物聯網技術在黃河治理開發中的應用前景

明恒毅 ，國 莉

（1.濟南黃河河務局，山東 濟南，250032；2.山東黃河物資儲備中心，山東 濟南，250032）

物聯網的概念在1999年由MIT的Kevin Ashton教授首次提出。他提出了在計算機互聯網的基礎上，結合物品編碼，利用射頻識別、無線數據通信等技術，構造一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網“Internet of things”（簡稱物聯網）的設想。

2005年國際電信聯盟發布 《ITU互聯網報告2005：物聯網》，其中物聯網的定義已經發生了變化，不再只是指基于RFID技術的物聯網。報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換。射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。2009年IBM更是提出了“智慧地球”的概念。IBM認為，IT產業下一階段的任務是把新一代IT技術充分運用到各行各業中，具體地說，就是把傳感器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯網。通過物聯網和互聯網的整合從而實現人類社會和現實世界的融合。在此基礎上人類可以更加精細和動態地管理生產和生活，從而達到智能狀態。

1 物聯網在河流治理開發中的應用

物聯網正成為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮。物聯網在各行各業中得到快速而廣泛的應用。隨著物聯網技術的成熟，其在河流治理開發中也發揮出越來越重要的作用。

1.1 IBM哈德遜河智慧水管理

哈德遜河全長約520 km，是美國東部一條最重要的河流，文化、遺產和自然生態資源非常豐富。第二次世界大戰后，全球最大的公司，比如通用電氣、通用汽車、IBM等都在哈德遜河沿岸設立自己的大工廠。由于工業的發展，這條河流遭受到了一定程度的污染。為了配合紐約州政府對整個哈德遜河的保護恢復計劃，IBM聯合美國頂尖科研院校建立了哈德遜河水資源管理中心，這是全世界第一次為一個主要河流入海口設計的綜合檢測預報網。通過了解河流，有利于政府制定長遠的規劃，并以此確定區域的生態保護和長期經濟發展模式。IBM在哈德遜河的河流、河口監測網絡合作項目中，采用了大量的物聯網技術，實現了實時、動態的河流環境監測。IBM采用把各種傳感器安裝在浮標里然后散布在整個流域中的方式，通過其上的無線網絡系統組成分布式的傳感網絡傳輸各種河流的物理、化學、生物指標，并通過一定的數學模型計算，最后用一種非常好的可視化的方式讓政策的制定者、研究人員看到各個層面的虛擬河流，有利于環保政策決定者、區域經濟規劃者、水生物管理人員根據可視化模型進行監管。

1.2 無錫太湖藍藻防治

中國無錫是水網密集的江南水鄉城市，水面積占到城市總面積的三成多。近年來由于工業的迅猛發展造成水體污染、水質富營養化。尤其是太湖藍藻的大面積爆發，嚴重影響了居民生產、生活和無錫市的形象。自2009年，無錫市采用物聯網技術對太湖水質進行監測，取代了依靠人工取水、試驗室化驗的老辦法。在太湖大范圍布放傳感器浮標，通過無線傳輸方式24 h在線監測太湖水的各項變化。浮標搭載的水質監測設備，可迅速測出湖水的pH值、溶解氧、濁度、藍綠藻等7項水質數據，自動將數據無線傳輸到后方的水質監測平臺。無錫市還在太湖布設了21個藍藻巡視點，沿岸建設了13個藍藻分布視頻監視系統，配備了一艘太湖水環境應急監測船和一輛環境監測應急車。目前，正在研究利用飛行機器人進行太湖藍藻監測，利用環境衛星加強遙感監測。據介紹，無錫已建成86個水質自動監測站，結合環境衛星遙感，形成了 “藍藻報警—迅速打撈—快速處理—資源利用”的治藻護水體系，有效遏制了藍藻的大面積爆發。

