成，并成功投入使用。
2、高速公路氣象監測及預警系統(HMWS)系統功能及構成
2.1 系統功能
高速公路氣象監測及預警系統(HMWS)是充分利用現代科學技術，是專為交通氣象監測服務而特別設計的一套應用解決方案。它以能見度(霧)及道面狀況(路面溫度、積液深度、冰百分比等)監測為核心，并同時測量相關的基本氣象參數(溫度、濕度、降水量、風向、風速、氣壓等)。主要用于及時發現各路段及關鍵點的各種異常交通環境因素變化和氣象狀況，將數據信息及時傳送到高速公路氣象災害預警中心站，為氣象監測服務和交管部門提供實時的決策科學依據，并將實時氣象條件及氣象預警信息發送至路面信息顯示屏，為高速公路上行駛的車輛提供實時氣象信息和服務。
實踐證明，通過在高速公路道路監測工作中應用該系統，不僅可以提高氣象監測部門監測數據的專業性和監測要素的多樣性，而且可以極大提高交通管理部門應對突發天氣狀況(如大霧，大雪，暴雨等)決策的準確性并且提供預先實施交通疏導方案的數據依據，是氣象監測服務和交管部門工作的有力保障，有利于道路交通的安全性的進一步提高。
2.2高速公路氣象監測及預警系統(HMWS)組成
華云公司針對我國高速公路沿線氣象環境監測預警需求而開發的道路氣象環境災害預警系統，主要包括高速公路氣象與環境監測系統(HMS)，高速公路氣象災害預警發布系統(HMI)及高速公路氣象環境災害預警中心站(HMC)三
部分構成。其中高速公路氣象環境監測系統主要包括各種氣類型象要素監測自動站、高速公路沿線外部氣象站網數據及天氣預報信息輸入等部分構成，高速公路氣象災害預警發布系統主要包括道路電子警示牌及公眾媒體發布渠道構成;高速公路氣象環境災害預警中心站為整個系統的數據接收及發布控制中心。
3.高速公路氣象監測及預警系統(HMWS)系統設計原則
在我國，交通部門與氣象部門聯手展開了“公路氣象災害預報預警體系”的專項研究，形成了廣泛共識。綜合考慮我國國情和高速公路的發展趨勢，我國高速公路氣象環境監測在設計上側重考慮以下幾個方面：
A、氣象與交通行業信息共享平臺的建立
氣象行業背景場形勢與高速公路沿線氣象與環境要素的監測實況應該在一個統一的信息平臺下加以利用，以形成優勢互補。兩行業在網絡上構筑信息通道，以便實時導入國家基礎氣象臺站的實況資料和天氣預報信息，這兩部分信息將構成本系統的基礎信息之一。
B、靈活高效的公路沿線監測子站的布設
應在沿線相對均勻地布設一定數量的氣象環境綜合監測站作為數據基準參考站，所謂氣象環境綜合監測站就是要素相對比較全;所謂基準參考站就是要求該站的數據完整性、準確性相對比較高，以便今后對其進行沿線氣象環境特征的分析和研究。
應在霧多發地段加密布設能見度監測子站;在陰面容易結冰、低洼容易積水等地段加密布設路面狀況監測子站。此外，還應該布設一定的氣溫、地溫監測子站以便監測高溫。
應適當布設常規自動氣象站以強化沿線的氣象背景場信息。
高速公路沿線的攝像裝置、通信裝置是本系統的重要的、有益補充手段，能在許多特殊時刻發揮重要作用。
C、及時的災害實況及預警發布系統
應建立適合交通部門的短時預警模式，以氣象背景場和沿線實況為輸入，實時運算出交通氣象災害爆發幾率，并及時通過沿線電子警示牌和各種公眾媒體發布公路氣象災害情況和預警等級。
D、系統性與規范化
為了確保系統的有效性，實現基礎氣象信息的導入，必須遵守已形成的行業標準并簽訂共同遵守的規范，使系統能結合氣象部門和交通部門兩方面的優勢，共同為社會提供優質的交通氣象保障和服務?；A數據庫要求采用統一的數據結構規范模式，保證數據的統一性、完整性和有效性，做到數據采集制度化、信息形式標準化、信息內容系統化、信息儲存檔案化。以達到信息橫向、縱向貫通一致、數據共享的目的。
第二部分高速公路氣象信息監測站(HMS)
1. 高速公路氣象信息監測站整體介紹
高速公路氣象信息監測站能夠精確、及時地監測道路環境狀況，并且能夠與高管部門的其它監控子系統相結合，實現智能化的交通保障網絡系統，為高速公
