物聯網在水利信息化中的應用
——評《水利信息監測及水利信息化》

許建平，陸趙鋒，陳伯進

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

水利是國民經濟進步、社會環境發展的基礎設施。我國水利工程進入全面提速階段，水生態環境逐步改善，水利改革有序推進，全國各地紛紛加大水利投入。經過水利部門與水環境部門的多年努力，我國已經初步建成覆蓋全國水系的水情與水質監測網絡。水利信息監測系統建設目標在于利用先進技術與儀器，實行動態在線監測，提升水文信息采集的可靠性與實效性，提升水文信息服務水平?！端畔⒈O測及水利信息化》是針對水利信息監測進行研究的著作，該書對水利信息化的發展有著重要的參考意義。該書研究了監控水利信息所使用儀器的原理，分析了監測水資源的具體操作方法，并且將水利信息進行了相應的分類整理，全書分為九個章節，分別為緒論、水利信息傳感器相關參數及檢測原理、地表水情信息監測、地下水水情、水質檢測、滑坡監測技術及設備、滲流監測、水利信息標準化研究與編碼設計以及農田智能灌溉信息化系統應用案例。全書內容豐富而具體，是可供水利信息監測人員以及相關部門參考的重要資料。

《水利信息監測及水利信息化》一書提出，水利信息收集也開始融入現代化的信息技術，現代化的信息技術可以更容易、更準確地收集水利信息，還能夠使用不同信息技術對水利信息進行處理、傳輸和儲存。當前物聯網技術在水利信息化中應用的核心技術主要包括無線傳感器網絡技術、射頻識別技術、3S 技術、云計算技術等。第一，無線傳感器網絡技術。無線傳感器是物聯網技術的核心，其主要用于物聯網應用中的信息感知與傳遞。無線傳感器網絡涵蓋了大量微型傳感器節點，通過自組織的方式建立了完善的網絡。分布在各區域的傳感器節點會對周邊環境進行目標檢測，再經過單跳或多跳的形式來發送數據至匯聚節點，用戶則可以利用匯聚節點進行信息收集；第二，射頻識別技術。射頻識別技術是非接觸式的無線自動識別技術，該技術可以通過掃描識別編碼識別目標對象。射頻識別技術可以根據識別編碼自動對目標進行識別、監控、定位與追蹤。《水利信息監測及水利信息化》一書提出，在水利信息化管理中可以在管理對象中大量設置射頻識別設備與無線傳感器節點，以自動收集水文信息、水利工程運行情況等，以便及時全面掌握水文情況。第三，3S 技術。3S 技術包括RS、GIS 與GPS 技術，利用地理信息技術、衛星定位技術、互聯網技術等來對空間信息進行全面的采集、分析、傳輸。水利信息化中3S 技術可以利用互聯網實現技術合唱，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、水質監測評價等提供數據輔助。第四，云計算技術。物聯網技術中云計算技術提供了強大的存儲空間、計算機能力與協作能力，用戶可以根據使用需求訪問云端，獲取相關信息，實現所需操作。水利信息化中利用云計算技術可以模擬水資源的調度情況、判斷氣候變化，建設開放的綜合應用平臺，完成水利信息采集、水資源管理、山洪災害防治等業務，為防汛抗旱、水資源分配等工作服務。

水利監測工作一直都是我國監測部門工作的重點，隨著科學技術地迅速發展，水利信息的監測工作也融入了許多現代化的科學技術，這些技術方便水利監測人員實現信息資料的收集和處理，可以提高資料收集的效率。《水利信息監測及水利信息化》一書認為，在水利監測中融入現代化的科學技術是時代發展的整體趨勢，提高了水利監測的效率。在現代化的社會環境中，各行各業都存在了激烈的競爭，水利監測工程建設也不例外，所以可以憑借使用現代化的科學技術來提高其市場的競爭力，同時也推動了水利工程的建設與發展。水利監測工作具有一定的技術性，相關地區的水利監測部門需要定時定期地向政府和其他相關的社會部門反饋水利監測的各種信息，而水利監測方面需要采集和處理的信息量非常巨大，因此，水利工程負責的部門需要使用相關的技術進行信息數字化的處理，提高相關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來處理水利信息既可以適應社會進展速度的需求，還可以推動水利行業的發展。當前物聯網技術在水利信息化中被應用到了水資源與水環境管理、防旱防汛管理以及農業灌溉方面。水資源與水環境管理工作中通過物聯網技術監控取用水主體、入河排污口、水源地、地下水監測井等等監測點。通過相關入境水量、出境數量等水數據來實行總量控制、定額管理，實現水資源的精細管理；防旱防汛管理方面物聯網技術中的計算機網絡技術、監測技術、多媒體技術等，可以結合流域中的水情、旱情、雨情等打造數字化集成平臺。如雨情采集系統中運用了無線RTU 技術，實時采集水雨情信息，通過觀察降雨強度、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據；農業灌溉方面應用可以利用物聯網技術觀測土壤中的水分、水質等，以隊水文環境、水文生態進行監控，為節水灌溉技術選擇與應用提供決策輔助。

