李曉梅+雷健+賈陸璐

摘 要：介紹了物聯(lián)網與互聯(lián)網的區(qū)別，同時結合水務的監(jiān)控監(jiān)測對象和監(jiān)測參量，分析了水務物聯(lián)網感知終端的技術特征，提出了水務物聯(lián)網感知終端的研制思路，給出了水務物聯(lián)網感知終端的技術架構和技術實現路徑。

關鍵詞：物聯(lián)網；感知終端；研制；技術架構；技術實現

中圖法分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）04-0021-03

0 引 言

物聯(lián)網（Internet of Things）是繼計算機、互聯(lián)網和移動通信之后的新一輪信息技術革命和產業(yè)革命。1998年，美國麻省理工學院創(chuàng)造性地提出了當時被稱作EPC系統(tǒng)的“物聯(lián)網”構想。物聯(lián)網的概念最早在1998年由美國MIT大學的Kevin Ashton教授提出，把RFID技術與傳感器技術應用于日常物品中形成物聯(lián)網，著重的是物品的標記。目前國際上對于物聯(lián)網尚沒有一個公認的定義，比較廣泛的解釋是，把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中并構成物聯(lián)網，然后將物聯(lián)網與現有的互聯(lián)網整合起來，實現人類社會與物理系統(tǒng)的整合。在這個整合的網絡當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制，在此基礎上，人類可以更加精細和動態(tài)地管理生產和生活，達到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。在2010年我國的政府工作報告所附的注釋中，對物聯(lián)網有如下的說明：物聯(lián)網是指通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。

1 物聯(lián)網與互聯(lián)網的區(qū)別

物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡。但對比物聯(lián)網與互聯(lián)網還是有所不同，主要體現在以下幾點：

（1）使用對象不同。互聯(lián)網解決的是人與人的信息溝通問題，物聯(lián)網解決的是信息化的智能管理和決策控制問題；

（2）終端系統(tǒng)接入方式不同。互聯(lián)網用戶通過端系統(tǒng)的服務器、臺式機、筆記本和移動終端訪問互聯(lián)網資源，物聯(lián)網中的傳感器結點需要通過無線傳感器網絡的匯聚結點接入互聯(lián)網；

（3）網絡端系統(tǒng)數據采集方式不同?；ヂ?lián)網主要是實行人與人之間的信息交互與共享，都是在人的控制之下完成的。而物聯(lián)網的端系統(tǒng)采用的是傳感器、RFID，因此物聯(lián)網感知的數據是傳感器主動感知或者是RFID讀寫器自動讀出的；

（4）使用技術不同?；ヂ?lián)網主要依賴于有線通訊方式，物聯(lián)網涉及的技術種類包括無線技術、互聯(lián)網、智能芯片技術、軟件技術，幾乎涵蓋了信息通信技術的所有領域。

2 物聯(lián)網關鍵技術

物聯(lián)網的技術體系由5部分組成，包括應用層技術、網絡層技術、感知層技術、公共技術和支撐技術，其技術體系如圖1所示。

圖1中，感知層用于實現物理世界中發(fā)生的物理事件和數據的采集和感知，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據。物聯(lián)網的數據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術。傳感網絡組網和協(xié)同信息處理技術實現傳感器、RFID等數據采集技術所獲取數據的短距離傳輸、自組織網絡以及多個傳感器對數據的協(xié)同信息處理過程；

網絡層技術能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，需要傳感網絡與移動通信技術、互聯(lián)網技術相融合；

應用層技術主要包含應用支撐和應用服務層技術。其中應用支撐層技術用于支撐跨行業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，包括云計算技術、數據挖掘技術和智能信號處理技術；

