水資源管理中物聯網技術的應用實踐研究

楊 冬

(遼寧省水文局，沈陽 110003)

1 物聯網技術的涵義

所謂物聯網技術，實質上我們可以將其理解成是一個巨大網絡，是由互聯網和各種各樣的信息傳感器所構成，因而又叫作傳感網。在物聯網技術的應用下，能夠自行將所有的設備或物品同網絡連接起來，以此實現管理與識別。具體說來，物聯網作為全新的一個網絡技術，是新時代背景下衍生的產物，同時又作為通訊、傳感器、微電子和低功耗等技術綜合體，能夠被應用在很多個領域中，如：智能電網、醫療健康、安全監控、生態環境保護監測以及交通智能管理等。

自物聯網技術出現后，便引起了世界各國關注，尤其是在一些較發達國家，他們將物聯網技術看成是新的一種科技發展戰略，并根據物聯網技術自身所蘊含的特征，將其應用在多個領域中。我們將視角從全世界范圍收回到國內會發現，物聯網技術在國內興起的時間也不遲，諸如：2010年，國務院領導同志便提出了“感知中國”、“智慧中國”等新的口號與理念，這便意味著國內已將物聯網技術納入發展正題。

2 物聯網技術的主要構成

想要將理論上的物聯網技術應用到日常實踐中，就需要對物聯網技術主要構成有所了解，諸如：中間件技術、RFID技術、云計算技術以及無線傳感網技術等都是需要掌握的關鍵技術如圖1所示。

圖1 物聯網體系架構示意圖

2.1 中間件技術

所謂中間件技術，實質上是一種存在于業務應用層和技術設備管理層之間的新型軟件技術，可以將其看成是業務應用程序、信息感知以及采集設備間的連接橋梁。各程序用戶即便是不了解各種程序間的邏輯結構、內部復雜物理關系等均能夠展開技術封裝工作，以此為程序廣泛的使用奠定基礎或提供條件。

一般而言，物聯網中間件技術遵循的是SOA原則，即在這一原則的遵循下，原本復雜的系統結構會逐漸比分解，直至簡化，經過多年的工作實踐我們發現，中間件技術的應用能夠幫助物聯網實現智能化管理。圍繞著SOA原則進行分析，發現中間件架構主要包含有五方面內容，這些內容分別是：服務管理、實體對象、應用、對象抽象以及服務融合。這五方面內容又可以看成是五個不同層次，其中每一層次代表著不同功能屬性。

諸如：服務管理層主要是對物聯網中存在的實體對象進行管理，管理的作用在于保證物聯網在具體應用中能夠發揮出實體對象管理作用；而實體對象作為最底層架構，又是由多個不同功能設備所構成，這些設備具有特定功能，并且這些功能能夠看成是物聯網機構的基礎構成。

2.2 RFID技術

所謂RFID技術，實質上是一種不需要接觸便可實現自動化識別的新技術類型，這一技術通過物體發射的信號能夠自動識別出目標對象，隨后還會獲取目標對象相關的屬性數據信息等，諸如：材料、大小和顏色等。具體說來，RFID技術技術不僅能自動完成對象識別工作，而且對于化學藥品、水以及由等腐蝕性物品表現出較強的抵抗性。針對以上特征，將其應用在一些人類無法難以到達的惡劣環境中就顯得非常有必要，諸如：黑暗的、涉及范圍較大的惡劣環境。

RFID技術主要是由三部分內容所構成，分別是后臺數據處理器、標簽以及讀寫器。首先對于后臺數據處理器而言，其主要作用在于感知與識別目標對象，以便為RFID系統提供重要的運行參考依據。現階段，因為RFID技術自身所具備的適應環境強、信息存儲量大、操作快捷以將識別精度高等優勢，促使其應用的范圍越來也廣。此外，隨著科學技術水平的發展，RFID技術也越來越趨于成熟，隨著其應用的范圍逐步增大，將其應用在物聯網技術中非常有必要，從物聯網近期的發展來看，RFID技術在其中的應用推動了其朝著更加智能化、多元化的方向前行。