路管理部門針對公路的開放、封閉、維修保障等決策提供了重要依據。該系統可對能見度、路面狀況、風向、風速、溫度、濕度、雨量等要素進行自動監測。高速公路氣象信息監測站功能特點：
全自動數據采集、傳輸及監控，可長期無人職守。
能夠在各種惡劣的環境下長期穩定運行。
監測項目全，能夠對霧、路面結冰、積雪等高速公路所需的各種監測要素進行實時監測。
采集處理核心單元采用具有國際先進水平的實時多任務嵌入式系統，能實現國外目前成熟產品的各種功能并可以根據用戶的要求進行系統定制。
該系統采集精度高，可靠性好，具有高度的智能化和靈活性。其性能價格比遠遠高于國外同類產品。
應用選配方式：
觀測要素：
能見度、路面等環境參數可任意增減組合，溫、濕、風、雨等氣象參數可根據需要選配。
傳感器接入方式：
模擬信號、數字信號、串行口等幾種接入方式。
供電選配：
提供交流、直流等多種供電方式。
通信選配：
可選配當前各種類型的通信接入設備，對有線、無線、短信等通信手段提供良好的接口，支持TCP/IP等協議。
可配接顯示屏
系統基本指標：
工作環境
溫度：-50℃～+50℃ 濕度：0～100% 時鐘精度
<0.03秒/天 25℃
(支持上位機自動校時)
防雷性能
氣象災害應急預警系統范文第4篇
關鍵詞：B/S,災害預警,氣象要素,水文要素
一、研究背景
近年來, 受全球變暖和人類活動的影響, 極端氣象災害事件, 尤其是強對流天氣明顯增多, 短時猛烈暴雨、雷暴大風、冰雹和強雷電等劇烈天氣現象日趨頻繁發生, 加上其發生發展表現出極大的突然性和不確定性, 給我國社會政治穩定, 經濟持續發展和人民生命財產安全等帶來了非常嚴重的危害。過去由于天氣、降雨觀測手段落后, 信息傳輸慢, 當遇到大暴雨發生時, 人們不能通過發布預報警報提前作好抗洪避險的準備, 只能被動救災。針對歷史水情和旱情, 為了獲得全面的信息, 需要去查詢各種分散的信息系統, 甚至是紙質的文檔資料。低效率的信息獲取方式必然延誤做出正確的決策的過程。
二、研究意義
隨著網絡技術的不斷應用, 各種氣象自動站和水文自動站提供觀測數據的及時性得到了保證。但各種相對獨立的信息系統使得各種氣象和水文信息難以共享, 有必要開發研制一套氣象和水文信息集成的綜
合查詢系統, 以適應自國家防洪抗旱的的需要。在發生重大氣象災害時, 政府需要來自各個部門的觀測數據以便作出正確的決策。這就要求具有統一提供降水、土壤水分、溫度、河道水情、水庫水情等信息的綜合查詢系統, 使得決策者能容易的獲得災情信息。
三、建設目標
本系統設計與實現目標是建設一個省級集成的, 具有現代化水平的氣象水文共享數據庫和綜合查詢系統, 實現氣象和水文各個要素的的集成并對外提供服務, 提供災害天氣報警功能。系統對氣象水文信息的實時采集、處理和存儲, 并配以圖表、文字以及聲音和視頻的多媒體和超文本方式進行數據展示, 看到實時的氣象水文的采集信息, 同時實現雨情、水情等背景和歷史資料, 并對各要素進行綜合分析, 對外提供天氣預報、預警等服務為決策支持提供完整的數據平臺、保證了數據的準確性和信息采集與發布的及時性, 并提升省級氣象部門的信息化水平。
四、系統功能概述
根據前述的系統需求, 系統包括數據集成、查詢、統計和報警功能, 以及系統管理功能。然而從人機界面表現形式方面來看, 如果將查詢和統計以及報警分開, 不符合日常使用習慣, 也不利于數據的全面展現。因此, 在劃分功能子系統時, 以各種氣象水文要素進行分類來構造系統模塊, 對模塊的可重復部分進行高度提取, 集中處理, 更加有利于系統的人機界面友好和系統的可重用性和健壯性。系統主要包括以下功能子系統如圖1所示。
4.1數據集成子系統
數據集成子系統的功能是將各個氣象自動站和水文測站的觀測數據文件收集整理并入庫。它具有定時操作, 全自動進行的特點, 根據子系統的各個組成部分的功能不同可將子系統劃分為3模塊。
1、程序控制模塊