公共技術不屬于物聯(lián)網技術的某個特定層面，而是與物聯(lián)網技術構架的三層都有關系，它包括標識與解析、安全技術、網絡管理和服務質量管理；

支撐技術是和物聯(lián)網緊密相關的其他領域的技術，包括嵌入式系統(tǒng)技術、微機電技術、功率與能量存儲技術等。

3 水務物聯(lián)網感知終端技術特征

3.1 水務監(jiān)測對象及監(jiān)測參量

2010年全國開展了第一次水利普查工作，普查任務包括8個專項（北京水務增加了2個專項），普查對象包括10個方面，即河湖、水利工程、經濟社會用水、河湖開發(fā)治理保護、水土保持、水利行業(yè)能力、灌區(qū)、地下水取水井、供水工程、排水工程，這10個專項涵蓋了所有水利設施。通過梳理分析這些水利設施得到水務監(jiān)測對象主要包括12類分別為水文站、水位站、雨量站、水庫、引調水、橡膠壩、取水口、水源地、自備井、泵站、水閘、排污口，與之對應的監(jiān)測參量主要有水位、水質、降雨、流量、取水量、用水量、供水量、排污量、壓力、發(fā)電量、蒸發(fā)、泥沙、水深等。這些監(jiān)測對象有些是需要采集單一監(jiān)測參量，如單一雨量站、地下水源等，有些是需采集多種監(jiān)測參量，如水庫水閘、泵站引調水、橡膠壩等，各類監(jiān)測參量的采集信號接口也不盡相同，有開關量、模擬量、串口等。

3.2 水務物聯(lián)網感知終端技術特征

水務信息采集是水利信息化和自動化建設的重要組成部分，從上世紀七十年代開始水利人就開始從事水務信息采集領域的相關工作，運用傳感技術、無線電通信技術、電子技術以及計算機應用等技術實現了水利信息的實時采集與接收，中心能夠自動接收各個測站上傳的數據，同時可以下發(fā)指令獲取所需的數據，為防汛調度、水資源管理提供第一手的信息支撐。水利信息采集中的核心設備是信息采集終端，從上個世紀八十年代，水利信息采集終端就開始應用在水利測站的各個站點，在水務信息化的發(fā)展中發(fā)揮了積極的作用，為水務的管理提供了數據支撐。隨著物聯(lián)網時代的到來和水務精細化管理對實時數據采集的要求日益提高，有必要利用物聯(lián)網技術研發(fā)適合新形勢下水務發(fā)展的物聯(lián)網終端設備，該設備既具有物聯(lián)網的典型技術特征，又滿足水務業(yè)務應用需求，具體表現在如下幾個方面：

（1）水務物聯(lián)網感知終端并不是全新的產品，它是已有的水利信息采集終端的升級優(yōu)化，具有小型化、低功耗、低成本、綠色環(huán)保等特點；

（2）水務物聯(lián)網感知終端具有唯一的編碼標識，能夠入網自動識別，遠程進行管理和監(jiān)控；

（3）水務物聯(lián)網感知終端是“智能”和“智慧”理念的具體體現。通過一定的協(xié)議，實現終端設備的互聯(lián)網接入，達到遠程識別、定位、監(jiān)控和管理等目的；

（4）水務物聯(lián)網感知終端也是“與時俱進”的。隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，其也是在不斷優(yōu)化升級的。當前處于初級階段，隨著物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網核心技術會逐步攻克，標準體系會逐漸完善，感知終端的功能和性能也會不斷優(yōu)化、升級。

4 水務物聯(lián)網感知終端技術框架與實現

4.1 總體技術架構

根據水務信息采集的數據匯集流向，結合物聯(lián)網的技術體系，水務物聯(lián)網感知終端的總體技術架構由4個層面構成，即傳感層、采集感知層、數據匯集層和應用配置層，總體技術構架如圖2所示。

圖2中的傳感層主要用于對各類傳感器實現事件和數據的采集和感知，包括各類與水文、水利設施運行密切相關的監(jiān)測量，如水位、雨量、流量等，還有與水務管理相關的信息，如標識、音視頻數據等。傳感層中的核心設備是傳感器，它既可以是簡單的物理量轉為電信號的變送器，也可以是具有數據分析處理功能的智能傳感器。

采集感知層是通過智能感知終端采集傳感層的數據，并按照統(tǒng)一的協(xié)議實現采集數據的通信與發(fā)送。采集感知層的核心設備是智能感知終端，它能夠采集多種類型的傳感器數據，具備唯一的標識碼，接受統(tǒng)一管理，入網自動識別，按照統(tǒng)一的協(xié)議實現與前置服務器的通信與數據發(fā)送。

