山洪灾害雨量水位一体化无线监测预警系统项目可行性研究方案

原创 Zhi yong Feng 工业智匠丨润锋

简要概述

本项目围绕小流域山洪灾害 “四预” 能力提升要求，针对山区传统预警覆盖盲区、老旧设备性能不足、极端工况预警中断等痛点，搭建室外一体化遥测预警终端 + LoRa 无线入户报警器一体化监测预警体系。系统采用 4G + LoRa 通信、太阳能独立供电，实现雨水情自动采集、6 年数据本地存储、三级分级声光文字到户预警，配套 PC 本地调试软件 + 网页防汛管理平台实现全域数字化管控。方案技术成熟、施工便捷、运维成本低，符合 SL 651-2014 水文规约及水利部山洪防治建设标准，可彻底打通山洪预警 “最后一百米”，显著降低山洪人员伤亡与财产损失，具备充分技术、实施、经济、政策可行性，建议立项实施。

一、项目总论

1.1 项目背景

依据水利部《2023年度小流域山洪灾害“四预”能力建设工作要求》（防御函〔2023〕5 号）、《水利业务 “四预” 基本技术要求（试行）》，我国山丘区、沿河低洼村落山洪具有突发性强、汇流速度快、夜间风险突出等特征。

现有存量预警设施普遍服役到期存在三大核心短板： 仅依靠室外高音喇叭预警，山林、房屋遮挡形成信号盲区，独居老人、视听障碍人群、夜间密闭房屋无法有效接收预警； 单一4G公网传输，山区无信号区域断网即失效； 现有监测设备独立供电能力不足、数据存储时限较短、分级到户预警机制缺失，无法达到现行智慧山洪灾害防治建设标准。

为补齐山洪灾害预报、预警、预演、预案全链条短板，本项目采用工业一体化遥测预警终端作为野外监测核心，搭配 LoRa 无线入户报警器，融合太阳能低功耗供电、多时段雨量算法、双链路冗余通信、分级声光语音报警技术，构建 “室外监测→无线到户→云端管控” 预警体系，适配山洪防治、小型水库、地质灾害、地下水监测等应急场景，数据传输完全遵SL 651-2014水文监测数据通信规约。

1.2 项目建设必要性

消除预警到户盲区，保障特殊群体避险

传统室外广播依靠声波传播，偏远散户、夜间熟睡群众接收不到预警；入户报警器直接部署农户家中，室内同步推送雨水情警报，解决老人、残障人群预警接收难题，落实 “预警到人” 防汛底线要求。

实现多时段分级精准预警，减少误报漏报

短时强降雨、多时段累积雨量是山洪主要致灾诱因，系统内置标准化多时段雨量统计算法，支持 5 个降雨时段、三级雨量/水位警戒阈值独立配置，不同风险等级匹配差异化语音、警笛提示，避免群众恐慌或忽视险情。

双通信、双供电，极端工况不间断预警

室外站点太阳能 + 蓄电池自主供电，入户报警器市电 + 备用锂电双供电；4G 公网 + LoRa 本地自组网并行传输，山区断网、断电场景下，本地无线信号仍可全域推送预警，解决极端灾害下设备 “失声” 问题。

标准化数据底座，支撑流域防汛数字化决策

终端本地存储 6 年完整雨水情、设备工况数据，支持串口本地导出、云端平台远程调取；配套 GIS 可视化管理平台，实现站点远程管控、历史数据复盘、风险区域批量预警，完善智慧水利数据底板。

对标行业新标准，完成老旧设施升级改造

原有老旧设备存在通信协议不兼容、防护等级不足、无本地无线组网、无到户预警等缺陷，本项目设备通过高低温、盐雾、防雷工业级测试，满足野外长期无人值守运维规范，符合山洪灾害防治非工程措施更新改造政策要求。