這個模塊控制整個子系統的工作流程。首先從數據庫中讀取各個站點的連接參數, 然后連接各個站點, 獲取上傳文件后將其分類存放。而后對各個文件的信息進行提取并保存到數據庫。當所有站點的文件都處理完畢后, 控制程序按設定的參數休眠, 在休眠過程中, 模塊還要需要保持與數據庫的連接, 以免由于長期不讀取數據庫而導致數據庫連接關閉, 使得程序報錯。一定時間后, 程序再次啟動, 再重復此過程, 以此為循環, 從而完成每天的數據集成任務。
2、文件獲取模塊
此模塊從數據庫中獲取各個站點的文件路徑, 依次讀取, 取得相應的文件, 并將這些文件保存到本地路徑。
3、文件處理模塊
該模塊是本子系統的主要功能實現模塊。它對獲取的文件進行處理, 提取信息, 并將信息保存到數據庫。
對文件信息的提取, 首先對各個站點上傳的文件進行文件信息和格式的驗證, 保證此文件是正常的站點要素文件, 而后對文件中的關鍵信息進行分類提取, 即對各個文件進行解析, 將得到的信息保存到數據庫。在存入數據庫中時, 對每個文件的信息保存采用單獨的事務控制, 一旦出錯, 立即回滾, 保證此文件的信息保存的完整性。
4.2地面資料子系統
本子系統主要實現對地面氣象要素進行查詢和統計等功能。在結果展示中運用圖、表等多種形式展現數據, 且為各種查詢結果提供文本、表格或圖片等各種種類的下載方式。
4.3高空資料子系統
本子系統主要實現對高空氣象要素進行查詢等功能。在結果展示中運用圖、表等多種形式展現數據, 且為各種查詢結果提供文本、表格或圖片等各種種類的下載方式。
由于高空氣象資料的展現都要求以圖片的形式表示, 所選的氣象要素都將一起表現, 因此, 查詢的結果實際上是統計的結果。同時系統還應提供歷史圖片的查詢功能, 即查詢圖片一旦生成, 應該保存在數據庫中, 這樣避免了每次進行歷史查詢的時候重新進行數據構圖, 提高了查詢效率。
4.4雷達資料子系統
本子系統主要實現各種雷達拼圖的查詢顯示功能。各種拼圖數據根據用戶選擇的時間段進行提取。由于用戶選擇的查詢條件都是時間段, 因此符合條件的雷達拼圖為多張, 考慮到動態效果實現對網速造成的壓力, 系統對各張雷達拼圖以幻燈片的形式依次播放。系統還應提供圖片下載的功能。
4.5水文資料子系統
本子系統主要實現對水文要素進行查詢和統計等功能。在結果展示中運用圖、表等多種形式展現數據, 且為各種查詢結果提供文本、表格或圖片等各種種類的下載方式。本系統集成氣象資料和水文資料, 但水文水資源數據本身也是一個非常龐大的集合, 相關的水文資源站的數量也非常多。本系統能簡單的將氣象資料和所有水文資料融合在一起, 必須選取具有提取意義的部分數據進行處理。
4.6服務產品子系統
氣象服務現在在國民經濟中已經承擔的越來越重要的地位, 對外提供氣象服務也是氣象部門需要承擔的責任和義務。本系統屬于氣象部門的內部業務系統, 但也同時需要承擔對外提供氣象服務的任務, 因此本系統專門將這部分內容設立為單獨的子系統。
本子系統通過基本的氣象、水文數據進行分析處理, 提供各種天氣預報、監測公報、洪水預警、氣候影響評價等功能。
4.7報警管理子系統
報警管理系統主要實現各個報警閾值的設定、刪除、修改和查詢功能。每個報警閾值都可以設最大值和最小值, 設定閾值的每種要素可以由用戶自行選擇, 選擇包括站點、要素名稱、報警人等。
4.8系統管理子系統
系統管理子系統由系統管理員操作, 用于系統的一些后臺設置, 其模塊劃分包括了用戶管理、權限管理、以及各個氣象、水文的測站管理等工作。
五、結束語
氣象水文信息綜合查詢系統是根據氣象水文信息的關聯查詢和氣象防災減災的實際需要, 依托氣象該系統可為省級行政區域內各種業務單位提供實時氣象水文信息查詢、災害天氣報警和預警, 為重大工程建設及業務科研提供詳實的資料和科學的氣象水文數據, 同時可面向社會提供公益性氣象水文數據服務。觀測業務系統和氣象信息發布系統, 建立的綜合性查詢平臺。對氣象水文的報文解碼、數據查詢及系統管理配置進行研究, 簡要介紹了系統建設的背景, 而后對系統采用的關鍵技術進行了介紹, 在充分分析了系統需求的的基礎上, 進行了詳細的數據庫設計和系統構架設計, 并探討了系統的地圖展現、報文解碼、數據查詢、報警管理以及系統配置等功能子系統的設計與實現。
