倪建軍，湯 敏，詹萬林，朱金秀

（1. 河海大學物聯網工程學院，江蘇 常州 213022；2. 江蘇省“世界水谷”與水生態(tài)文明協同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 211100；3. 盱眙縣水土保持辦公室，江蘇 盱眙 211700）

水聯網與水利信息化理論探討及應用實踐

倪建軍1，2，湯 敏1，詹萬林3，朱金秀1

（1. 河海大學物聯網工程學院，江蘇 常州 213022；2. 江蘇省“世界水谷”與水生態(tài)文明協同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 211100；3. 盱眙縣水土保持辦公室，江蘇 盱眙 211700）

根據水利信息化的發(fā)展歷程，介紹水聯網的定義和特點，并闡明水聯網與水利信息化、智慧水利之間的關系，構建一套基于水聯網模型的水利信息系統綜合應用體系與框架，結合水聯網在防汛決策、水資源管理中的具體應用，給出基于水聯網的水利信息化系統的特點及未來的發(fā)展方向。

水聯網；水利信息化；物聯網；防汛決策；水資源管理

目前，大到三峽工程，小到一條小的溝渠，各種大大小小的水利工程遍布全國。這些水利工程大多實現了操作自動化，有些也進行了本地信息化改造，然而，很多水利站點之間、站點與水利管理部門之間沒有實現互聯互通，綜合應用程度低，是一個個信息孤島，特別是很多中小型水利工程，這個問題尤為嚴重和突出。作為我國五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一的物聯網，其在水利行業(yè)的具體應用產生了水聯網。隨著水聯網技術的發(fā)展和應用推廣，其在水利信息化建設中的作用也越來越受到關注［1］。因此，如何充分利用現代信息化技術和手段，建設完整的水聯網體系，實現水利現代化，成為當前水利信息化建設最為迫切的任務［2］。

1　水聯網的產生與發(fā)展

1.1物聯網的概念及其應用

物聯網（Internet of Things），指的是通過各種信息感知設備，把一切物體與互聯網連接起來，進行信息交換與共享，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡體系或技術框架，通俗點講就是物物相連［3-4］。

物聯網是互聯網的應用拓展，通信與網絡技術只是物聯網技術框架中的一個核心技術，因此，與其說物聯網是網絡，不如說物聯網是業(yè)務和應用。可以看出，物聯網可以應用到幾乎所有工業(yè)、軍事和日常生活等領域，于是，出現了車聯網和智能電網等，物聯網在水利行業(yè)的應用，就是所謂的水聯網。

1.2水聯網的概念及作用

水聯網是在物聯網的基礎上提出的，從物聯網的應用角度看，水聯網是水利信息化發(fā)展的新階段，有學者將其稱為水利行業(yè) 4.0［5］，因此，將水聯網理解為物聯網在涉水行業(yè)的具體應用是比較合適的。

水利作為國民經濟的基礎設施，信息化則是水利現代化的基礎［6-7］。早期，水利信息化建設內容主要是指以信息自動采集、設備自動化控制為特征的最基礎的水利自動化系統［8］；后來，發(fā)展到以網絡互連、信息系統集成、水利信息綜合展示為特征的水利網絡信息系統；最近這幾年，水利信息化系統建設則圍繞以物聯網、大數據、云計算、智能決策等為主要特征的智慧水利系統展開［9］。通過上述分析可以發(fā)現，水聯網的最終目的就是為了實現真正的智慧水利。

利用水聯網技術，可以進一步提高水利信息化能力、提升水利數字化程度，更好地服務于流域城鄉(xiāng)供水、水生態(tài)環(huán)境保護與修復、防汛抗旱減災及水資源管理，并且把傳統水利向現代化、智能化推進，以便更好更快地發(fā)展。

2　水聯網技術實踐

針對水利信息化系統的特點，利用物聯網的相關理論，本文構建了一套基于水聯網模型的綜合應用體系與框架。該框架結合物聯網的體系架構，將信息系統分為 4 層：1）感知層。包括傳感器網絡和智能化終端設備等。2）網絡層。也叫傳輸層，包括移動網絡和互聯網等。3）平臺層。包括統一的協議管理平臺、智能化數據交換平臺和面向服務的總線式應用服務平臺。4）應用層。在最上層，主要是基于 CS，BS 架構的應用，包括圖像與數據綜合展示、移動信息集成應用等。