物聯網技術在水利行業中的應用現狀主要表現在以下幾個方面：第一，水利行業中物聯網技術中的專業傳感器技術已經較為成熟。水利工程大多數的工作都是在戶外完成的，距離上跨度非常大，同時還具備一定的危險性，因此安全操作規范條例較為嚴格。我國從設置水利監測工作開始就提倡使用自動化和半自動化的監測技術來進行監測，這種技術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備的過程中積攢了很多的工作經驗，并且其對設備的功能、特點十分熟悉，可以為設備研究的專家提供發展新型傳感器等設備的意見。第二，水利監測工作中還融入了傳感網絡體系的應用。水利監測工作是利用傳感網絡體系最久的部門，而且水利監測工作中的許多工作都需要使用傳感網絡體系，如水文、水質的監測、防洪抗旱、農業灌溉等等。這些水利工作都需要使用相關的傳感網絡的技術。為了及時地進行水利監測工作，我國已經建立了可以覆蓋全國的水情管理網絡，并且設置了專門進行各地水利信息收集的通信網絡，對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完整的傳感網絡產業鏈。在水利行業中傳感監測網絡技術得到了廣泛的運用，并且迅速成了水利行業進行工作時所使用的重要技術，為水利工作的進行奠定了夯實的技術基礎。另外，隨著傳感網絡技術的迅速發展，與傳感網絡技術相關的軟硬件行業也得到了相應的發展。到目前為止，在我國國內已經建成了很完全的產業鏈條，而鏈條中的相關行業也進行了一定的自我發展。社會中的一些研究單位意識到這個產業鏈條的發展價值，正在投入精力進行一些先進技術的研發，并且期望通過過硬的產品來在這個產業鏈條中占據一定的地位。

結合《水利信息監測及水利信息化》一書以及當前水利行業信息化發展現狀，物聯網在水利行業中的應用可以從以下幾個方面入手：第一，整合核心技術。為了更好地實現水利資源信息的收集與共享，需要綜合運用物聯網技術。其中，無線網絡傳感器、RFID、3S、MSTP、3G、云計算等技術是物聯網技術的核心，這些技術整合在一起就可以實現系統的整體融合，實現水利信息共享的目的。為了可以使相關部門及時掌握全國各地的水利信息，可以利用物聯網技術建設可以進行防旱抗洪、水質檢測、水利建立與運行、水土保持監測與管理、水利信息等多個公共服務平臺的建設。并且使這些公共服務平臺具備全面而綜合的水利信息資料，可以使社會、政府相關部門、各企業單位、個人都能夠進行水利資料的查閱。第二，實現智能化管理。MSTP、3S、3G、云計算、智能感知技術是物聯網技術實現智能化管理的重要技術。這些技術可以實現水利信息采集的智能化，提高工作人員的采集效率，還可以直接利用網絡技術來進行水利信息的處理，并且可以直接進行網絡化信息的共享。除此之外，還能夠使用信息監測與視頻監控的技術，進行及時的水源污染發現。第三，建立水環境檢測系統。利用物聯網技術來建設的水環境檢測系統。水利部門需要針對較為重要的、容易發生災害的江湖河流的位置進行重點的監控管理。當前部門企業為了實現經濟效益最大化，枉顧生態環境保護需求，選擇了污染水環境的方式，使得我國水資源污染現象十分嚴重，進一步導致了水環境的惡化，破壞了周圍的生態環境?；谶@一情況水環境保護部門已經提出利用物聯網技術開展實時監控，加大對工業污染排放的監管力度。水利部門可以針對不同河段排污口的監管，掌握水資源的污染狀況，保證水環境質量。另外，還可以設置智能計量的監控工作，這樣可以減少水資源的浪費，并且可以使用物聯網技術中的傳感器與無線網通信設備來進行資料收集和整理工作，同時再通過這些設備進行信息的傳遞，方便工作人員準確地掌握水資源的使用情況。如果發生任何水資源的使用異常狀況，工作人員就可以及時地進行檢。第四，收集水質信息。物聯網技術的應用讓工作人員全面的數字水資源的水質情況，為相關部門進行水資源的利用與管理提供資料支持。相關部門可以利用物聯網建立信息采集系統、水雨情信息采集系統、災情信息采集系統等信息系統，且通過不同系統中警報功能來實現防旱防風防汛的預防。利用信息采集系統，工作人員可以根據實際需求了解某一流域的水資源的狀況，將水資源當時的雨水狀況、旱災狀況、洪災狀況等狀況整合起來，形成一些數字化的信息環境平臺，為進行決策提供全面可靠的信息。防洪災害方面水利部門可以利用物聯網建設雨水收集系統和預警信息發布系統，通過不同系統單協調運作來實現防洪語境功能，以便工作人員及時調整工作計劃，減輕災情帶來的損失。