參考文獻
[1]國家防總:目前全國旱情總體偏輕西南局地較重[OL].http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xq xxw/2011xqxyw/201303/t20130310_207176.html, 2013, 03.
[3]李濤, 王麗玫, 張薇.廣西氣象科學數據共享平臺建設[J].氣象研究與應用.2010, 01.
[4]陳學君.甘肅省氣象科學數據共享平臺及其應用研究[D].蘭州大學, 2009.
[5]李集明, 沈文海, 王國復.氣象信息共享平臺及關鍵技術研究[J].應用氣象學報, 2006, 17 (5) .
[6]秦大河, 孫鴻烈.中國氣象事業發展戰略研究[M].北京:氣象出版社.2004, 01.
[7]王雪, 楊進.J2EE輕量級框架的研究與應用[J].計算機工程與設計, 2008, 29 (14) :3628-3630.
氣象災害應急預警系統范文第5篇
1 系統的構成及工作原理
系統由發射器與接收顯示器兩大部分構成,信息從發射平臺輸入,經發射器發出,通過移動通信鏈路,到達接收地。接收器收到信息后通過格式轉換,送到顯示電路,以文字、數字、符號的形式加以顯示(見圖1)。
1.1 發射部分
硬件環境為1臺PentiumⅣ以上的計算機(CPU≥3.0 Gb、內存≥512 Mb、硬盤≥80 Gb),操作系統為Microsoft WindowsXP版本;發射器裝于1個小盒內,配有發射天線。
1.1.1 LED101B短信發送軟件功能特點
1)短信發送軟件原理。采用GSM Modem作為短信收發設備,通過數據線把GSM Modem和電腦連接起來,在電腦上運行本軟件來控制短信設備,從而實現短信的群發。短信通信費通過手機卡直接由通信運營商收取,和普通手機發送短信的扣費原理一致。目前,測試過GSM Modem的有西門子TC35/MC35i/MC39i,索愛GM47/GR47/R64等設備,其他廠家的模塊原則上也沒有問題。
2)發送速度。發送速度約600條/h(具體數值受網絡和SIM卡因素的影響,600條/h指的是平均值)。
3)內嵌LED101B的短信協議,自動添加密碼、消息命令等。
4)可以發送長短信,如果要發送的信息超過70個漢字,將會以長短信方式發送,在接收短信的手機上顯示出的是一條完整的短信。
5)可以顯示消息報告。消息報告一般同網(即移動到移動,或聯通到聯通)發送有效。
6)完整的發送歷史記錄。
7)可以導出和導入聯系人列表到Excel文件。
8)強大的分組、排序功能,靈活選擇發送目標。
1.1.2 LED101B短信發送軟件的安裝
1)把SIM卡放在Modem里面,Modem和PC連接好,通電。
2)安裝“LED101B短信發送軟件”,雙擊桌面上的“LED101B短信發送軟件”圖標運行程序。
3)點擊“Modem設置”按鈕,設置好Modem的參數,主要是Modem所用的串口號和波特率。
4)如果Modem初始化正常,右下角的狀態會提示由“正在連接”變為“打開成功”。
5)雙擊窗口下半部的設備列表框空白處或者點擊右鍵菜單,選擇“增加設備”,來添加設備信息,在設備屬性對話框中輸入設備號、名字,序號會自動生成,也可以修改。
6)雙擊要編輯的消息,進行內容編輯及顯示屬性、播放時段的設置。
7)選中要發送短信的目標設備,以及要發送的消息,點擊“發送消息”按鈕,發送成功后會顯示“消息發送成功”,如果目標設備收到短信,會提示“收到消息報告”。在通常情況下,有3種方式可以更方便地選擇要發送的目標:選擇“選中全部設備”;輸入起始序號和終止序號,點擊“按序號選擇”;可以給設備指定分組,點擊“按組選擇”并選擇相應的目標組。
8)雙擊某個設備,可以看到對這個設備的所有發送歷史記錄。