1.3 项目建设目标

前端监测能力：建成标准化室外一体化雨量水位监测预警站，实现雨量、水位 24 小时不间断采集、本地存储、4G/LoRa 双链路同步传输；

到户预警能力：配套 LoRa 无线入户报警器，实时展示降雨、水位、时钟、电源、通信状态，语音、警笛、闪光、文字多方面同步分级报警；

阈值管控能力：支持现场 / 远程自定义多时段雨量、三级水位预警阈值，超标自动触发室外、室内全域同步报警；

数字运维能力：搭建 PC 本地调试上位机 + 网页版水利防汛预警平台，实现设备远程召测、参数配置、历史数据导出、GIS 框选批量下发预警；

应急处置能力：设备支持自动校时、远程同步校时、人工一键启动 / 中断报警，兼顾自动化监测与村委现场人工喊话应急；

体系建设目标：建成 “监测采集→阈值研判→分级预警→到户推送→远程运维”山洪预警体系，落实山洪灾害 “不死人、少伤人” 防御目标。

通用规范：监测设备防雷、供电、防护等级、项目工程施工安装相关国家及行业标准。

二、项目技术方案可行性分析

2.1 系统整体三层架构

系统分层设计、数据流双向互通，无信息孤岛，架构稳定可扩展： 前端监测预警层（室外终端）

一体化遥测预警终端，外接翻斗式雨量计、三级水位感应探头、双50W高音号角、红黄爆闪警示灯、太阳能供电套件，集成 LoRa 大功率无线发射模块，完成雨水情采集、本地存储、本地广播、无线信号下发。

到户预警层（室内入户报警器）

内置 LoRa 接收模块、高清数码显示屏、≥5W 语音功放、备用锂电池，无线接收室外终端预警数据，实现数据展示、室内声光文字报警、本地按键应急操作。

平台管控层

水文终端调试软件（本地调试）+ 网页水利防汛预警信息管理平台（云端远程管控），通过4G公网与室外终端建立通信，实现参数配置、数据调取、批量预警、设备运维监控。

系统拓扑结构图

2.2 室外一体化遥测预警终端技术可行性

雨水情采集、存储与数据导出

外接雨量、水位传感器实时采集监测数值；本地存储单元可完整留存 6 年全量雨量、水位、设备运行日志；支持 USB 转 485 串口本地导出历史数据，云端平台远程批量查询、导出报表，满足长期数据留存、复盘需求。

分级自动声光语音报警

搭载总功率 100W 音频功放，支持 2 路 8Ω/50W 号角喇叭、红黄双色爆闪警示灯，具备警笛、强光闪光、分级语音播报三重室外预警方式；雨量支持 5 个统计时段、三级风险档位，水位设置三级警戒阈值，不同风险等级配套专属提示音，直观区分灾害轻重。

分级预警指标灵活配置

本地 PC 调试软件、云端网页平台均可远程 / 现场设置各时段雨量警戒值、三级水位报警阈值；支持定时报、平安报发送时段自定义，适配不同流域防汛管控要求。

校时与人工应急管控功能

内置 GPS / 北斗双模自动校时，支持远程同步所有入户报警器系统时间；设备本地、云端平台均可人工启动测试报警、一键中断取消报警，配套村委手持 UHF 无线呼叫器，可全域实时语音喊话组织群众转移。

双无线传输与雨量算法

集成 LoRa 本地自组网 + 4G 全网通公网双通道传输，内置标准化多时段雨量统计算法，实时向防汛平台、全村入户报警器推送雨水情、设备工况（电压、信号强度）；大功率 LoRa 模块传输距离可达 2km，全覆盖村落范围，不受运营商信号限制。

宽温低功耗供电适配

供电系统：18V30W 太阳能光伏板 + 12V24AH 胶体免维护蓄电池，搭配 MPPT 智能充电控制器；整机待机电流≤30mA 低功耗设计；

环境适应：工作温度区间 - 30℃～60℃，相对湿度≤95%，主机防护等级 IP55；配套 4～6m 镀锌防雷立杆、接地网，暴雨、雷击、高低温环境可长期稳定无人值守运行。

