基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水利系統(tǒng)研究

吳丹 安方輝

摘? 要：智慧水利系統(tǒng)聚焦水災(zāi)害、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)四大水問(wèn)題，重點(diǎn)掌握和提供洪水、干旱、水工程安全運(yùn)行、水工程建設(shè)、水資源開(kāi)發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、江河湖泊以及水土流失等九個(gè)領(lǐng)域的全面情況，充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以全面支撐“水資源管理、防汛減災(zāi)、工程管理”等業(yè)務(wù)為目標(biāo)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)類型豐富、監(jiān)測(cè)手段多樣、信息轉(zhuǎn)輸穩(wěn)定、控制安全可靠的全覆蓋立體感控體系，文章就以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧水利系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行研究，闡述智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容與發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧水利系統(tǒng);研究

中圖分類號(hào)：TP315? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0055-02

Abstract： The intelligent water conservancy system focuses on four major water problems： water disaster， water resources， water environment and water ecology. With focus on nine areas， includingmastering and providing comprehensive information in flood， drought， safe operation of water projects， construction of water projects， development and utilization of water resources， water supply in urban and rural areas， water conservation， rivers and lakes， and soil and water loss， we should make full use of the Internet of things technology. With the goal of comprehensively supporting such businesses as "water resources management， flood control and disaster reduction， and project management"， a fully covered three-dimensional sensing and controlling system with rich monitoring types， diverse monitoring means， stable information transfer， and safe and reliable control is constructed. This paper studies the development of intelligent water conservancy system based on Internet of things technology， and expounds the contents and development suggestions of intelligent water conservancy system design.

Keywords： Internet of things technology; intelligent water conservancy system; research

引言

目前，信息時(shí)代下智能化、綜合化的水利系統(tǒng)建設(shè)思路已經(jīng)成為治水思路發(fā)展共識(shí)，水利系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)一直是我國(guó)的重點(diǎn)內(nèi)容[1]。在經(jīng)歷了多次的河流水災(zāi)危害后，傳統(tǒng)的水利系統(tǒng)的弊端也逐漸顯露出來(lái)，主要表現(xiàn)在水利系統(tǒng)的建設(shè)缺乏統(tǒng)一的功能規(guī)劃，管理部門對(duì)于信息系統(tǒng)的溝通、使用不暢，讓一些水利信息系統(tǒng)成為一個(gè)信息孤島。所以采用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行智慧水利系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)使用，對(duì)于我國(guó)水利系統(tǒng)建設(shè)有重要的提升作用。

1 智慧水利的特征

（1）信息實(shí)時(shí)感知。全球變化的背景下，新老水問(wèn)題相互交織，水利科技面臨空前挑戰(zhàn)，透徹感知是智慧社會(huì)的“感官”，通過(guò)全方位、全對(duì)象、全指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，為社會(huì)管理與公共服務(wù)提供多種類、精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐，是實(shí)現(xiàn)智慧社會(huì)的前提和基礎(chǔ)[2]。透徹感知既需要傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，也需要物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、視頻監(jiān)控、智能手機(jī)等新技術(shù)的應(yīng)用;既需要采集行業(yè)內(nèi)的主要特征指標(biāo)，也需要采集與水利、氣象系統(tǒng)、排水管理、監(jiān)測(cè)體系等行業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)水文、氣象和水質(zhì)、自動(dòng)控制工程等全要素的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，形成整個(gè)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)源，也是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛。

（2）數(shù)據(jù)的全面整合。智慧水利系統(tǒng)對(duì)水利信息的全面整合，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將水利系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分連接融合，整合現(xiàn)有的信息系統(tǒng)的功能設(shè)施，將水利系統(tǒng)的信息資源進(jìn)行整合分享。全面互聯(lián)不僅需要光纖、微波等傳統(tǒng)通信技術(shù)的支撐，也需要物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的應(yīng)用[3]。

（3）智慧應(yīng)用的創(chuàng)新。對(duì)新型識(shí)別技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)水利工程調(diào)控、管理對(duì)象和服務(wù)對(duì)象的行為現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別、模擬、預(yù)測(cè)預(yù)判和快速響應(yīng)，提高應(yīng)急能力，提供更為高效、便捷的水利系統(tǒng)功能服務(wù)，滿足智慧水利對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控、計(jì)算、存儲(chǔ)、災(zāi)備、會(huì)商等要求。