9)點擊設備列表框右鍵并選擇“導出設備相關信息”,可以把設備信息導入到一個Excel表中,或者選擇“導入設備相關信息”把之前保存的Excel表中的聯系人信息導入到軟件之中。通過Excel文件可以預先編輯好設備信息,然后批量導入。Excel文件的格式,可以先通過“LED101B短信發送軟件”導出一個Excel文件作為模板,進行編輯。
1.2 接收部分
接收器(顯示屏)把氣象科學、無線通信技術、光電技術、微電子處理技術融為一體。它由微機、公網網絡、接收和管理軟件、天氣預警、預報電子信息接收顯示屏等部件組成。它能自動接收、動態顯示當地氣象臺(站)發布的最新天氣預報信息和氣象突發災害預警信息圖標,以及氣象災害預警防御指南,同時利用漢字顯示功能及時傳遞社會各種應急信息,如城市應急辦或交通等部門信息,并可將需更正增加的信息及時刷新更正(見圖2)。
2 系統的特點
2.1 時效快
利用移動GSM網絡,點對點短信方式保證了信息的及時性,真正實現了預警預報制作與發布的同步。
2.2 覆蓋廣
電子顯示屏采用移動鏈路連接數據傳輸,技術成熟可靠,可以實時傳輸,同步接收,能滿足跨地區的接入需求,有效提高氣象信息覆蓋率。
2.3 傳輸內容靈活
生活中經常遇到突發氣象災害預警信息和天氣預報更正信息,由于時效上的突發性,通過各媒體發布,總有時間延遲,容易給防御工作帶來麻煩,造成措手不及。電子顯示屏通過獨立的載體傳輸,靈活選擇傳輸內容,可隨時發布突發氣象災害預警信息和天氣預報更正信息,及時彌補這方面的不足。
2.4 可控性強
系統可支持多個和多樣用戶終端(由用戶選擇)。擴容無限制,接入地點無限制,由嵌入式控制系統控制,可控性強,體積小,穩定性好,便于系統管理。該系統能對單用戶單獨服務,亦可對多用戶進行群控制服務。對不守合同的用戶,可以隨時停止服務。
2.5 信息多樣化
信息發送具備多操作終端,可發布含有突發氣象災害預警信息內容和由當地氣象臺(站)發布的氣象災害預警圖標和防御指南等預警信息,還可滿足政府有關部門發送多條信息需求,如政府應急辦、交通管理、停水、停電等信息。
2.6 預警符號顯示明顯
過去發布的氣象預報和預警信息大多以文字形式出現,而以氣象符號特別以氣象災害預警符號顯示并不多見。電子顯示屏的公共應急預警信息發送及時,預警符號顯示明顯,能夠使人們從符號、量、等級幾個方面接受氣象信息的概念,一目了然,高效快捷。
2.7 實用性強
顯示屏可批量放置在各市、縣街區、居民小區、學校、醫院車站等人流密集的地方,也可放置在各級政府應急辦公室、工礦企業、鄉鎮、村等地方,操作簡單,信息發送快捷,長時間開機穩定,可控性強,信息顯示明顯、準確、安全可靠,通信費用低,是真正專屬氣象部門發布信息的窗口。
3 經濟效益和社會效益
該系統為廣大群眾及時、準確地提供了各種氣象預測、預警信息,對指導群眾根據氣候變化預測信息調整生產計劃,趨利避害、增產增收有重要的作用。各種氣象防災預測、預警信息對于農業和農村經濟結構戰略性調整、合理利用自然資源、改善農業生態環境和提高生態效益都有很大益處。
4 市場調查與競爭能力預測
利用顯示屏醒目顯示預警符號,含有突發氣象災害預警信息內容,發布由當地氣象臺(站)制作的預警信息在山西省還沒有,其他省、市也不多見。在全省需要的地方大量放置顯示屏,就會形成一個強大的氣象信息發布窗口和媒體。同時,作為受國家法律保護的氣象儀器和設備,可以向全國拓展,直轄級城市每城布屏約3 000個,省會級城市每城布屏1 000個以上,地市級城市每城布屏500個以上,縣級城市每城布屏100個以上?？梢?它能夠成為真正意義上的、完全屬于氣象部門向社會發布氣象信息的平臺,有很大的市場需求和發展空間。
5 顯示屏的增值性
顯示屏本身具有不可估量的公益價值,與廣告媒體的完美結合,將產生更大的商業價值,凸顯出巨大的增值空間。若把它和廣告燈箱結合,人們在收看天氣預報和氣象災害預警信息的同時,還可瀏覽商業廣告,可為企業帶來豐厚的商業回報。
6 結束語
堅持科技進步和現代化建設,是提高氣象服務綜合能力的重要保證。做好各項氣象服務,不斷提高公眾氣象服務的敏感性、預見性和主動性,變被動服務為主動服務,變滯后服務為超前服務是氣象服務的宗旨。這一系統的應用將會大大提高防災減災的能力,產生較好的效益,推動地方工業和農業建設又好又快發展。
