5G物聯網技術在取水口計量數據監控中的應用

蘭玉明 趙敉悅 李曉平

【摘要】本文探討了5G物聯網技術在取水口計量數據監控中的應用，并介紹了DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統的主要功能和工作原理。該系統可以實現監測數據的實時采集與共享，通過5G物聯網提高取水口監測效率和水平。物聯網技術的應用可以幫助水資源管理部門整合利用數據，更好地評估水資源狀況，為決策提供依據，從而提高水資源管理效率，為我國建設節水型社會奠定基礎。

【關鍵詞】水資源；5G物聯網；計量；數據監控

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.038

Application of 5G Internet of Things Technology in Water Intake Metering Data Monitoring

（1.Liaoning Vocational and Technical College， Shenyang 110135， China； 2.Shenyang Xingya Metrology Calibration Technology Co.， Ltd.， Shenyang 110143， China）

Abstract： This article explores the application of 5G Internet of Things technology in water intake metering data monitoring， and introduces the working principle and main functions of the DYWCIot-5G Internet of Things telemetry terminal system. This system can achieve real-time collection and sharing of monitoring data， and improve the efficiency and level of water intake monitoring through the 5G Internet of Things. The application of Internet of Things technology can help water resource management departments integrate and utilize data， better evaluate water resource conditions， provide a basis for decision-making， improve water resource management efficiency， and lay the foundation for building a water-saving society in China.

Keywords： water resources； 5G internet of things； measurement； data monitoring

水資源是人類賴以生存的物質基礎，是人類社會發展的重要保障。我國一直把水資源、水生態、水環境承載能力作為剛性約束，并將其貫徹落實到發展穩定的各項工作中，而5G物聯網技術在水資源管理中的應用可有效提高我國對水資源、水生態、水環境的管理能力。

1取水管理現狀

取水口取水監測計量是取水管理不可或缺的手段，是發揮水資源剛性約束作用的重要基礎性工作。目前對于水資源過度開發區域的取水口現狀，具體情況可能因地區而異。然而，大部分都存在取水量超標、缺乏監測設備、控制不嚴格、缺乏信息共享機制等問題。物聯網技術的蓬勃發展可為解決取水口管理方面的問題提供技術支撐。物聯網是通過網絡技術和通信技術將各種物理設備、傳感器、檢測和控制機器等智能化，并實現彼此之間的互通和協同工作的技術體系。物聯網技術將現實世界中的各種物體與網絡連接，使其能夠感知、收集、傳輸和交換數據，進而實現智能化的應用和服務。

然而在數據采集的過程中，由于沒有統一的規范，取水監測計量會出現數據不完整、不一致、數據無法共享等問題。其中數據不完整和不一致的問題是由于數據采集和統計的不完善，這極大地影響水務主管部門對水資源狀況的準確評估和決策。另外，各地方水務主管部門的數據結構不同，各系統之間無法共享數據，這就導致同一條河流經過多地時，各地水務主管部門由于統計口徑不一致，而導致數據相互矛盾。

2《水資源監測數據傳輸規約》概述

2021年水利部頒布了SL/T 427—2021《水資源監測數據傳輸規約》（以下簡稱《規約》）。《規約》的主要內容包括以下幾個方面。

1）數據格式標準化。《規約》對水資源監測數據傳輸的格式進行了統一規范，確保不同系統之間可以進行有效的數據交換和共享。通過統一的數據格式，可以避免由于格式不統一而導致的數據解析錯誤和信息丟失問題。

2）數據傳輸安全性。《規約》要求在數據傳輸過程中加強數據的安全保護，采取合理的加密和認證措施，確保數據傳輸的機密性和完整性，防止數據被非法獲取、篡改或泄露。

3）數據接口規范。《規約》定義了數據接口的統一規范，包括數據傳輸協議、接口參數、數據字段等。通過規范的數據接口，不同系統可以實現數據的互通和交互，實現水資源數據的匯總和整合。

4）數據共享平臺建設。《規約》推動水資源數據共享平臺建立，將各級各類水資源監測數據集中管理，提供給相關單位和個人使用。

《規約》的實施可以促進水資源管理部門和相關單位之間的信息共享，提高水資源數據的管理水平和利用價值，為水資源保護、管理和決策提供科學依據。

3DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統主要功能

DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統就是基于物聯網技術在取水口上的應用。該系統符合《水資源監測數據傳輸規約》，是集遙測終端機（RTU）功能與2.5G/3G/4G無線通信模塊（DTU）于一體，實現水文/水資源數據的采集、存儲、顯示、控制報警及傳輸等綜合功能。該產品采用高性能工業級ARM處理器和工業級無線模塊，以嵌入式實時操作系統為運行平臺，同時提供雨量計接口、RS232、RS485、模擬量輸入、開關量輸出接口，可與多種形式的傳感器配套使用。它可用于取水口監測，提供實時監測、智能控制和遠程管理等功能，從而提高取水口數據采集效率和可持續性，并確保數據安全。DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統具體功能如下。