（4）協(xié)同操作。對(duì)水利系統(tǒng)的各項(xiàng)功能操作進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)作處理，建立起一個(gè)綜合信息處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門、系統(tǒng)之間的協(xié)同操作，實(shí)現(xiàn)水利部門不同專業(yè)的信息共享，涵蓋防汛抗旱、水利建設(shè)、水資源管理、河湖保護(hù)、城鄉(xiāng)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、水土保持等各類業(yè)務(wù)，包括文字、圖表、音頻、影像等各類數(shù)據(jù)全面共享，使各項(xiàng)功能操作更加科學(xué)、合理。

2 設(shè)計(jì)思路

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要以水利系統(tǒng)的信息資源與傳輸不足的問(wèn)題進(jìn)行解決。比如將智慧水利系統(tǒng)的防汛抗旱、水資源調(diào)度、水土檢測(cè)、水文管理等內(nèi)容進(jìn)行集成化管理，并致力于建立一個(gè)面向政府、企業(yè)和個(gè)人的共享信息平臺(tái)，讓每個(gè)人都參與到水利工程的規(guī)劃管理中。結(jié)合科學(xué)化的管理實(shí)踐技術(shù)進(jìn)行智能化、精確化、科學(xué)化的水利工程操作，提升水利系統(tǒng)管理與運(yùn)行的雙向發(fā)展。

總而言之，對(duì)于智慧水利系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，主要應(yīng)用了MSTP、3S、云計(jì)算、3G和智能感知五大技術(shù)，對(duì)于水利系統(tǒng)的信息收集、分析、分享都有了切實(shí)可行的技術(shù)基礎(chǔ)。并實(shí)現(xiàn)了信息采集自動(dòng)化、決策知識(shí)智能化、資源共享網(wǎng)絡(luò)化、功能系統(tǒng)的集成化四大功能。水利物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)上結(jié)合WebGIS、水利專業(yè)知識(shí)、設(shè)備管理知識(shí)，實(shí)現(xiàn)符合水利行業(yè)特點(diǎn)包含設(shè)備管理與設(shè)備運(yùn)維、數(shù)據(jù)管理的智能物聯(lián)網(wǎng)管護(hù)平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)資源應(yīng)用三個(gè)智慧水利系統(tǒng)功能進(jìn)行有效結(jié)合，有利于智慧水利系統(tǒng)管理的全面化、自動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)水利工程建設(shè)高效率、可持續(xù)發(fā)展[4]。

3 總體框架

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要從整體視角出發(fā)，以基礎(chǔ)水利系統(tǒng)的各項(xiàng)信息采集為基礎(chǔ)，再結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)、系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)信息的有效處理，然后創(chuàng)建出涵蓋各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能的水利應(yīng)用平臺(tái)，從而對(duì)水利設(shè)施的環(huán)境保障、安全體系、功能管理做好全面提升。對(duì)于智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路采用了基礎(chǔ)信息與高新技術(shù)的有效結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)水利系統(tǒng)對(duì)信息資源的高效使用。

水利物聯(lián)網(wǎng)感知控制指綜合利用當(dāng)前的信息采集、傳輸、處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利工程設(shè)施設(shè)備工作狀態(tài)的感知以及改變這些狀態(tài)的手段，是物聯(lián)網(wǎng)在水利上的行業(yè)應(yīng)用[5]。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧水利系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系為設(shè)計(jì)依據(jù)，將水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層三個(gè)架構(gòu)，同時(shí)結(jié)合水利建設(shè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)運(yùn)行、安全保障的三方面要求為智慧水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供完善的設(shè)計(jì)要求。

4.1 感知層

感知層屬于智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)資源的收集功能，智能化的設(shè)計(jì)要求要實(shí)現(xiàn)水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)的降水情況、水土保持、水質(zhì)檢測(cè)、工程安全等信息自動(dòng)收集，實(shí)現(xiàn)水利系統(tǒng)對(duì)與水利信息的智能化感知收集，適配設(shè)備的異構(gòu)性，整合基礎(chǔ)感知控制設(shè)備資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，防止數(shù)據(jù)的丟失、重傳，建立從硬件到軟件的一體化管理規(guī)范。

