物聯網技術在水利業務中的應用

李奇林

（湖南省水利廳信息中心　長沙市　410007）

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物聯網技術在水利業務中的應用

李奇林

（湖南省水利廳信息中心長沙市410007）

【摘要】隨著水利信息化建設的不斷深入，一系列業務與集成問題逐漸暴露出來，成為水利信息化發展的瓶頸，物聯網的出現和發展給這些問題的解決帶來了契機。文章在介紹水利信息化建設現狀的基礎上，分析了當前水利信息化建設的難點，研究提出物聯網在水利信息監測、管理和分析等方面的實施解決方案。

【關鍵詞】物聯網技術水利信息化應用展望解決方案

近年來，水利事業進入新的發展階段，黨中央、國務院把水利事業作為全面建設小康社會、加快推進社會主義現代化的重大歷史任務，水利部提出“要以水利信息化帶動水利現代化”，把信息化擺在十分重要的戰略位置。推進水利信息化是轉變水利發展方式、調整水利結構的重要抓手，是提升水利行業綜合實力、經濟競爭力和現代化水平的重要支撐，但是當前水利信息化建設存在監測自動化程度低、傳輸網絡覆蓋不夠等難點問題，不能很好地適應經濟社會快速發展和水利工作的要求，而物聯網的出現與逐步成熟為我們帶來了新的發展契機。

1　水利信息化建設現狀

1.1水利信息化建設主要成果

（1）水利信息網覆蓋面擴展迅速。近幾年水利信息網建設取得了長足的進展，政務內網建設穩步向前，政務外網建設進展迅速。湖南省大多數廳直屬單位和地市級水行政主管部門通過100m光纖接入方式，快速、穩定地訪問Internet網絡。聯接至國家防總、長江委、省政府、省軍區、省氣象局和水文氣象等部門的水利信息網正逐步完善并發揮效益，為實現語音、數據、圖像網絡傳輸與“三網合一”奠定了基礎。

（2）信息存儲服務能力不斷提高。水利部門已配備的各類存儲設備存儲能力有較大提升，數據內容覆蓋防汛抗旱、水文、水利工程、地理空間、水土保持、水利電子政務和水利文檔等方面。湖南省水利廳綜合數據庫一期工程，數據涵蓋湖南省萬余座大中小型水庫、135處湖區大型電排、256處萬畝以上堤垸、部分大中型灌區的工程信息，以及實時水文氣象信息、各類水利業務統計資料和報表等信息，為全省水利信息資源的積累建立起統一規范的數據中心平臺。

（3）信息化新技術應用逐步擴展。遙感技術已廣泛應用于災害性天氣預報和水旱災害監測，視頻傳輸技術在防汛抗旱遠程會商和指揮調度過程中發揮了突出作用，可視化技術正逐步應用于流域和水利對象的跟蹤、模擬展示與管理，越來越多的數學模型、分析軟件在水利工作中得到應用。省水利廳異地會商視頻會議系統涵蓋14個地市級水利部門、100余個區縣級水利部門；采用視頻壓縮雙向傳輸技術建成的大型水庫視頻監控系統，為水庫調度決策提供了實時監控手段。

（4）水利信息公眾服務更加深入。各級水利主管部門建立了向社會公眾提供信息服務的水利網站，網站近年來在政務公開、在線辦事、公眾互動等方面得到進一步加強。湖南水利網曾連續5年被評為省優秀網站。網上行政審批系統，向社會公開行政許可審批事項，提供網上申請、網上跟蹤辦理結果功能，大大增加工作的透明度，增強服務功能，提高了工作效率和服務水平。

（5）水利信息采集與監控自動化水平逐步提升。湖南省逐步建設和完善水文、水土保持、水質、工情、墑情和旱情等信息采集點，實現信息的自動采集、處理、傳輸和應用，提升了信息時效性和水利工程的安全運行水平。

（6）水利業務支撐應用明顯增強。一批水利業務應用系統相繼投入運行，應用范圍涵蓋水利行政和業務的各個主要方面。特別是在防汛抗旱應用系統建設方面，發展十分迅速，防汛抗旱會商系統、防汛抗旱報表管理系統、防汛地理信息系統、山洪災害預警系統、防汛抗旱視頻會議系統等相繼投入使用，為各級領導及時了解全省防汛形勢和科學決策提供了較好的平臺，在抵御臺風和防汛抗旱減災工作中發揮了重要作用。在日常辦公方面，水利行政資源管理系統、電子公文傳輸系統在全省推廣應用，實現了廳機關、省廳與市（州）水利局之間公文流轉無紙化，在提高工作效率、節省人力物力和提高公共服務能力等方面效益顯著。