摘要：采用先進的GSM Modem作為短信收發設備開發的氣象災害預警信息顯示屏,以時效快、范圍廣、信息靈活的方式實現了突發性氣象災害預報和預警信息在廣大人民群眾中及時發布的應用,并詳細闡述了系統的構成及工作原理、特點及效益。
氣象災害應急預警系統范文第6篇
1 系統分析
通過對RMDWES的潛在用戶群的全面需求分析,對水稻氣象災害預警系統進行了總體設計,它包括知識庫、綜合數據庫、知識獲取、推理解釋系統和人機交互接口五大模塊,系統總體結構如下圖所示:
其中知識庫和推理機是本專家系統最核心的部分,能否構建良好完備的知識庫將直接影響到農業專家系統的質量好壞;在系統的總體設計中,用戶通過人機交互界面傳入實時監測的氣象數據信息,并轉換成系統的內部表示形式,然后輸入給氣象災害預測模型去處理。知識庫模塊實現知識的獲取和知識庫維護,知識獲取來源于農業氣象專家、已公開出版的文獻以及各級天氣預報等氣象類網站;推理子系統主要運用加權模糊推理機制,推理過程中,對知識庫中的知識進行檢查和檢索是放在知識庫管理系統中完成的,它可以把推理過程中知識的實際使用情況顯示出來,這是數據庫管理系統所不具備的。
本系統是基于web環境下開發的,應用服務器層使用的是Apache+PHP+Mysql網絡技術,在網絡體系搭建中,采用了當前已被大眾廣為接受的“web瀏覽器/web服務器/數據庫系統”結構(即B/S/S結構),其基本思想是在分布式計技術的基礎上,將用戶層和應用層分離,將系統功能劃分為用戶層、應用服務器層和數據庫層三部分,分別放置于相同或不同的硬件平臺上[3,4]。web瀏覽器作為用戶和系統之間的信息交換,比如向系統提交氣象數據,向用戶展示預測結論等;web服務器為應用層,提供專家系統中與推理有關的服務程序;數據庫系統為數據層,儲存各類相關數據庫。
2 知識庫的構建
2.1 氣象因子指標體系的建立
通過對南方單季稻和雙季稻生長過程的分析,從多種氣象致災因子中選出最重要、最普遍、且容易定量化測量的因子,組成致災因子指標體系,如表1。從氣象學角度分析,人們正是通過下列氣象因子的數據監測變化情況對未來天氣進行預報,而各因子對于災害的影響程度也各有不同,由此我們選擇“加權模糊產生式規則”的知識表示法。
2.2“加權模糊產生式規則”的知識表示法
模糊產生式規則的一般形式: P1,P2,···Pn→ Q,CF,τ ,
其中,P1,P2,···Pn, 和Q為模糊謂詞,規則的左部表示一個或一組前提(條件),規則的右部表示結論(動作)。CF稱為該規則的可信度,表示規則可導出結論的可信程度。CF∈[-1,1] 。完全真(CF=1)、完全假(CF= -1)、無法確定(CF=0)為可信度的三個極端情況。但往往人們研究的區域在(CF>0)的范疇內。 τ 稱為條件閾值,是規則被滿足的下限,τ ∈[0,1] 。這條規則的含義是:當前提條件P1∧ P2∧ ··· ∧ Pn的真值為t :
t= Min(T( P1),T( P2),…T( Pn) ) ≧ τ 時,該規則可以被激活,其中T( Pi)表示Pi的可信度。
但在一組前提中,往往各子前提對結論成立的“貢獻程度”并不是均等分配的,比如“若上空有厚烏云,有風且打雷閃電,則天要下大雨?！憋@然,“上空有厚烏云”是最重要的依據,而“有風”對“下大雨”這個結論的貢獻就不如前者重要。因此引入“權重”一詞,即“加權模糊產生式規則”:
w1× p1+ w2× p2···wn× pn→ Q,CF,E,τ 其中wj(j= 1,2…n)是各個子前提的權重,滿足wj≥ 0 且。CF是規則可信度,E是規則強度(E ∈[-1,1]),代表前提為真時,結論為真的可能性大小,它反映了專家對一條規則判斷其正確性的估計值。τ 稱為條件閾值。當時,規則被激活,推出結論Q。
根據加權模糊產生式規則表示法,氣象災害預警的每條知識可以以如下形式表示:先假設前提條件P共有7項氣象指數,分別是:
