基于NB-IOT技術(shù)的智慧水利系統(tǒng)

文/袁園

水利信息化是利用科技含量較高的智能化手段，充分開發(fā)與利用水資源，實現(xiàn)水利資源信息的科學(xué)管理。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水利信息化，可以顯著提升水利建設(shè)事業(yè)的價值，為經(jīng)濟的快速發(fā)展提供更加全面的水利信息服務(wù)。水利信息化可以提高信息采集、傳輸?shù)臅r效性和自動化水平，是水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志。為適應(yīng)國家信息化建設(shè)、信息技術(shù)發(fā)展趨勢、流域和區(qū)域管理的要求，大力推進(jìn)水利信息化的進(jìn)程，全面提高水利工作科技含量，是保障水利與國民經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)的必然選擇。水利信息化的目的是提高水利為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供服務(wù)的水平與能力。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外發(fā)展——國外情況

在國外水利信息化的發(fā)展已經(jīng)很成熟，最典型的幾個智慧水利系統(tǒng)如下：

1.1.1 美國國家智慧水網(wǎng)

IBM公司將智慧水網(wǎng)作為“智能地球” 重要組成，并為提出了三個關(guān)鍵詞：自動化、交互性、智能化。智慧水網(wǎng)可精密感知水網(wǎng)狀態(tài)，實現(xiàn)氣象、市政等多部門信息的應(yīng)用，并將感知、通信、控制及調(diào)度系統(tǒng)集成，傳感器和儀表可實時偵測到儲存水量和管道水量，并通過調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化配置引導(dǎo)管道水流路徑。

1.1.2 美國德州蒸散發(fā)網(wǎng)絡(luò)

該項目是美國德克薩斯州灌溉技術(shù)中心的一個項目，提供天氣數(shù)據(jù)、當(dāng)前和平均蒸散發(fā)數(shù)據(jù)，收集網(wǎng)絡(luò)信息，并提供面向公眾的服務(wù)系統(tǒng)，為用戶提供灌溉建議，系統(tǒng)可根據(jù)作物生長情況、土壤墑情及當(dāng)前蒸散發(fā)值等自動灌溉

1.2 國內(nèi)外發(fā)展——國內(nèi)情況

中國重點水利項目已進(jìn)入建設(shè)高峰期，水利信息化需求不斷增加，水利行業(yè)中的特定領(lǐng)域，例如水資源管理、防洪減災(zāi)等領(lǐng)域，對于監(jiān)控精度的準(zhǔn)確性、及時性要求越來越高。

（1）無錫市感知太湖智慧水利試點。主要是針對太湖水域保護(hù)建立的一套集藍(lán)藻湖泛、智能感知、打撈車船智能調(diào)度和信息綜合管理于一體的智慧水利物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)由藍(lán)藻湖泛傳感器、實時傳輸無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備、打撈和智能終端等新型設(shè)備組成。

（2）無錫市感知太湖智慧水利試點。

（3）浙江臺州“智慧水務(wù)”試點。

2 發(fā)展趨勢

2.1 水利投資規(guī)模持續(xù)增長

中國產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)發(fā)布《2018-2023年中國水利信息化行業(yè)市場深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略分析報告》數(shù)據(jù)顯示：截至2018年2月28日，2018年已累計安排中央水利建設(shè)投資計劃2248.0億元，其中中央投資1432.7億元，包括中央預(yù)算內(nèi)水利投資815.3億元、中央財政水利發(fā)展資金617.4億元。截止2017年，我國“十三五”期間重點水利計劃工程達(dá)172個。在重點工程建設(shè)上，172項節(jié)水供水重大水利工程項目加快推進(jìn)，已累計開工119項，水利基礎(chǔ)設(shè)施骨干網(wǎng)絡(luò)不斷健全。

2.2 新技術(shù)發(fā)展提升水利信息化水平

NB-IOT技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀可概括為以下三個方面。

（1）專業(yè)傳感器技術(shù)得到了良好應(yīng)用。水利行業(yè)的戶外作業(yè)繁多，而且對安全性與可靠性的要求高，運用自動傳感技術(shù)能克服人工操作的弊端，有效降低信息數(shù)據(jù)的采集與傳輸誤差。

（2）傳感系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于水文水質(zhì)、防洪抗旱、灌溉等諸多方面，現(xiàn)階段，在全國范圍內(nèi)建立了實時水利信息局域網(wǎng)，有利于完成準(zhǔn)確的水文預(yù)報，還有利于其他管理項目的順利進(jìn)行。

（3）傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，主要包括傳感器、二次采集設(shè)備、中央監(jiān)控設(shè)備等，為水利行業(yè)的快速發(fā)展注入了源源不斷的動力。

2.3 水利信息化需求加大

《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出要推進(jìn)水利信息化建設(shè)。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃、國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略等，全面提升水利信息化水平，以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化。大力推進(jìn)水利信息化資源整合與共享，建立國家水信息基礎(chǔ)平臺，提升水利信息的社會服務(wù)水平。

3 可行性分析

3.1 NB-IOT技術(shù)的特點

NB-IOT技術(shù)屬于LPWA技術(shù)的一種，它具備強覆蓋、低成本、小功耗、大連接這四個關(guān)鍵特點。NB-IOT的基站是基于物聯(lián)網(wǎng)的模式進(jìn)行設(shè)計的。它的話務(wù)模型是終端很多，但是每個終端發(fā)送的包小，發(fā)送包對時延的要求不敏感?；贜B-IOT，基于對業(yè)務(wù)時延不敏感，可以設(shè)計更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，一旦有數(shù)據(jù)發(fā)送，可以迅速進(jìn)入激活態(tài)。NB-IOT因為基于窄帶，帶寬越小，在同樣的資源情況下，資源的利用率會更高。

3.2 NB-IOT技術(shù)的架構(gòu)

智慧水利系統(tǒng)的水利智能監(jiān)控平臺按照物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分為傳感層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層，通過集成平臺進(jìn)行業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的融合，并通過標(biāo)準(zhǔn)的控制指令進(jìn)行設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)水利的智能監(jiān)控。

NB-IOT技術(shù)利用運營商的網(wǎng)絡(luò)組織物聯(lián)網(wǎng)，將水務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集后直接上傳到云端，實現(xiàn)整個城市一張網(wǎng)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、維護(hù)與管理，建設(shè)智慧水利系統(tǒng)。

4 結(jié)語

NB-IOT技術(shù)在水利信息化中的應(yīng)用主要以解決信息不全和共享困難為設(shè)計思路，利用無線網(wǎng)絡(luò)傳感器、云計算、3S、3G等技術(shù)實現(xiàn)水利信息的及時獲取與科學(xué)管理，進(jìn)而在全國范圍內(nèi)建立完善系統(tǒng)的水利資源信息數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)我國水利行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?；谠摂?shù)據(jù)庫，工作人員可以建立一個抗旱防洪、水質(zhì)檢測、多項數(shù)據(jù)監(jiān)測管理、水利工程監(jiān)管、水利信息共享的網(wǎng)絡(luò)平臺，讓政府、企業(yè)與群眾一起參與水利事業(yè)建設(shè)，實現(xiàn)水利系統(tǒng)的智能化管理，提高水資源利用率，解決多項與水有關(guān)的環(huán)境問題。