1.2當前水利信息化建設的難點

當前水利信息化建設總體處于發展的初級階段，還遠不能適應經濟社會快速發展和水利工作的要求。就湖南省來說，當前水利信息化建設的難點主要表現在如下幾個方面：

（1）監測自動化程度低。雨水情、工情信息自動監測程度不高，部分監測手段技術難度大，水利工程的信息化控制水平較低。

（2）傳輸網絡覆蓋不夠。點多面廣，地處偏遠，信息流量大，傳輸網絡難以覆蓋，通信不暢，傳輸時效低。

（3）應用系統龐大復雜。信息量大，業務應用的理論模型邊界復雜，海量計算，各應用系統涵蓋內容多，業務相互交叉。

（4）信息共享不足。水利行業的行政區域管理模式，信息資源分散于不同業務部門，形成大量信息孤島，信息基礎設施與共享機制建設不配套，信息開發與綜合利用的能力較低，使得有限的信息資源沒有成為可以共享的公共資源，信息資源利用效率低、效益差。

2　水利信息化與物聯網技術

2.1物聯網的發展歷程

物聯網技術是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。

物聯網1999年誕生，2005年普及，2009年大發展。物聯網這個詞，國內外普遍公認的是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID時最早提出來的。在2005年國際電信聯盟（ITU）發布的同名報告中，物聯網的定義和范圍已經發生了變化，覆蓋范圍有了較大的拓展，不再只是指基于RFID技術的物聯網。

自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，寫入“政府工作報告”，物聯網在中國受到了全社會極大的關注。

2.2物聯網與水利信息化

水利信息化就是充分利用現代信息技術，深入開發和廣泛利用信息資源，實現信息交流和資源共享，實現各類水利信息及其處理的數字化、網絡化、集成化、智能化，促進傳統水利向現代水利和可持續發展水利的轉變。目前水利信息化重點建設領域有：①洪旱預警：通過雨量計、水位儀、蒸發儀、土壤含水監測儀、泥石流、干旱暴發前及時預警；②水資源調度：通過對水位、流量、水質等監測，利用閘、泵、閥等設施，控制水庫、河道、供用水管網，實現豐水期和缺水期的水資源調度；③水利設施監控：通過位移變形、滲壓滲流、裂縫、應力應變等多種傳感器，實現水利工程設施的監控；④水生態監控：通過總氮、總磷、營養鹽和氯化物等多種水質監測傳感器，實現對水污染和生態環境的監控；⑤水利電子政務：水利行業協同辦公、政務審批等。

要實現對水資源的有效開發、利用、治理、配置、節約保護，離不開對水資源信息的監測、管理和分析，物聯網給我們提供了很好的技術解決方案。物聯網將會使水利信息化的難點問題如監測自動化程度低、傳輸網絡覆蓋不夠等得到很好的解決，將在水利信息化的熱點問題如洪旱預警、水生態監控、水利設施監控、水資源調度等方面得到越來越廣泛的應用，物聯網應用包含三個層次：

（1）感應網絡：即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現“物”的識別。在水利行業中，主要有雨情監測、水情監測、工情監測、水質監測、水土保持監測等。

（2）傳輸網絡：即通過現有的互聯網、廣電網、通信網或者下一代互聯網，實現數據的傳輸和計算。

（3）應用網絡：即應用的處理和存儲等輸入輸出控制終端，包括手機等終端。水利行業主要有處理中心、服務器、PC、筆記本、手機等。

3　物聯網技術在水利業務中的應用

3.1基于物聯網的智能水利平臺

目前，傳感網絡系統在水利工程實際應用已初具規模，水利行業具備發展物聯網得天獨厚的基礎條件。在傳感網絡的支撐下，水利部門建成了覆蓋全國的實時水情計算機廣域網、水利信息骨干網等通信網絡，并開展了水量調度、水文預報、水利電子地圖、決策支持、自動化辦公等方面的深入研究。可以說，水利部門已經初步建立了行業物聯網的雛形。

伴隨“物聯網”的概念走入實質，加之政府層面的重視與推動，物聯網與水利聯姻已成現實。打造一個基于物聯網的智能水利平臺，將給水利從前端、傳輸，到后端處理都帶來實質的改變，將全面提升防汛防旱決策指揮、水環境治理、水資源管理的信息化和智能化水平，實現智能感知、智能調度和智能管理。基于物聯網的智能水利平臺系統架構分為以下四個層次。

（1）數據采集層：實現數據的前端采集，為系統提供最基礎的數據；并利用短距離無線通信等方式，實現多個智能水位計、雨量計的自組網通信，經網關通過GPRS實現與智能管理中心的水位、雨量的數據實時采集。

