物聯(lián)網(wǎng)在水利信息化中的應(yīng)用
——評(píng)《水利信息監(jiān)測(cè)及水利信息化》

許建平，陸趙鋒，陳伯進(jìn)

（1.江蘇省水利科學(xué)研究院，南京210017； 2.江陰市白屈港水利樞紐工程管理處，江蘇 江陰 214400）

水利是國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)步、社會(huì)環(huán)境發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。我國水利工程進(jìn)入全面提速階段，水生態(tài)環(huán)境逐步改善，水利改革有序推進(jìn)，全國各地紛紛加大水利投入。經(jīng)過水利部門與水環(huán)境部門的多年努力，我國已經(jīng)初步建成覆蓋全國水系的水情與水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。水利信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)在于利用先進(jìn)技術(shù)與儀器，實(shí)行動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)，提升水文信息采集的可靠性與實(shí)效性，提升水文信息服務(wù)水平?！端畔⒈O(jiān)測(cè)及水利信息化》是針對(duì)水利信息監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究的著作，該書對(duì)水利信息化的發(fā)展有著重要的參考意義。該書研究了監(jiān)控水利信息所使用儀器的原理，分析了監(jiān)測(cè)水資源的具體操作方法，并且將水利信息進(jìn)行了相應(yīng)的分類整理，全書分為九個(gè)章節(jié)，分別為緒論、水利信息傳感器相關(guān)參數(shù)及檢測(cè)原理、地表水情信息監(jiān)測(cè)、地下水水情、水質(zhì)檢測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)備、滲流監(jiān)測(cè)、水利信息標(biāo)準(zhǔn)化研究與編碼設(shè)計(jì)以及農(nóng)田智能灌溉信息化系統(tǒng)應(yīng)用案例。全書內(nèi)容豐富而具體，是可供水利信息監(jiān)測(cè)人員以及相關(guān)部門參考的重要資料。

《水利信息監(jiān)測(cè)及水利信息化》一書提出，水利信息收集也開始融入現(xiàn)代化的信息技術(shù)，現(xiàn)代化的信息技術(shù)可以更容易、更準(zhǔn)確地收集水利信息，還能夠使用不同信息技術(shù)對(duì)水利信息進(jìn)行處理、傳輸和儲(chǔ)存。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利信息化中應(yīng)用的核心技術(shù)主要包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、3S 技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等。第一，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，其主要用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的信息感知與傳遞。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涵蓋了大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式建立了完善的網(wǎng)絡(luò)。分布在各區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，再經(jīng)過單跳或多跳的形式來發(fā)送數(shù)據(jù)至匯聚節(jié)點(diǎn)，用戶則可以利用匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息收集；第二，射頻識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)是非接觸式的無線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)可以通過掃描識(shí)別編碼識(shí)別目標(biāo)對(duì)象。射頻識(shí)別技術(shù)可以根據(jù)識(shí)別編碼自動(dòng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、監(jiān)控、定位與追蹤。《水利信息監(jiān)測(cè)及水利信息化》一書提出，在水利信息化管理中可以在管理對(duì)象中大量設(shè)置射頻識(shí)別設(shè)備與無線傳感器節(jié)點(diǎn)，以自動(dòng)收集水文信息、水利工程運(yùn)行情況等，以便及時(shí)全面掌握水文情況。第三，3S 技術(shù)。3S 技術(shù)包括RS、GIS 與GPS 技術(shù)，利用地理信息技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等來對(duì)空間信息進(jìn)行全面的采集、分析、傳輸。水利信息化中3S 技術(shù)可以利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)合唱，以便快速、直觀了解水文信息與空間信息，為水資源分配、防汛抗旱、水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)等提供數(shù)據(jù)輔助。第四，云計(jì)算技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中云計(jì)算技術(shù)提供了強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間、計(jì)算機(jī)能力與協(xié)作能力，用戶可以根據(jù)使用需求訪問云端，獲取相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)所需操作。水利信息化中利用云計(jì)算技術(shù)可以模擬水資源的調(diào)度情況、判斷氣候變化，建設(shè)開放的綜合應(yīng)用平臺(tái)，完成水利信息采集、水資源管理、山洪災(zāi)害防治等業(yè)務(wù)，為防汛抗旱、水資源分配等工作服務(wù)。