一体化遥测终端主机实拍 室外一体化设备实景 一体化设备结构示意

2.3 室内入户报警器技术可行性

信息实时显示

高清数码屏同步展示当日降雨量、实时水位、公历 / 农历日期、时分秒时钟、设备电源状态、LoRa 通信信号强度，清晰标注一级 / 二级 / 三级水位报警等级，无专业知识农户可直观识别风险。

四重自动报警机制，支持人工干预

内置≥5W 功放，报警声压＞100dB，指标超标自动触发：分级语音播报、高频警笛、灯光闪烁、屏幕红色告警文字四重提醒；机身配备实体操作按键，支持一键中断报警、手动触发测试预警，适配村民自主应急操作。

无线免布线 + 断电长效续航

采用 LoRa 无线接收室外监测信号，无需室外布线，降低施工成本；日常 220V 市电供电，内置大容量备用锂电池，市电完全断电后可持续稳定工作 7 天以上，洪水损毁供电线路仍可正常预警。

防护等级与居家安装适配

整机防护等级 IP66，防尘防潮；标准壁挂式设计，推荐安装高度1.8m，靠窗、客厅显眼位置即可固定，施工简易，适配农村居家环境。

入户报警器面板、入户报警器安装示意图

2.4 管控平台软件可行性

配套本地 + 云端双端管控软件，全流程数字化运维，功能完整、操作可视化：

（1）PC 本地水文终端调试软件

通过 USB 转 485 串口直连室外终端，用于现场设备安装调试：

串口参数配置：自定义端口、波特率（标准 9600）、轮询间隔；

实时数据采集：在线查看雨量、水位、电池电压、设备在线状态； 功能测试模块：文字转语音广播、分级报警启停测试； 基础参数配置：测站地址、通信密码、雨量/水位预警阈值、平安报设置； 相机语音、白名单管理：配置抓拍参数、接收预警短信手机号； IO 端口控制、运行日志查看：管理外设供电、查询设备故障报文。 （2）网页版水利防汛预警信息管理平台 面向县级、乡镇水利管理人员远程全域管控：

GIS 地图可视化：全域站点地图标注，区分在线 / 离线、各级告警状态，框选区域批量下发预警广播；

远程设备管控：远程修改设备地址、通信密码、预警阈值、平安报周期、预警白名单；远程召测实时雨水情、下发现场拍照指令；

数据统一管理：集中存储全站点历史雨量、水位、抓拍图片、报警记录，支持批量查询、导出 Excel 报表；

多终端适配：网页端、配套手机 APP 均可远程喊话、下发短信预警，白名单手机号自动接收告警短信、每日平安报。

平台主界面地图

实时数据展示

设备参数远程配置

添加设备、编辑设备

2.5 通信方案可行性

系统采用4G 公网 + LoRa 本地无线双路通信，彻底解决山区断网预警失效痛点： 4G 全网通公网传输

兼容移动 / 联通 / 电信 2G/3G/4G，数据报文严格遵循 SL 651-2014 水文监测规约，雨水情、设备工况实时上传县级防汛管理平台，平台远程下发预警、配置指令；

LoRa 本地无线自组网

室外终端与村内所有入户报警器本地无线互联，无 4G 公网信号时，雨量、水位超标信号可独立推送至全部室内终端，极端灾害断网场景预警不中断；

北斗 + GPS 双模定位

终端集成定位模块，平台精准获取站点经纬度，实现地图定位、设备巡检、风险点位台账管理。

2.6 供电与防雷方案可行性

室外监测站点供电

太阳能光伏板 + 大容量胶体蓄电池 + MPPT 充电控制器组合，野外无市电点位全年自主供电；整机低功耗待机，连续阴雨天气可持续稳定运行；

入户报警器供电

市电优先供电，内置备用锂电池，断电长效续航 7 天以上，保障极端工况预警不间断；

标准化防雷接地系统

采用≥4/6m φ114 ～ φ140mm 镀锌立杆，杆顶加装 800mm 镀锌避雷针；配套专用接地网，3 根 1.5m 镀锌角钢深埋地下 0.8m，接地电阻≤10Ω；供电线路加装电源避雷器，泄流能力≥10KA，抵御山区雷雨雷击损坏设备。