4.2 傳輸層

傳統(tǒng)層指的是借助計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，將感知層收集到的水利信息利用MSTP、3G、云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行上傳處理，建立一個(gè)水利信息技術(shù)信息承載與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)平臺(tái)，比如設(shè)計(jì)一個(gè)水利信息的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，將各項(xiàng)水利信息標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提前上傳，為后期智慧水利系統(tǒng)功能應(yīng)用提供完善的數(shù)據(jù)庫(kù)支持。并對(duì)每次的水利系統(tǒng)處理問(wèn)題進(jìn)行記錄。

4.3 應(yīng)用層

智慧水利系統(tǒng)的應(yīng)用層是對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的管理平臺(tái)呈現(xiàn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水利系統(tǒng)結(jié)合后的功能充分展現(xiàn)給用戶，將信息化管理平臺(tái)優(yōu)勢(shì)與水利平臺(tái)進(jìn)行交互使用，并為智慧水利系統(tǒng)的應(yīng)用提供多種技術(shù)支持與服務(wù)運(yùn)行環(huán)境。智慧水利系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)能夠充分滿足《全國(guó)水利信息化規(guī)劃》的內(nèi)容要求，將我國(guó)的水利管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)政府管理、水利系統(tǒng)管理檢測(cè)、水利資源的服務(wù)提供進(jìn)行整合。

4.4 保障環(huán)境

智慧水利系統(tǒng)的應(yīng)用還離不開(kāi)安全可靠的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用的同時(shí)，還要制定出智慧水利系統(tǒng)的信息化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與安全法律法規(guī)，建立起智慧水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、運(yùn)行策略、安全管理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求標(biāo)準(zhǔn)，保證水利信息化建設(shè)有一個(gè)健康、安全的發(fā)展環(huán)境，將我國(guó)水利系統(tǒng)的建設(shè)推向與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣重要地位。

5 實(shí)施建議

智慧水利系統(tǒng)的應(yīng)用需要以區(qū)域化管理為基礎(chǔ)，將現(xiàn)有的水利系統(tǒng)的與當(dāng)?shù)氐墓芾聿块T進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智慧水利系統(tǒng)在技術(shù)發(fā)展與管理政策的共同重視，從而建成一套覆蓋全流域的水利信息系統(tǒng)的綜合管理平臺(tái)。

5.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

智慧水利系統(tǒng)的應(yīng)用離不開(kāi)對(duì)水利設(shè)計(jì)的管理發(fā)展，加強(qiáng)水利管理區(qū)域內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)設(shè)施管理，及時(shí)對(duì)智慧水利系統(tǒng)的感知設(shè)施進(jìn)行定期清理檢查，保證智慧水利系統(tǒng)信息收集的高效化。并不斷提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧水利系統(tǒng)的技術(shù)水平。

5.2 構(gòu)建綜合信息管理平臺(tái)

智慧水利系統(tǒng)建設(shè)目的就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水利資源信息的綜合管理應(yīng)用，將傳統(tǒng)的水利系統(tǒng)的局限性、不受重視問(wèn)題的進(jìn)行解決，提升我國(guó)對(duì)與智慧水利系統(tǒng)的重視程度，逐步建立起一個(gè)統(tǒng)一的綜合信息管理平臺(tái)。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)針對(duì)我國(guó)智慧水利系統(tǒng)的特征、設(shè)計(jì)思路、總體框架、系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾個(gè)方面進(jìn)行分析，充分發(fā)揮智慧水利系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展理念，借助MSTP、3S、云計(jì)算、3G和智能感知等技術(shù)要點(diǎn)，高度整合水利系統(tǒng)的各項(xiàng)信息資源。發(fā)揮智慧水利系統(tǒng)功能應(yīng)用的智能化與網(wǎng)絡(luò)化的工程特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)水利工程在運(yùn)用性能與管理效率上的雙重提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫國(guó)慶，陳江天，張文劍，等.智慧水利水閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（10）：97-98+101.

[2]黃鳳崗.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水利工程信息管理系統(tǒng)[J].中國(guó)水能及電氣化，2013（07）：47-50.

[3]芮曉玲，吳一凡.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水利系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012，21（06）：161-163+156.

[4]邱利民.“智慧水利”的發(fā)展和技術(shù)研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（15）：18-19.

[5]楊晶晶.山西發(fā)展“智慧水利”的可行性研究[J].山西水利，2017（12）：51-52.