水利監(jiān)測(cè)工作一直都是我國監(jiān)測(cè)部門工作的重點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)地迅速發(fā)展，水利信息的監(jiān)測(cè)工作也融入了許多現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，這些技術(shù)方便水利監(jiān)測(cè)人員實(shí)現(xiàn)信息資料的收集和處理，可以提高資料收集的效率。《水利信息監(jiān)測(cè)及水利信息化》一書認(rèn)為，在水利監(jiān)測(cè)中融入現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的整體趨勢(shì)，提高了水利監(jiān)測(cè)的效率。在現(xiàn)代化的社會(huì)環(huán)境中，各行各業(yè)都存在了激烈的競爭，水利監(jiān)測(cè)工程建設(shè)也不例外，所以可以憑借使用現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)來提高其市場的競爭力，同時(shí)也推動(dòng)了水利工程的建設(shè)與發(fā)展。水利監(jiān)測(cè)工作具有一定的技術(shù)性，相關(guān)地區(qū)的水利監(jiān)測(cè)部門需要定時(shí)定期地向政府和其他相關(guān)的社會(huì)部門反饋水利監(jiān)測(cè)的各種信息，而水利監(jiān)測(cè)方面需要采集和處理的信息量非常巨大，因此，水利工程負(fù)責(zé)的部門需要使用相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行信息數(shù)字化的處理，提高相關(guān)部門傳播信息的速度，也提高了水利工作部門的工作效率。使用各種信息化的技術(shù)來處理水利信息既可以適應(yīng)社會(huì)進(jìn)展速度的需求，還可以推動(dòng)水利行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利信息化中被應(yīng)用到了水資源與水環(huán)境管理、防旱防汛管理以及農(nóng)業(yè)灌溉方面。水資源與水環(huán)境管理工作中通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控取用水主體、入河排污口、水源地、地下水監(jiān)測(cè)井等等監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過相關(guān)入境水量、出境數(shù)量等水?dāng)?shù)據(jù)來實(shí)行總量控制、定額管理，實(shí)現(xiàn)水資源的精細(xì)管理；防旱防汛管理方面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、多媒體技術(shù)等，可以結(jié)合流域中的水情、旱情、雨情等打造數(shù)字化集成平臺(tái)。如雨情采集系統(tǒng)中運(yùn)用了無線RTU 技術(shù)，實(shí)時(shí)采集水雨情信息，通過觀察降雨強(qiáng)度、河流速度、河流水庫水位等水文信息來為主控中心提供全面的水文數(shù)據(jù)；農(nóng)業(yè)灌溉方面應(yīng)用可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)觀測(cè)土壤中的水分、水質(zhì)等，以隊(duì)水文環(huán)境、水文生態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，為節(jié)水灌溉技術(shù)選擇與應(yīng)用提供決策輔助。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，水利行業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的專業(yè)傳感器技術(shù)已經(jīng)較為成熟。水利工程大多數(shù)的工作都是在戶外完成的，距離上跨度非常大，同時(shí)還具備一定的危險(xiǎn)性，因此安全操作規(guī)范條例較為嚴(yán)格。我國從設(shè)置水利監(jiān)測(cè)工作開始就提倡使用自動(dòng)化和半自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)技術(shù)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種技術(shù)可以很大程度上保證工作人員的安全性。另外，許多工作人員在不斷地使用各種設(shè)備的過程中積攢了很多的工作經(jīng)驗(yàn)，并且其對(duì)設(shè)備的功能、特點(diǎn)十分熟悉，可以為設(shè)備研究的專家提供發(fā)展新型傳感器等設(shè)備的意見。第二，水利監(jiān)測(cè)工作中還融入了傳感網(wǎng)絡(luò)體系的應(yīng)用。水利監(jiān)測(cè)工作是利用傳感網(wǎng)絡(luò)體系最久的部門，而且水利監(jiān)測(cè)工作中的許多工作都需要使用傳感網(wǎng)絡(luò)體系，如水文、水質(zhì)的監(jiān)測(cè)、防洪抗旱、農(nóng)業(yè)灌溉等等。這些水利工作都需要使用相關(guān)的傳感網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。為了及時(shí)地進(jìn)行水利監(jiān)測(cè)工作，我國已經(jīng)建立了可以覆蓋全國的水情管理網(wǎng)絡(luò)，并且設(shè)置了專門進(jìn)行各地水利信息收集的通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于我國水利工作信息化的開展具有十分積極的作用。第三，在我國還建成了一條相對(duì)完整的傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈。在水利行業(yè)中傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用，并且迅速成了水利行業(yè)進(jìn)行工作時(shí)所使用的重要技術(shù)，為水利工作的進(jìn)行奠定了夯實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。另外，隨著傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，與傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)的軟硬件行業(yè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。到目前為止，在我國國內(nèi)已經(jīng)建成了很完全的產(chǎn)業(yè)鏈條，而鏈條中的相關(guān)行業(yè)也進(jìn)行了一定的自我發(fā)展。社會(huì)中的一些研究單位意識(shí)到這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展價(jià)值，正在投入精力進(jìn)行一些先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，并且期望通過過硬的產(chǎn)品來在這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條中占據(jù)一定的地位。