1）遠程監測與控制。DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統通過在取水口計量設備上安裝傳感器和執行器，將其與物聯網平臺連接，實現對取水量、流速、壓力等參數的實時監測。傳感器采集到數據并傳輸到物聯網平臺上，運營人員可以隨時監測這些參數的變化情況。此外，通過執行器的遠程控制，運營人員還可以調節取水量、流速或壓力以滿足特定需求。這種遠程監測與控制的技術可以提高工作效率，降低人工成本，并且能夠快速響應異常情況。

2）預警與報警系統。DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統可以對前端采集數據進行實時分析，并可以根據物聯網平臺預設下來的閾值監測取水口計量設備的工作狀態，并在檢測到異常情況時發出報警。預警和報警扮演著重要的角色，可以有效提高對取水口的管理水平，可以達到“小病”及時治，“未病”提前治的效果。

3）水質監測與反饋。DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統將傳感器獲取到的數據收集、整合和分析，可以實時監控水質參數的變化。運營人員可以通過物聯網平臺的界面或移動應用程序查看取水口的水質情況，并隨時了解各個參數的數值。此外，該系統還可以提供數據記錄、統計和分析功能。運營人員可以查看歷史水質數據，了解水質的趨勢和變化，輔助判斷水質是否存在問題及其變化趨勢。基于這些分析結果，運營人員可以采取相應的措施，如調整水處理工藝、進行水質調節或其他措施來提高水質。

4）運維管理和維修預測。DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統可以記錄取水口計量設備的運行時間、設備狀態和維護記錄，幫助管理員進行設備的運維管理。同時，通過對設備數據的分析，還可以進行設備故障的預測和維修計劃的優化，提前采取維修措施，避免停水或延遲。例如：記錄取水口計量設備的運行時間可以幫助管理員了解設備的使用情況和工作時間。這有助于評估設備的壽命和性能，以及預測未來維護和更換設備的時機。同時可以記錄取水口計量設備的狀態信息，如電源供應、壓力、流量等，可以追蹤設備的運行狀況和健康狀況。如果設備出現故障或異常，管理員可以及時采取措施進行維修或更換，避免設備故障對取水口運營的影響。

4DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統工作原理

DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統的終端機將來自一次儀表的頻率信號或電流信號傳送ARM處理后，將流量值顯示在LCD液晶顯示屏，并生成流量數據包，通過5G網絡（或485網絡、無線電臺、內嵌、外置GPRS、北斗通信、水利衛星等通信模塊）與監測中心完成采集數據的上報功能，供上位機分析處理。終端機采用800×480點陣觸摸屏，大屏幕背光漢字液晶顯示，可直觀顯示瞬時流量、累計流量、水位、工作狀態、電壓、電流等多種技術指標。

由于DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統的遙測終端機（RTU）由于其安裝位置一般在取水口終端近處，安裝環境相對惡劣，所以對于遙測終端機的防雷要求相對比較高。這里一般考慮兩種安裝環境。第一種為計量設施安裝在井泵房內、樓宇室內等雷擊率較低的場所，設計一般性防雷系統。具體技術參數見表1。

第二種為計量設施安裝在野外空曠地區、山區等引雷區域，為增強防雷效果，提高防雷效率，設計增強型防雷系統。具體技術參數見表2。

5結束語

DYWCIot-5G物聯網遙測終端系統在取水口監測應用可以提高取水口的安全性、效率性和可持續性，實現水資源的合理利用和管理。

【參考文獻】

[1]南楠.基于物聯網技術的智慧水務體系研究[J].輕工科技，2021，37（7）：59-60，73.

[2]水資源監測數據傳輸規約：SL/T 427—2021[S].

[3]王銘銘，劉方.水資源取水口數字化管理技術探討[J].治淮，2022（3）：59-61.

【作者簡介】

蘭玉明，碩士，遼寧職業學院副教授，國家標準委員會委員。趙敉悅，碩士，研究方向為流量儀表的開發、制造和計量檢測技術。

李曉平，遼寧職業學院講師，網絡工程師。

（編輯：于淼）