數據匯集層是通過數據接收設備來解析接收采集的傳感器數據，并將數據存儲入庫。數據匯集層的核心設備是數據接收設備，為區(qū)別于應用系統(tǒng)我們姑且稱其為數據前置接收服務器，它與智能感知相匹配，按照統(tǒng)一的協(xié)議解析接收一個或多個感知終端傳送的數據，多個前置接收服務器部署到不同的物理地點，一旦形成規(guī)?？梢源罱ɑA設施池，可以按照云理念（服務器云）加以管理提供基礎設施服務（Iass），保障數據匯集層的健壯和安全，各個業(yè)務應用單位可以根據自身業(yè)務所需從前置服務器上索取采集的數據。

圖2 水務物聯(lián)網感知終端總體技術架構圖

應用配置層是配置管理平臺，它一方面要對所有的智能感知終端和前置接收服務器進行配置、狀態(tài)監(jiān)測等管理，對服務器云進行統(tǒng)一的資源調度和分配；另一方面要對用戶提供查詢、數據提取等服務功能，各個業(yè)務應用單位能夠按照一定的應用協(xié)議從服務器云上查詢、獲取所需的采集數據。

4.2 應用結構

在總體架構下，水務物聯(lián)網感知終端具有更強的兼容性和擴展性，其應用結構如圖3所示。水務物聯(lián)網感知終端可以與傳統(tǒng)的水文遙測儀并行，按照統(tǒng)一的協(xié)議將采集的數據上傳至云服務器群，同時它具有網關的功能，通過有線或無線近距離通信獲取水文遙測儀的數據，將水文遙測儀采集的數據上傳至云服務器群。智能感知終端還具有水文遙測儀的已有接口和功能，可采集開關量、模擬量、RS232/485等接口類型傳感器的數據，將傳感數據上傳。未來隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，小型化、低功耗的智能傳感器會投入使用，物聯(lián)網感知終端留有接口可以通過無線的方式采集智能傳感器的數據并上傳，同時視頻圖像也可以利用感知終端將水務設施現場的畫面上傳至服務器群，供用戶調用查看。

4.3 技術路線

水務物聯(lián)網感知終端服務于水務管理實時信息的采集，其主要功能和性能需要貼合水務管理的實際需要，同時對于不同的水務采集對象又具有不同的個性化需求，因此水務物聯(lián)網感知終端是一套系列產品，既具有通用的功能和標準接口，也有不同場合不同監(jiān)測對象個性化的要求。根據這些需求，研發(fā)技術路線從三方面加以考慮：

一是采用模塊化的設計思想，終端的硬件核心主板考慮通用功能和性能，底板考慮各種應用場合的不同接口，以適應不同傳感器和不同傳輸模式；終端內的應用軟件采用模塊編程，通過模塊的調用來實現不同需求下終端采集的功能；

二是硬件核心選用工業(yè)級的ARM芯片，選型上充分考慮存儲、低功耗、CPU運行速率等重要性能指標，同時兼顧終端擴展性，充分考慮未來產品的優(yōu)化升級；

三是電源設計采用統(tǒng)一的電源管理思路，在電路設計上實現各個模塊的電源可控，從而實現系統(tǒng)的低功耗運行。

圖3 水務物聯(lián)網感知終端應用結構圖

4.4 技術實現路徑

硬件采用模塊化的設計，以市場主流的ARM為核心CPU制作核心板，核心板上配置CPU、RAM、FLASH、RTC、WTD、電源管理等模塊，實現終端數據處理、存儲、復位、電源管理等功能。核心板之外擴展接口底板，配置數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、串行RS485/232、通信模塊、固態(tài)存儲、自動校時、LED狀態(tài)顯示等模塊，實現對下采集傳感器，對上傳輸采集數據的功能。