RULE001:IF 1qiwenh =“ …...”( 權重0.2) AND 2fx?iang =”…”(權重0.12) AND
3fli =”…”(權重0.08) AND 4shidu =”…”(權重0.05) AND5yuliang =”…”(權重0.12) AND 6xueliang =”…”(權重0.03)AND 7weather =“….”(權重0.4)
THEN IF“持續3天以上?”
THEN氣象災害1。.
我們以最常見的氣象災害暴雨為例,來表述系統中的知識表示實例:
RULE001:IF 1qiwenh =小于24℃(0.2) AND 2fxiang =東南風(0.12)AND 3fli =3 級(0.08)AND 4shidu =74%(0.05) AND5yuliang =大于50mm/天(0.12)AND 6xueliang = 無(0.03)AND7weather = 大雨(0.4)
THEN IF連續3天?
THEN可能發生中等洪澇災害,請注意稻田及時排水。
條件閾值:0.6
“加權模糊產生式規則+模型”是指在上述加權模糊產生式規則語句中加入數學預測模型,這些數學模型可以體現在規則的前提中,也可以隱含在結論中,隨著加權模糊產生式規則的激活執行而被系統調用。
3 推理
根據“加權模糊產生式規則”推理機制的算法:
w1× p1+ w2× p2?wn× pn→ Q,CF,E,τ 其中wj(j= 1,2…..n)是各個子前提的權重,滿足wj≥ 0 且。CF是規則可信度,E是規則強度,τ 稱為條件閾值。當
時,規則被激活,推出結論Q,其置信度為:
顯然,結論的真值小于前提的真值。
具體實現流程如下:
1) 首先把初始事實放進一個被業界稱作“黑板”的中間數據庫中,各個事實的可信度在匹配程序中可以事先設定好,初始的已知事實可以由事實庫抽取,也可以由用戶輸入。
2) 查找待決策的事實數據項在中間數據庫中是否已經存在,若存在,則計算事實項的真值并查找可信度,然后將其返回[9]。
3) 查找規則表,得到決策該數據項所用到的知識庫的某一條規則的ID號。
4) 根據所查找到的ID選擇出該條規則內容,并開始匹配該規則。
5) 先從產生式規則中獲取前提數據項的個數、名稱和權重weight i,再順序處理該條規則的各前提條件數據項。處理前提數據項時,若數據項的值滿足前提條件,則可以直接計算其可信度,若不滿足,則先將其可信度賦予0,表示真假不知。
6) 若該產生式規則的前提條件名字已經在“黑板”(中間數據表)當中,那么系統返回此數據項的值value i和可信度值confidence i;否則,將該數據項的可信度設置為0,表示可信度未知。
7) 若前提條件的表達式為空或為“*”,那么,置該規則的前提條件的可信度為:T=∑(weight i)*(confidence i);否則將查找數據項value i,可信度confidence i和權重weight i,代入加權模糊推理表達式中計算前提條件的可信度t。
8) 若該條產生式規則的前提條件的可信度與規則強度E的最小值大于條件閾值 τ 時,該規則被激活,同時將前提條件數據項的值value i與程序事先設定災害閾值相比較,得出結論,并通過加權模糊表達式計算出結論的可信度。
9)將此結論寫入中間數據表,從該層遞歸函數中跳出。
現在假設有用戶按照系統提示輸入如下已知氣象數據:
系統根據用戶所錄入的信息,由數據庫導入到知識規則庫,并根據事實庫中的字段內容和限制屬性,到規則庫中尋找匹配的前提,形成如下的知識表示,以使專家系統能夠識別事實信息,動態生成知識規則的條件。
例1:IF 1qiwenh =小于24℃(0.2) AND 2fxiang =東南風(0.12)AND 3fli =3 級(0.08)AND 4shidu =74% (0.05) AND5yuliang =大于50mm/天(0.12)AND 6xueliang = 無(0.03)AND7weather = 大雨(0.4)
THEN IF連續3天?
