基于NB-IOT技術的智慧水利系統

文/袁園

水利信息化是利用科技含量較高的智能化手段，充分開發與利用水資源，實現水利資源信息的科學管理。將物聯網技術應用于水利信息化，可以顯著提升水利建設事業的價值，為經濟的快速發展提供更加全面的水利信息服務。水利信息化可以提高信息采集、傳輸的時效性和自動化水平，是水利現代化的基礎和重要標志。為適應國家信息化建設、信息技術發展趨勢、流域和區域管理的要求，大力推進水利信息化的進程，全面提高水利工作科技含量，是保障水利與國民經濟發展相適應的必然選擇。水利信息化的目的是提高水利為國民經濟和社會發展提供服務的水平與能力。

1 國內外現狀

1.1 國內外發展——國外情況

在國外水利信息化的發展已經很成熟，最典型的幾個智慧水利系統如下：

1.1.1 美國國家智慧水網

IBM公司將智慧水網作為“智能地球” 重要組成，并為提出了三個關鍵詞：自動化、交互性、智能化。智慧水網可精密感知水網狀態，實現氣象、市政等多部門信息的應用，并將感知、通信、控制及調度系統集成，傳感器和儀表可實時偵測到儲存水量和管道水量，并通過調度系統的優化配置引導管道水流路徑。

1.1.2 美國德州蒸散發網絡

該項目是美國德克薩斯州灌溉技術中心的一個項目，提供天氣數據、當前和平均蒸散發數據，收集網絡信息，并提供面向公眾的服務系統，為用戶提供灌溉建議，系統可根據作物生長情況、土壤墑情及當前蒸散發值等自動灌溉

1.2 國內外發展——國內情況

中國重點水利項目已進入建設高峰期，水利信息化需求不斷增加，水利行業中的特定領域，例如水資源管理、防洪減災等領域，對于監控精度的準確性、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建立的一套集藍藻湖泛、智能感知、打撈車船智能調度和信息綜合管理于一體的智慧水利物聯網系統。系統由藍藻湖泛傳感器、實時傳輸無線網絡節點設備、打撈和智能終端等新型設備組成。

（2）無錫市感知太湖智慧水利試點。

（3）浙江臺州“智慧水務”試點。

2 發展趨勢

2.1 水利投資規模持續增長

中國產業信息研究網發布《2018-2023年中國水利信息化行業市場深度調研與投資戰略分析報告》數據顯示：截至2018年2月28日，2018年已累計安排中央水利建設投資計劃2248.0億元，其中中央投資1432.7億元，包括中央預算內水利投資815.3億元、中央財政水利發展資金617.4億元。截止2017年，我國“十三五”期間重點水利計劃工程達172個。在重點工程建設上，172項節水供水重大水利工程項目加快推進，已累計開工119項，水利基礎設施骨干網絡不斷健全。

2.2 新技術發展提升水利信息化水平

NB-IOT技術在水利行業的應用現狀可概括為以下三個方面。

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

（2）傳感系統網絡已初具規模。物聯網技術已經應用于水文水質、防洪抗旱、灌溉等諸多方面，現階段，在全國范圍內建立了實時水利信息局域網，有利于完成準確的水文預報，還有利于其他管理項目的順利進行。

（3）傳感網絡產業鏈已經形成，主要包括傳感器、二次采集設備、中央監控設備等，為水利行業的快速發展注入了源源不斷的動力。

2.3 水利信息化需求加大

《水利改革發展“十三五”規劃》指出要推進水利信息化建設。結合網絡強國戰略、“互聯網+”行動計劃、國家大數據戰略等，全面提升水利信息化水平，以水利信息化帶動水利現代化。大力推進水利信息化資源整合與共享，建立國家水信息基礎平臺，提升水利信息的社會服務水平。

3 可行性分析

3.1 NB-IOT技術的特點

NB-IOT技術屬于LPWA技術的一種，它具備強覆蓋、低成本、小功耗、大連接這四個關鍵特點。NB-IOT的基站是基于物聯網的模式進行設計的。它的話務模型是終端很多，但是每個終端發送的包小，發送包對時延的要求不敏感。基于NB-IOT，基于對業務時延不敏感，可以設計更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，一旦有數據發送，可以迅速進入激活態。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技術的架構

智慧水利系統的水利智能監控平臺按照物聯網的架構分為傳感層、網絡層、業務層，通過集成平臺進行業務和數據的融合，并通過標準的控制指令進行設備進行控制，實現水利的智能監控。

NB-IOT技術利用運營商的網絡組織物聯網，將水務業務數據采集后直接上傳到云端，實現整個城市一張網，進行大數據分析、維護與管理，建設智慧水利系統。

4 結語

NB-IOT技術在水利信息化中的應用主要以解決信息不全和共享困難為設計思路，利用無線網絡傳感器、云計算、3S、3G等技術實現水利信息的及時獲取與科學管理，進而在全國范圍內建立完善系統的水利資源信息數據庫，促進我國水利行業的可持續發展。基于該數據庫，工作人員可以建立一個抗旱防洪、水質檢測、多項數據監測管理、水利工程監管、水利信息共享的網絡平臺，讓政府、企業與群眾一起參與水利事業建設，實現水利系統的智能化管理，提高水資源利用率，解決多項與水有關的環境問題。