軟件平臺采用Linux操作系統(tǒng)，根據感知終端的主要功能和對外接口，對Linux內核進行剪裁，開發(fā)相應的輸入、輸出、通信接口等驅動程序。同時按照水利行業(yè)的相關技術規(guī)范和終端的工作流程及工作模式，開發(fā)相應的應用程序，中心開發(fā)向對應的數據接收軟件，實現對水務監(jiān)測對象的數據采集、狀態(tài)監(jiān)測及遠程配置等功能。

5 結 語

面臨第三次信息革命浪潮，物聯(lián)網將越來越多地應用到各個行業(yè)，走進千家萬戶。本文從物聯(lián)網的概念出發(fā)，分析了物聯(lián)網和互聯(lián)網的區(qū)別，給出了物聯(lián)網的應用層技術、網絡層技術、感知層技術、公共技術和支撐技術的技術體系。立足于水務領域，梳理了水務監(jiān)測對象及其監(jiān)測參量，分析了水務物聯(lián)網感知終端的技術特征，設計了水務物聯(lián)網感知終端的總體技術架構和應用結構，給出了終端產品研制的技術路線和軟硬件的實現路徑。

參 考 文 獻

[1]李建功，王健全，王晶，等.物聯(lián)網關鍵技術與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]王保云.物聯(lián)網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009（12）：1-6.

[3]劉金權.一個高智能化的物聯(lián)網樞紐——物聯(lián)網網關[J].物聯(lián)網技術，2013（10）：7-8.

[4]許建龍，劉桂雄.基于MLD的物聯(lián)網感知層行為建模方法[J].中國測試，2013，39（5）：110-115.

[5]張橫云.物聯(lián)網感知層的信息安全防護研究[J].電腦知識與技術：學術交流，2011，7（19）：4573-4574.

（1）水務物聯(lián)網感知終端并不是全新的產品，它是已有的水利信息采集終端的升級優(yōu)化，具有小型化、低功耗、低成本、綠色環(huán)保等特點；

（2）水務物聯(lián)網感知終端具有唯一的編碼標識，能夠入網自動識別，遠程進行管理和監(jiān)控；

（3）水務物聯(lián)網感知終端是“智能”和“智慧”理念的具體體現。通過一定的協(xié)議，實現終端設備的互聯(lián)網接入，達到遠程識別、定位、監(jiān)控和管理等目的；

（4）水務物聯(lián)網感知終端也是“與時俱進”的。隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，其也是在不斷優(yōu)化升級的。當前處于初級階段，隨著物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網核心技術會逐步攻克，標準體系會逐漸完善，感知終端的功能和性能也會不斷優(yōu)化、升級。

4 水務物聯(lián)網感知終端技術框架與實現

4.1 總體技術架構

根據水務信息采集的數據匯集流向，結合物聯(lián)網的技術體系，水務物聯(lián)網感知終端的總體技術架構由4個層面構成，即傳感層、采集感知層、數據匯集層和應用配置層，總體技術構架如圖2所示。

圖2中的傳感層主要用于對各類傳感器實現事件和數據的采集和感知，包括各類與水文、水利設施運行密切相關的監(jiān)測量，如水位、雨量、流量等，還有與水務管理相關的信息，如標識、音視頻數據等。傳感層中的核心設備是傳感器，它既可以是簡單的物理量轉為電信號的變送器，也可以是具有數據分析處理功能的智能傳感器。

采集感知層是通過智能感知終端采集傳感層的數據，并按照統(tǒng)一的協(xié)議實現采集數據的通信與發(fā)送。采集感知層的核心設備是智能感知終端，它能夠采集多種類型的傳感器數據，具備唯一的標識碼，接受統(tǒng)一管理，入網自動識別，按照統(tǒng)一的協(xié)議實現與前置服務器的通信與數據發(fā)送。