2.3 無線傳感網技術

所謂無線傳感網技術，實質上是由大量固定的傳感器節點通過無線通信方式所構成的一個多跳自組織的網絡結構。在這一技術中集合了海量計算、微電子以及無線通信等技術，不僅能夠對信息進行傳輸、感知、匯總和采集等操作，而且在一定范圍內還能夠有效監測環境狀況以及目標對象，簡單說來便是無線傳感網技術的應用，能夠為智能化信息處理工作提供科學的信息處理及來源方式。

通過大量資料文獻查閱我們發現，無線傳感網技術自身所具備的優勢較為明顯，諸如：數據動態性、安全性、抗干擾行以及可靠性監測系數高，因而能被廣泛的應用在農業、醫療、安全防護以及物流等領域中。如：將無線傳感網技術應用到農業生產領域中，不僅提高了第一產業信息化運作效率和管理水平，而且還有效地降低了農業經營生產成本，進一步保證農民經濟收益?？梢?，物聯網技術的可持續發展離不開無線傳感網的應用與發展，這一技術能夠為智能化應用管理目標的實現提供重要的技術支撐。

3 物聯網技術在水資源管理中的應用實踐

3.1 項目背景

現階段，遼寧省正在大力推行“三網融合”建設，主要目的是為了加快物聯網發展應用進程。各部門應在水資源智慧網絡平臺的應用下，盡快將一個現代化水資源管控體系構建出來，以此實現對區域水資源更加深入的智能洞察、更加透徹的感應以及更加全面的計量等工作，從而保證水資源管理的有效性。

3.2 項目概述

遼寧省水利廳采用現代化物聯網技術，在重要水源地布設了水質智能監測設備和傳感器等物聯網設備，用以搜集各類水質數據信息，并通過無線網絡技術的傳輸，將數據提供給上層的水質自動監測預警平臺，對水質變化實施全天候動態監測，實現對4個取水口、3個水庫水質的動態管理，為相關區域的水質治理提供了數據支撐。

3.3 設計思路

系統設計以解決水利信息資源不足和共享困難等問題作為突破口，以增強信息深加工能力、提供高水平專業應用服務為主攻方向，緊緊圍繞“系統融合，資源共享”這一主線，利用 MSTP、3S、云計算、3G和智能感知等技術等，實現4個取水口、3個水庫的水質情況的精準掌握和科學管理。

3.4 應用設計

遼寧省水質自動監測系統根據物聯網體系，至下而上分為感知、傳輸和應用三層架構。其中，安全體系、技術標準和建設運行管理為整個系統提供可靠的保障環境。

圖2 水質自動監測系統架構示意圖

1)感知層：感知層是通過水質智能監測設備和傳感器等物聯網手段，實現智能感知，包括五參數監測傳感設備、氨氮監測傳感設備等。

2)傳輸層：傳輸層是通過建設通信系統、計算機網絡和數據中心，利用 MSTP、3G、云計算等信息技術，搭建一個業務信息基礎承載平臺，滿足各種數據、語音、圖像及時準確的傳輸。

3)應用層：業務應用層是在底層信息采集的基礎上，實現對水質情況進行分析，對緊急水質情況進行報警。

4) 遼寧省水質自動監測系統運行離不開安全可靠的保障環境。通過制定和頒布行業信息化標準確保水利系統融合、資源共享的基本要求；通過建立安全策略、安全法規、安全管理、安全標準、安全技術、安全基礎設施和安全服務等的安全體系，保證水利信息化健康、有序發展；通過建立建全運行管理體系加強水利信息化建設的組織協調，合理配置資源，提高管理的效率，確保項目穩定有效。

3.5 應用效果

截止到2017年初， 遼寧省水質自動監測系統共建設了水質自動化監測站點。經實地走訪我們了解到，這些設置的監測站點不僅為水質治理提供了有利的參考依據，而且能夠第一時間將采集到的水質變化數據信息反饋給各級部門，幫助他們及時了解到區域內水質變化情況、污染源排污情況等，實現區域水文的實時動態監管。

4 總 結

將物聯網應用于水質自動監測項目，實現了智慧示范性應用，在簡約化操控條件下，相關野外設施設備實現物聯互通，忠實執行基層水利管理人的意志，全面高效快捷地執行水質監測任務，為水質治理項目提供了強大的數據支撐。

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