立杆防雷设计图

三、设备配置方案可行性

3.1 单村标准成套配置（1 套室外预警站 + 按需配置入户报警器）

3.2 配套软件系统

水文终端本地调试软件：配套交付，用于现场串口调试、参数配置、本地历史数据出；

水利防汛监测预警网页管理平台：云端部署搭建，支持多行政村、多监测站点统一远程管控、数据存储、批量预警下发。

四、项目实施可行性

4.1 施工安装可行性

室外监测站点施工

立杆采用预制水泥基座，现场分步组装太阳能板、终端主机、喇叭、传感器；全部线路采用防水接头标准化布线，单站点现场安装调试工期 1 天；设备高度集成，接线逻辑简单，施工人员经短期培训即可独立完成安装。

入户报警器施工

仅需墙面打孔壁挂固定，接入家用 220V 市电即可，无需室外布线、开挖，农户配合度高，单户安装 10 分钟内完成，大规模批量施工效率高。

标准化施工图纸支撑

方案配套立杆防雷施工图、入户报警器安装示意图、接地布线规范，接地、线槽、防水施工流程统一，完全符合项目工程施工质量规范。

4.2 运维管理可行性

远程运维为主，降低现场巡检频次

防汛平台可远程完成参数修改、设备校时、故障召测、程序远程升级，大部分故障排查、参数调整无需下乡现场处置；

本地简易故障排查

配套调试软件可本地导出设备运行日志、测试采集与报警功能，故障定位直观，基层运维人员可快速处置简单故障；

完善售后技术保障

整套监测预警设备整机质保 1 年；配套完整操作说明书、视频培训教程；7×12 小时远程技术支持，项目完工后开展现场实操培训，故障设备可返厂检修维护。

4.3 人员操作可行性

管理人员操作门槛低

本地调试软件、网页管理平台均采用可视化图形界面，菜单逻辑清晰，1-2 天实操培训即可熟练掌握数据查询、预警下发、阈值配置、设备运维等全部操作；

农户使用简单易懂

入户报警器屏幕文字清晰、按键数量精简，仅保留取消报警、测试两个核心按键，农村老年人可快速识别降雨、水位风险等级，自主操作应急功能。

五、经济可行性分析

5.1 项目总投资构成

硬件设备采购费：室外一体化预警终端、雨量 / 水位传感器、太阳能供电系统、防雷立杆、入户报警器、手持呼叫器、全套安装辅材；

软件配套服务费：防汛管理平台云端部署、3 年期 4G 流量通信费；

工程施工安装费：立杆基础浇筑、设备吊装、入户布线、防雷接地施工；

培训运维服务费：现场实操培训、3年期售后技术服务。

5.2 项目长期成本优势

一体化集成方案，有效降低项目一次性采购成本

室外终端整合数据采集、4G/LoRa 传输、本地存储、功放广播、无线发射多功能模块，无需分开采购采集仪、广播主机、独立传输设备，减少多设备采购、对接调试额外成本；

太阳能供电节约长期运营成本

室外监测站点无需铺设市电线缆，一次性建设完成后长期无电费支出，省去线缆开挖、变压器架设大额基建投资；

远程运维节约人工巡检成本

绝大多数设备调试、故障排查线上远程完成，大幅减少基层水利人员下乡巡检的人工、交通、时间成本；

长使用寿命摊薄年均运维投入

设备采用工业级元器件，平均无故障工作时间 MTBF≥25000 小时，太阳能蓄电池、传感器正常使用寿命 5 年以上；终端本地存储6年数据，无需额外购置存储服务器，整套系统稳定运行5-8年，一次性投入长期发挥效益。