數據匯集層是通過數據接收設備來解析接收采集的傳感器數據，并將數據存儲入庫。數據匯集層的核心設備是數據接收設備，為區(qū)別于應用系統(tǒng)我們姑且稱其為數據前置接收服務器，它與智能感知相匹配，按照統(tǒng)一的協(xié)議解析接收一個或多個感知終端傳送的數據，多個前置接收服務器部署到不同的物理地點，一旦形成規(guī)模可以搭建基礎設施池，可以按照云理念（服務器云）加以管理提供基礎設施服務（Iass），保障數據匯集層的健壯和安全，各個業(yè)務應用單位可以根據自身業(yè)務所需從前置服務器上索取采集的數據。

圖2 水務物聯(lián)網感知終端總體技術架構圖

應用配置層是配置管理平臺，它一方面要對所有的智能感知終端和前置接收服務器進行配置、狀態(tài)監(jiān)測等管理，對服務器云進行統(tǒng)一的資源調度和分配；另一方面要對用戶提供查詢、數據提取等服務功能，各個業(yè)務應用單位能夠按照一定的應用協(xié)議從服務器云上查詢、獲取所需的采集數據。

4.2 應用結構

在總體架構下，水務物聯(lián)網感知終端具有更強的兼容性和擴展性，其應用結構如圖3所示。水務物聯(lián)網感知終端可以與傳統(tǒng)的水文遙測儀并行，按照統(tǒng)一的協(xié)議將采集的數據上傳至云服務器群，同時它具有網關的功能，通過有線或無線近距離通信獲取水文遙測儀的數據，將水文遙測儀采集的數據上傳至云服務器群。智能感知終端還具有水文遙測儀的已有接口和功能，可采集開關量、模擬量、RS232/485等接口類型傳感器的數據，將傳感數據上傳。未來隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，小型化、低功耗的智能傳感器會投入使用，物聯(lián)網感知終端留有接口可以通過無線的方式采集智能傳感器的數據并上傳，同時視頻圖像也可以利用感知終端將水務設施現場的畫面上傳至服務器群，供用戶調用查看。

4.3 技術路線

水務物聯(lián)網感知終端服務于水務管理實時信息的采集，其主要功能和性能需要貼合水務管理的實際需要，同時對于不同的水務采集對象又具有不同的個性化需求，因此水務物聯(lián)網感知終端是一套系列產品，既具有通用的功能和標準接口，也有不同場合不同監(jiān)測對象個性化的要求。根據這些需求，研發(fā)技術路線從三方面加以考慮：

一是采用模塊化的設計思想，終端的硬件核心主板考慮通用功能和性能，底板考慮各種應用場合的不同接口，以適應不同傳感器和不同傳輸模式；終端內的應用軟件采用模塊編程，通過模塊的調用來實現不同需求下終端采集的功能；

二是硬件核心選用工業(yè)級的ARM芯片，選型上充分考慮存儲、低功耗、CPU運行速率等重要性能指標，同時兼顧終端擴展性，充分考慮未來產品的優(yōu)化升級；

三是電源設計采用統(tǒng)一的電源管理思路，在電路設計上實現各個模塊的電源可控，從而實現系統(tǒng)的低功耗運行。

圖3 水務物聯(lián)網感知終端應用結構圖

4.4 技術實現路徑

硬件采用模塊化的設計，以市場主流的ARM為核心CPU制作核心板，核心板上配置CPU、RAM、FLASH、RTC、WTD、電源管理等模塊，實現終端數據處理、存儲、復位、電源管理等功能。核心板之外擴展接口底板，配置數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、串行RS485/232、通信模塊、固態(tài)存儲、自動校時、LED狀態(tài)顯示等模塊，實現對下采集傳感器，對上傳輸采集數據的功能。

軟件平臺采用Linux操作系統(tǒng)，根據感知終端的主要功能和對外接口，對Linux內核進行剪裁，開發(fā)相應的輸入、輸出、通信接口等驅動程序。同時按照水利行業(yè)的相關技術規(guī)范和終端的工作流程及工作模式，開發(fā)相應的應用程序，中心開發(fā)向對應的數據接收軟件，實現對水務監(jiān)測對象的數據采集、狀態(tài)監(jiān)測及遠程配置等功能。