2 數字黃河工程的進展和存在問題

自黃委實施《“數字黃河”工程規劃》以來，經過10余年的逐步建設，目前“數字黃河”工程的信息基礎設施、應用服務平臺、應用系統已初步建成，有效地支撐了黃河治理開發和管理的主要業務工作，推動了治黃事業的信息化、現代化。建成完善了包括通信傳輸、計算機網絡、數據采集、數據存儲管理、高性能計算平臺等信息基礎設施。并在此基礎設施之上初步建成了由黃委信息中心、黃委水文局、黃河流域水資源保護局、基礎地理數據中心、河南黃河河務局等節點共同構成的分布式的應用服務平臺。包括防汛減災、水資源管理與調度、水資源保護、水土保持生態環境監測、工程建設與管理、電子政務六大子系統的業務應用系統在急用先行、邊建邊用的策略下初步建成，并在黃河治理開發中發揮了重要的作用。

由于在數字黃河10余年建設過程中，包括物聯網在內的各種信息技術得到了迅猛的發展。有些應用在數字黃河工程中的技術已經落后。數字黃河工程體系中的數據采集環節由于受制于當時的技術條件，很多采集手段都采用半自動甚至人工的方式進行，無法實現全天候、高頻次、實時的信息采集。

受傳統思維的影響，數字黃河工程在黃河的治理開發中被定位為非工程措施，影響了信息化在改造傳統黃河治理手段過程中所發揮的作用。信息化設施和防洪工程分別設計、分別施工，視其為完全不同的兩個獨立設施，難以發揮1+1＞2的效果，難以實現數字黃河的遠期目標。

3 物聯網在黃河治理開發中的應用前景

3.1 基礎信息數據采集的智能化有賴于物聯網技術

基礎信息數據半自動、人工方式采集的弊端顯而易見，物聯網技術可以解決某些以往無法自動采集的問題。采用RFID標識所有物料、人員、工程等，使之物聯網化，可以自動采集這些被標識物的信息，遠程跟蹤其位置和流轉過程。從而解決過去靠人工錄入、逐級上報所產生的低效、易出錯、易舞弊的問題，實現資產管理、人員管理和工程管理的信息化、自動化。水文、水質、降雨、墑情等信息可以采用多種傳感器技術，借助浮標、地埋等方式自動采集。由于黃河是一條多泥沙河流，很多現有傳感器可能無法正常工作，通過合作開發的方式解決某些應用中的技術難題，使之完全能夠在黃河的水沙環境條件下正常工作。

3.2 物聯網技術整合防洪工程和信息化設施

大堤、險工、控導等防洪工程和各種信息化工程總是分開設計、分開施工，各種信息化的手段并不能完全發揮他們的效用。假如采用物聯網技術整合防洪工程和信息化設施，可以使之更智能化，可以輕松解決很多過去難于解決的問題。把各種傳感器嵌入大堤、險工、控導中，作為工程整體存在，依托規劃中的中下游傳輸光纜干線傳輸各種基礎數據信息，在現有應用系統之上進行擴展來處理這些數據，以實現防洪工程的智能化監測。

目前對防洪工程出現險情采取人工巡查，險情逐級上報的處理方式。此方式不但要耗費巨大人力、物力，而且還可能會出現漏查、錯報現象。在防洪工程中埋設形變傳感器，用RFID技術標識工程各部分。設定一定的形變閥值，就可以動態地監控工程形態的變化和跟蹤工程各部分的位置。各種工程設施的普查、巡查均可以自動、智能地完成。例如每年進行的根石探摸也可以采用高頻RFID去實現。每個根石嵌入高頻RFID后，險工中的探測器就可以跟蹤其位置。這種方式可以自動完成，避免盲人摸象似的人工方式并優于超聲探測方式。

現有條件下，防洪工程的搶險也是采取逐級上報，核算物料的方式進行。假若采用物聯網技術，各種物料可以實現自動計算。走失的根石可以自動跟蹤，垮塌的部分也可以自動測量，物料的核算刨除了人工方式所帶來的弊端，提高了效率為搶險爭取了寶貴的時間，避免了更大的損失。

4 結語

物聯網技術在黃河的治理開發中有著廣闊的前景。所有基礎信息采集的自動化、智能化也將有賴于物聯網技術去解決和完成。采用物聯網技術整合現有防洪工程和信息化設施，使之更加智能化，才能實現真正意義上的黃河治理開發的現代化，實現“數字黃河”的遠期目標。物聯網技術必將黃河治理開發推上一個嶄新的高度，“數字黃河”也將升級為“智慧黃河”。