結(jié)合《水利信息監(jiān)測(cè)及水利信息化》一書以及當(dāng)前水利行業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀，物聯(lián)網(wǎng)在水利行業(yè)中的應(yīng)用可以從以下幾個(gè)方面入手：第一，整合核心技術(shù)。為了更好地實(shí)現(xiàn)水利資源信息的收集與共享，需要綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其中，無線網(wǎng)絡(luò)傳感器、RFID、3S、MSTP、3G、云計(jì)算等技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，這些技術(shù)整合在一起就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體融合，實(shí)現(xiàn)水利信息共享的目的。為了可以使相關(guān)部門及時(shí)掌握全國各地的水利信息，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)可以進(jìn)行防旱抗洪、水質(zhì)檢測(cè)、水利建立與運(yùn)行、水土保持監(jiān)測(cè)與管理、水利信息等多個(gè)公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。并且使這些公共服務(wù)平臺(tái)具備全面而綜合的水利信息資料，可以使社會(huì)、政府相關(guān)部門、各企業(yè)單位、個(gè)人都能夠進(jìn)行水利資料的查閱。第二，實(shí)現(xiàn)智能化管理。MSTP、3S、3G、云計(jì)算、智能感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化管理的重要技術(shù)。這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)水利信息采集的智能化，提高工作人員的采集效率，還可以直接利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行水利信息的處理，并且可以直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化信息的共享。除此之外，還能夠使用信息監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控的技術(shù)，進(jìn)行及時(shí)的水源污染發(fā)現(xiàn)。第三，建立水環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來建設(shè)的水環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。水利部門需要針對(duì)較為重要的、容易發(fā)生災(zāi)害的江湖河流的位置進(jìn)行重點(diǎn)的監(jiān)控管理。當(dāng)前部門企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，枉顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)需求，選擇了污染水環(huán)境的方式，使得我國水資源污染現(xiàn)象十分嚴(yán)重，進(jìn)一步導(dǎo)致了水環(huán)境的惡化，破壞了周圍的生態(tài)環(huán)境。基于這一情況水環(huán)境保護(hù)部門已經(jīng)提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展實(shí)時(shí)監(jiān)控，加大對(duì)工業(yè)污染排放的監(jiān)管力度。水利部門可以針對(duì)不同河段排污口的監(jiān)管，掌握水資源的污染狀況，保證水環(huán)境質(zhì)量。另外，還可以設(shè)置智能計(jì)量的監(jiān)控工作，這樣可以減少水資源的浪費(fèi)，并且可以使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器與無線網(wǎng)通信設(shè)備來進(jìn)行資料收集和整理工作，同時(shí)再通過這些設(shè)備進(jìn)行信息的傳遞，方便工作人員準(zhǔn)確地掌握水資源的使用情況。如果發(fā)生任何水資源的使用異常狀況，工作人員就可以及時(shí)地進(jìn)行檢。第四，收集水質(zhì)信息。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用讓工作人員全面的數(shù)字水資源的水質(zhì)情況，為相關(guān)部門進(jìn)行水資源的利用與管理提供資料支持。相關(guān)部門可以利用物聯(lián)網(wǎng)建立信息采集系統(tǒng)、水雨情信息采集系統(tǒng)、災(zāi)情信息采集系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，且通過不同系統(tǒng)中警報(bào)功能來實(shí)現(xiàn)防旱防風(fēng)防汛的預(yù)防。利用信息采集系統(tǒng)，工作人員可以根據(jù)實(shí)際需求了解某一流域的水資源的狀況，將水資源當(dāng)時(shí)的雨水狀況、旱災(zāi)狀況、洪災(zāi)狀況等狀況整合起來，形成一些數(shù)字化的信息環(huán)境平臺(tái)，為進(jìn)行決策提供全面可靠的信息。防洪災(zāi)害方面水利部門可以利用物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)雨水收集系統(tǒng)和預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，通過不同系統(tǒng)單協(xié)調(diào)運(yùn)作來實(shí)現(xiàn)防洪語境功能，以便工作人員及時(shí)調(diào)整工作計(jì)劃，減輕災(zāi)情帶來的損失。