5 結 語

面臨第三次信息革命浪潮，物聯(lián)網將越來越多地應用到各個行業(yè)，走進千家萬戶。本文從物聯(lián)網的概念出發(fā)，分析了物聯(lián)網和互聯(lián)網的區(qū)別，給出了物聯(lián)網的應用層技術、網絡層技術、感知層技術、公共技術和支撐技術的技術體系。立足于水務領域，梳理了水務監(jiān)測對象及其監(jiān)測參量，分析了水務物聯(lián)網感知終端的技術特征，設計了水務物聯(lián)網感知終端的總體技術架構和應用結構，給出了終端產品研制的技術路線和軟硬件的實現路徑。

參 考 文 獻

[1]李建功，王健全，王晶，等.物聯(lián)網關鍵技術與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]王保云.物聯(lián)網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009（12）：1-6.

[3]劉金權.一個高智能化的物聯(lián)網樞紐——物聯(lián)網網關[J].物聯(lián)網技術，2013（10）：7-8.

[4]許建龍，劉桂雄.基于MLD的物聯(lián)網感知層行為建模方法[J].中國測試，2013，39（5）：110-115.

[5]張橫云.物聯(lián)網感知層的信息安全防護研究[J].電腦知識與技術：學術交流，2011，7（19）：4573-4574.

（1）水務物聯(lián)網感知終端并不是全新的產品，它是已有的水利信息采集終端的升級優(yōu)化，具有小型化、低功耗、低成本、綠色環(huán)保等特點；

（2）水務物聯(lián)網感知終端具有唯一的編碼標識，能夠入網自動識別，遠程進行管理和監(jiān)控；

（3）水務物聯(lián)網感知終端是“智能”和“智慧”理念的具體體現。通過一定的協(xié)議，實現終端設備的互聯(lián)網接入，達到遠程識別、定位、監(jiān)控和管理等目的；

（4）水務物聯(lián)網感知終端也是“與時俱進”的。隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，其也是在不斷優(yōu)化升級的。當前處于初級階段，隨著物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網核心技術會逐步攻克，標準體系會逐漸完善，感知終端的功能和性能也會不斷優(yōu)化、升級。

4 水務物聯(lián)網感知終端技術框架與實現

4.1 總體技術架構

根據水務信息采集的數據匯集流向，結合物聯(lián)網的技術體系，水務物聯(lián)網感知終端的總體技術架構由4個層面構成，即傳感層、采集感知層、數據匯集層和應用配置層，總體技術構架如圖2所示。

圖2中的傳感層主要用于對各類傳感器實現事件和數據的采集和感知，包括各類與水文、水利設施運行密切相關的監(jiān)測量，如水位、雨量、流量等，還有與水務管理相關的信息，如標識、音視頻數據等。傳感層中的核心設備是傳感器，它既可以是簡單的物理量轉為電信號的變送器，也可以是具有數據分析處理功能的智能傳感器。

采集感知層是通過智能感知終端采集傳感層的數據，并按照統(tǒng)一的協(xié)議實現采集數據的通信與發(fā)送。采集感知層的核心設備是智能感知終端，它能夠采集多種類型的傳感器數據，具備唯一的標識碼，接受統(tǒng)一管理，入網自動識別，按照統(tǒng)一的協(xié)議實現與前置服務器的通信與數據發(fā)送。

數據匯集層是通過數據接收設備來解析接收采集的傳感器數據，并將數據存儲入庫。數據匯集層的核心設備是數據接收設備，為區(qū)別于應用系統(tǒng)我們姑且稱其為數據前置接收服務器，它與智能感知相匹配，按照統(tǒng)一的協(xié)議解析接收一個或多個感知終端傳送的數據，多個前置接收服務器部署到不同的物理地點，一旦形成規(guī)?？梢源罱ɑA設施池，可以按照云理念（服務器云）加以管理提供基礎設施服務（Iass），保障數據匯集層的健壯和安全，各個業(yè)務應用單位可以根據自身業(yè)務所需從前置服務器上索取采集的數據。