5.3 项目收益分析（以社会效益为主，附带管理效益）

防灾减灾核心效益

分级到户预警体系消除预警盲区，大幅降低山洪灾害人员伤亡、房屋农田损毁，减少灾后抢险、救灾、灾后重建财政大额投入，防灾减灾综合效益显著；

数字化管理降本增效

雨水情数据自动采集、云端存储，替代传统人工现场记录、纸质台账，减少基层水利人员日常监测工作量，提升流域水情研判、灾害预警处置效率；

长效运维收益

项目一次性建设完成后可稳定运行多年，契合山洪灾害防治长效建设规划，无需频繁重复投入改造，长期节约非工程措施建设资金。

六、风险分析与应对措施

6.1 技术风险

风险点：山区山体、林木遮挡导致 LoRa 无线信号衰减，偏远点位 4G 公网信号薄弱。

应对措施：选用大功率 LoRa 发射模块，理论传输距离可达 2km；立杆加高至 6m 减少遮挡；采用 4G+LoRa 双链路冗余，公网信号差时依靠本地无线组网独立推送预警；站点选址优先村落高地、无遮挡开阔点位。

6.2 环境风险

风险点：夏季高温、冬季低温、暴雨、雷击等恶劣环境损坏设备。

应对措施：设备整机工作温度覆盖-30℃～60℃；室外设备IP30/IP65防护，入户报警器 IP66防尘防水；全套标准化立杆防雷接地，电源加装避雷器双重防雷保护。

6.3 运维管理风险

风险点：基层水利人员操作不熟练，设备故障无法及时处置。

应对措施：项目竣工同步开展现场实操培训，发放纸质操作手册、配套教学视频；7×12 小时线上远程技术支持；质保期内故障设备免费维修更换，建立标准化设备运维台账。

6.4 供电保障风险

风险点：连续多日阴雨天气，太阳能充电不足，设备断电停机。

应对措施：配置大容量 12V24AH 胶体蓄电池，满足连续 7 天以上阴雨待机需求；整机低功耗电路设计，无报警值守状态自动降低功耗，延长续航时长。

七、社会效益可行性

筑牢群众生命安全防线

入户报警器实现预警直达农户床头，彻底解决夜间、偏远散户预警盲区，第一时间推送转移避险通知，落实山洪灾害 “不死人、少伤人” 防御目标；

完善山洪 “四预” 数字化体系

多时段雨量分级监测、GIS 可视化远程管控，补齐基层山洪预报、预警、预演、预案数字化短板，符合智慧水利、数字孪生流域建设政策导向；

兼顾特殊人群预警需求

语音、警笛、灯光、文字四重报警方式，覆盖听力、视力偏弱老年群体，实现预警无差别送达每一户群众；

提供标准化水文数据支撑

监测数据符合国家 SL 651-2014 水文规约，自动同步至县级防汛平台，为流域山洪规律分析、灾害复盘、风险图编制提供长期连续可靠原始数据；

完善农村基层应急治理体系 自动化监测预警+村委手持呼叫器人工喊话双重应急模式，自动化设备实时监测风险，人工可现场干预组织群众撤离，健全乡村山洪应急处置机制。

八、项目可行性综合结论

技术层面完全可行

本项目采用一体化遥测终端、LoRa 无线入户预警、4G/LoRa 双路通信、太阳能低功耗供电整套成熟通用技术，全部设备参数、功能满足项目提出的监测、存储、分级报警、远程管控、到户预警全部技术指标；配套本地调试软件 + 云端防汛平台实现全流程数字化运维，设备防雷、宽温、低功耗设计适配山区野外复杂工况，技术方案成熟可靠。

工程实施层面可行

高度集成，施工标准化、流程简单，室外站点、入户报警器安装周期短；运维以远程线上管控为主，基层人员操作门槛低，配套完整售后、培训体系，项目落地实施无重大障碍。

经济层面可行

一体化集成设备减少多品类设备采购成本，太阳能供电省去野外市电铺设大额投资；设备使用寿命长、年均运维投入低，项目防灾减灾社会效益突出，长期节约灾后救灾、重建财政支出，投入产出效益优良。