（2）基礎平臺層：對采集到的基礎數據進行儲存和分發。位于數據中心的智能管理中心，開發信息采集程序，不斷接受來自各個物聯網智能產品發來的實時信息；并直接進入實時數據。

（3）業務應用層：實現水利工作信息化、智能化管理；具有水情自動測報系統、計算機監控系統、水利工程安全監測系統、山洪災害預警系統、水利工程基本信息管理系統、水資源管理系統、水環境監測預警系統、水利工程聯合調度系統、會商決策支持系統、工程信息多媒體查詢統計和系統用戶權限管理等功能模塊。

（4）服務表現層：基于B/S、C/S、WebGIS、GIS信息查詢，滿足各種智能云終端查詢服務的需求。

3.2物聯網在湖南防汛系統中的應用

（1）湖南省防汛移動視頻采集系統。湖南省防汛移動視頻采集系統是防汛救災指揮決策的重要系統，系統與省防汛會商指揮中心桌面會議系統、全國水利視頻會議系統、全省水庫視頻監控系統互連互通，可選擇4G或衛星傳輸方式，移動終端與固定端終端之間能夠實現雙向語音和上傳視頻，移動終端支持會議組網功能，能夠接入GB/T28181或DB33/ T729視頻監控聯網共享平臺，上傳到省委、省政府、水利部應急視頻平臺，并包含蘋果系列終端防汛視頻流媒體服務系統、安卓系列終端防汛視頻流媒體服務系統、防汛會商GPS服務系統等子系統。

本系統可接收蘋果系列、安卓系列終端的視頻點播請求，將移動視頻會商終端采集到的實時音視頻、中心端視頻會商終端采集到的實時音視頻、湖南省水庫視頻監控系統各個監控點的實時音視頻發送到終端上播放，視頻壓縮標準采用H.264，音頻壓縮標準為G.711G.726AMR-N等，系統可同時受理50路以上的點播請求。

本系統可接收全省移動視頻會商終端的實時衛星定位位置信息，在谷歌衛星地圖和平面電子地圖上顯示移動視頻會商終端對象。在衛星地圖或平面電子地圖上點擊移動視頻會商終端圖標，即自動呼叫移動視頻會商終端，建立音視頻會話，顯示視頻。

（2）湖南省水利廳綜合數據庫移動查詢平臺。該平臺支持異構環境中的框架、構件的互聯和通信，實現跨平臺獲取數據。充分整合湖南省防汛地理信息系統、防洪工程數據庫系統、水利廳綜合數據庫系統、水利廳行政資源管理系統、水資源管理系統、水環境監測預警系統、水利工程信息管理系統等系統的信息資源，為湖南省提供全方位的移動指揮辦公手段。用戶使用智能手機和4G網絡，通過WAP頁面隨時隨地獲取實時雨水情信息、水利工程信息、動態報表、衛星云圖、氣象信息等數據。系統同時提供災情信息上報功能，用戶使用智能終端將當前工情、汛情、險情、旱情等信息，通過GPS定位當前位置，通過GPRS發到信息中心，為決策專家提供重要的輔助決策支持。

4　物聯網技術在水利業務中的展望

通過物聯網技術的應用，使水利信息化的難點問題如監測自動化程度低、傳輸網絡覆蓋不夠等得到很好的解決，大大降低了行政成本，提高了工作效率，效益顯著。

這是一個萬物互聯的時代，公共安全、智能家居、智能消防、工業檢測、交通物流以及個人健康等領域，都在快速步入物聯發展的快車道，水利業務既是政務關鍵業務，也與民生緊密聯合，物聯網技術將在水利信息化的熱點問題如防洪預警、水資源調度、水生態監控、水利設施監控等方面得到越來越廣泛的應用，從而全面提升水利管理及防汛防旱決策指揮的信息化和智能化水平。在水利業務借助物聯技術快速發展的同時，我們還可以進一步擴展與延升，比如通過物聯技術自動拉通勘探、建設、安全、環保、警務、水利產業的監督與治理等，通過物聯實現信息的無縫鏈接，從而形成智能大數據，將水利事業的發展帶入新的發展階段。

5　結　語

任何新興事物的發展都會有兩面性，物聯網技術為我們帶來了新的機會，并聯合其他技術的使用使水利業務開展更加全面、高效與便捷，我們在使用與選擇時同時也要考慮新技術的可靠性、穩定性和安全性，對技術的盲目使用也許會帶來更多的問題，所以我們必須加強自身知識建設，提升業務水平，加強對技術的理解與把控，放大有利面，規避問題面，保障水利信息化建設的健康、高效發展。

作者簡介：李奇林（1982-），女，碩士，工程師，從事計算機技術與應用（信息化建設管理）工作。

收稿日期：（2016-03-25）