圖2 水務物聯(lián)網感知終端總體技術架構圖

應用配置層是配置管理平臺，它一方面要對所有的智能感知終端和前置接收服務器進行配置、狀態(tài)監(jiān)測等管理，對服務器云進行統(tǒng)一的資源調度和分配；另一方面要對用戶提供查詢、數據提取等服務功能，各個業(yè)務應用單位能夠按照一定的應用協(xié)議從服務器云上查詢、獲取所需的采集數據。

4.2 應用結構

在總體架構下，水務物聯(lián)網感知終端具有更強的兼容性和擴展性，其應用結構如圖3所示。水務物聯(lián)網感知終端可以與傳統(tǒng)的水文遙測儀并行，按照統(tǒng)一的協(xié)議將采集的數據上傳至云服務器群，同時它具有網關的功能，通過有線或無線近距離通信獲取水文遙測儀的數據，將水文遙測儀采集的數據上傳至云服務器群。智能感知終端還具有水文遙測儀的已有接口和功能，可采集開關量、模擬量、RS232/485等接口類型傳感器的數據，將傳感數據上傳。未來隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，小型化、低功耗的智能傳感器會投入使用，物聯(lián)網感知終端留有接口可以通過無線的方式采集智能傳感器的數據并上傳，同時視頻圖像也可以利用感知終端將水務設施現場的畫面上傳至服務器群，供用戶調用查看。

4.3 技術路線

水務物聯(lián)網感知終端服務于水務管理實時信息的采集，其主要功能和性能需要貼合水務管理的實際需要，同時對于不同的水務采集對象又具有不同的個性化需求，因此水務物聯(lián)網感知終端是一套系列產品，既具有通用的功能和標準接口，也有不同場合不同監(jiān)測對象個性化的要求。根據這些需求，研發(fā)技術路線從三方面加以考慮：

一是采用模塊化的設計思想，終端的硬件核心主板考慮通用功能和性能，底板考慮各種應用場合的不同接口，以適應不同傳感器和不同傳輸模式；終端內的應用軟件采用模塊編程，通過模塊的調用來實現不同需求下終端采集的功能；

二是硬件核心選用工業(yè)級的ARM芯片，選型上充分考慮存儲、低功耗、CPU運行速率等重要性能指標，同時兼顧終端擴展性，充分考慮未來產品的優(yōu)化升級；

三是電源設計采用統(tǒng)一的電源管理思路，在電路設計上實現各個模塊的電源可控，從而實現系統(tǒng)的低功耗運行。

圖3 水務物聯(lián)網感知終端應用結構圖

4.4 技術實現路徑

硬件采用模塊化的設計，以市場主流的ARM為核心CPU制作核心板，核心板上配置CPU、RAM、FLASH、RTC、WTD、電源管理等模塊，實現終端數據處理、存儲、復位、電源管理等功能。核心板之外擴展接口底板，配置數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、串行RS485/232、通信模塊、固態(tài)存儲、自動校時、LED狀態(tài)顯示等模塊，實現對下采集傳感器，對上傳輸采集數據的功能。

軟件平臺采用Linux操作系統(tǒng)，根據感知終端的主要功能和對外接口，對Linux內核進行剪裁，開發(fā)相應的輸入、輸出、通信接口等驅動程序。同時按照水利行業(yè)的相關技術規(guī)范和終端的工作流程及工作模式，開發(fā)相應的應用程序，中心開發(fā)向對應的數據接收軟件，實現對水務監(jiān)測對象的數據采集、狀態(tài)監(jiān)測及遠程配置等功能。

5 結 語

面臨第三次信息革命浪潮，物聯(lián)網將越來越多地應用到各個行業(yè)，走進千家萬戶。本文從物聯(lián)網的概念出發(fā)，分析了物聯(lián)網和互聯(lián)網的區(qū)別，給出了物聯(lián)網的應用層技術、網絡層技術、感知層技術、公共技術和支撐技術的技術體系。立足于水務領域，梳理了水務監(jiān)測對象及其監(jiān)測參量，分析了水務物聯(lián)網感知終端的技術特征，設計了水務物聯(lián)網感知終端的總體技術架構和應用結構，給出了終端產品研制的技術路線和軟硬件的實現路徑。

參 考 文 獻

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