THEN可能發生中等洪澇災害,請注意稻田及時排水.
規則強度:0.8;
條件閾值:0.6。
假設用戶使用該條規則時,認為1qiwenh,2fxiang,3fli,4shi?du,5yuliang,6xueliang,7weather的可信度分別為:0.9、0.9、1、0.9、1、0.9、1。同時如果把前提的權重和可信度用“條件(可信度)”格式來表示。那么以上條件可以給出這樣的表示方法:{1qiwenh (0.9), 2fxiang (0.9), 3fli (1), 4shidu (0.9), 5yuliang (1),6xueliang (0.9), 7weather (1)},去最小值CF=0.9則有:
所以該條規則被激活,若滿足連續3 天以上,可推理得出結論:“可能發生中等洪澇災害(強度等級3 級),請注意稻田及時排水?！逼浣Y論可信度T(Q) = t*CF = 0.8*0.9=0.72.說明此次推理結論為真的可能性為64%。在很對情況下,還需要適當地加入氣象預警管理員的人為經驗因素,確保結論盡量正確。
4 結束語
盡管目前水稻氣象災害預警專家系統的主要功能已基本實現,但其預警準確度以及可信度與網絡等媒體發布的詳細信息還遠不能完全符合。從技術上說,開發專家系統可以使災害預測變得簡單,而事實上,對氣象災害預警的重任還主要擔在各氣象站的肩膀上。因為專家系統本身不會自動獲取數據,還需要人為先從氣象站或者中國天氣網上獲取實時氣象數據,輸入專家系統進行判斷分析到給出預測結論,所以離百分百智能化系統還有相當的距離。
此外,對氣象災害的預測從科學上講,涉及諸如氣象學、氣候診斷學、地理學、農學、生物學和計算機科學等很多學科,這就要求災害預測模型的建立能夠在不同層次上體現災害的強度與覆蓋度,而模型的建立需要各學科領域的專家們通力合作才可能完成,本研究聯系的領域專家有限,所以建立數學模型還不能達到具有通用性的高度,這在以后的研究中依然是一項艱巨的任務。
參考文獻
[1]黃榮輝,張慶云.我國氣象災害的預警與科學防災減災對策[M].北京:氣象出版社,2005:3.
[2]高濟,何欽銘.人工智能基礎[M].北京:高等教育出版社,2008:16.
[3]李鐵軍,唐慶華.專家系統及常用開發語言[J].遼寧工大學報,2010,30(3):147-151.
[4]葛中一.農業專家系統的應用及發展[J].山東師范大學學報,2005,23(4):150-153.
[5]劉小生,薛萍.基于神經網絡的礦山安全預警專家系統[J].2008,9(1):110-115.
[6]張仿彥,劉中華,楊麗.PHP項目開發全程實錄[M].北京:清華大學出版社,2008:6.
[7]葉子青,黃炳強.PHP網絡開發實用工程案例[M].北京:人民郵電出版社,2008:5.
[8]任勃.基于web的水稻生產專家系統的研究與實現[D].長沙:湖南農業大學,2008.