政策合规层面可行

系统建设完全契合水利部小流域山洪 “四预” 能力建设相关政策要求，数据传输遵循 SL 651-2014 国家水文监测规约，设备防护、通信、供电指标满足山洪灾害防治非工程设施建设现行行业标准，项目立项、实施、验收均符合相关规范要求。

综上，山洪灾害雨量水位一体化无线监测预警系统项目技术成熟、施工便捷、运维简单、投资合理、综合社会效益突出，项目具备全面可行性，建议尽快立项组织实施。 附件：主要设备技术资料 （一）、一体化遥测终端技术参数 报警级别：雨量支持5个时段，三个极别，水位三个极别。 音频功率：100W； 通讯方式：4G，LoRA无线通讯； 传输距离：小功率：500米，大功率：2KM； 待机电流：≦30MA； 环境温度：-30℃ ～ 60℃;相对湿度范围：95%； CPU：工业级32位处理器； 指示灯：具有通信、系统、功放、无线指示灯； 输入电压：DC 12V-24V IP等级：IP54,外壳与系统安全隔离，特别适合工控现声应用。 （二）、入户报警器技术参数 报警级别：支持三个级别报警 通讯方式：标配 LoRa 通讯，可选配全网通 4G 移动网络 音频功率：5W 供电方式：室内采用 2000mAh可充电锂电池；室外采集设备可选配 3节 5号电池，也选用2500mAh 锂电池搭配6V/2W 太阳能板，同时支持 DC12V 2A外接供电 待机电流：≤60mA 环境工作温度：-30℃ ～ 60℃ 无线传输距离（空旷环境）：水位监测小功率型号传输距离 500 米，大功率型号 2000 米；雨量监测传输距离 50 米 （三）一体化杆件、机箱 结构：国标热镀锌圆柱形立杆，总高 4m，主管 Φ114mm，壁厚≥2.5mm；底部配 400×400mm 方形法兰底座，法兰板厚≥16mm，预埋 4 根 500mm ✖ M22 地脚螺栓。杆体预留抱箍安装位，搭配可调支架，可装配太阳能板、控制箱、声光报警器、高音喇叭等设施。 材质工艺：热镀锌钢管基材，户外静电喷塑防腐处理，白色面层，附着力优异、抗紫外，适应露天干湿环境。 水位标尺：杆体雕刻国标 E 型水位标尺，内嵌蓝色防腐衬条；刻度规范清晰，支持人工目视观测，标尺区域抗锈蚀，户外长期使用不易褪色。 主体材质：采用201不锈钢板材精加工成型，板厚1.2mm，箱体表面做户外专用喷塑防腐处理，耐户外腐蚀、抗老化，适配室外长期使用场景。 产品规格：外形尺寸500×400×200mm；柜体采用标准机柜构架，内置1块设备层板、1块电器安装背板，内部布局规整，设备安装、布线便捷。 结构防护：顶部采用坡顶式防水防尘结构，可彻底杜绝积水渗透；箱体接缝采用密封工艺，全方位阻隔雨水、沙尘侵入，防护性能优异；设备箱可在-30℃～70℃室外宽温环境下长期稳定运行，环境适配性极强。 安装方式：配套专用抱箍组件，可侧装于立杆中部，安装、拆卸简单便捷，极大方便后期设备检修、维护与更换。

编制依据

政策文件：水利部防御函〔2023〕5 号《2023 年度小流域山洪灾害 “四预” 能力建设工作要求》、《水利业务 “四预” 基本技术要求（试行）》、《山洪灾害防治非工程措施运行维护指南》；

行业标准：SL 651-2014《水文监测数据通信规约》、SL/T 618—2021《水利水电工程可行性研究报告编制规程》、GB/T2423.17-2008《电工电子产品环境试验 盐雾试验》；

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