2.1基于智能設備的前端數據采集終端

基于智能設備的前端數據采集終端主要是指基于 Android 及 IOS 平臺的智能化設備及基于嵌入式軟件的智能儀表等，通過開發(fā)可視化交互終端，可以實現水務執(zhí)法、站點巡檢和智能查詢等功能。

2.2統一協議管理平臺

開發(fā)統一協議管理平臺，可以統一規(guī)劃和管理業(yè)務系統交換協議，可以維護不同時期、不同版本的交換協議與公共代碼，另外平臺動態(tài)生成交換數據，通過構造解析中間件，能夠為大系統集成提供數據級的一致性保障。

2.3智能化數據交換平臺

智能化數據交換平臺適用于多個子系統實時數據交換的需求，同時支持在線與離線多種工作方式。該平臺交換方案可配置、可管理，支持交換過程多目標實時監(jiān)控與日志訪問，并且可以實現基于TCP/IP 數據流、FTP、文件共享、共享 DB 等多種形式的數據交換。

2.4面向服務的總線式應用服務平臺

面向服務的總線式應用服務平臺可以提供基于HTTP 協議的跨平臺遠程服務，提供數據庫、資源文件和在線數據的統一編碼服務。平臺可以實現多系統并行工作，運行過程實時監(jiān)控，同時可以實現服務與應用分離，使得應用模塊簡單化。一個平臺可以同時采集多路數據源，為多個應用系統提供融合后的數據與服務，并且支持多種專業(yè)化服務的平臺化掛接。面向水利信息化系統的統一應用服務平臺基本結構如圖 1 所示。

圖1　面向服務的總線式應用服務平臺

3　水聯網應用案例

3.1基于水聯網的城市防汛信息集成平臺

以2013年開發(fā)的某市防汛信息集成平臺為例進行介紹。該防汛信息集成平臺的核心功能是對城市所轄范圍內所有泵、閘站的機組運行與現場工況進行綜合監(jiān)控，為城市水利信息化一級平臺提供支撐數據。

為實現系統功能目標，該平臺在實現層面上分為基礎數據采集與控制、業(yè)務管理、預警決策應用等 3 個層次。系統整體設計理念：以水利業(yè)務為基礎、以提高管理效率為目的、以計算機和物聯網技術為手段，利用水利專網和 4G 無線網絡，結合云計算、GIS 和視頻監(jiān)控等領域的先進技術，對地下水、地表水和地上水進行立體化管理，構建“一張圖、一個數據中心、兩個平臺”，即水利電子地圖、水利數據中心、采集控制和業(yè)務管理平臺，形成一體化水利信息化綜合平臺，實現城市的“智能水利”。系統的主要界面如圖 2 所示。

3.2基于水聯網的灌渠安全運行信息系統

介紹水聯網在灌渠信息系統中的應用情況。系統建設前，該灌渠在通信、水位測量和管理上都存在一些問題。通信上，處于電話通信階段；水位測量處于水位遙測階段；管理上，管理處歷年灌溉調度等相關資料主要以紙制形式保存，查詢不便且歷史資料難以利用，業(yè)務部門手工操作，易出錯且工作量大，灌溉管理純人工，預警機制不建全。

圖2　基于水聯網的防洪信息集成平臺主要界面

利用水聯網相關技術，建設和開發(fā)了一套渠道安全運行信息系統，主要功能包括：水情跟蹤、動態(tài)配水、防洪預警、灌渠檔案、工程、水務政務等。另外還建立了工程、水情、政務、灌溉和雨晴等數據庫，實現了管理和控制一體化，提高了渠道運行的安全性和效率。

4　發(fā)展方向

水聯網的發(fā)展方向同物聯網和水利信息化的發(fā)展方向保持一致。其發(fā)展方向主要分以下 3 個方面：1）技術層面；2）服務層面；3）商業(yè)模式和政策層面。

水物聯網核心技術的研究要著力突破水聯網核心芯片、軟件、儀器儀表等基礎共性技術，加快水利傳感器網絡、智能終端、大數據處理、智能分析、服務集成等關鍵技術研發(fā)。在技術層面水聯網主要的發(fā)展方向包括：基于物聯網的智能感知、基于高帶寬的無線通信、基于分布式計算的云計算、智能數據集成與分析、智能控制與決策支持等技術。

在水信息服務層面，其發(fā)展趨勢是逐漸從目前側重水信息采集、處理和集成轉向水信息挖掘、分析和應用。在規(guī)范組織水信息基礎上，通過決策算法和仿真技術，不斷挖掘和分析水信息潛在價值，為水問題決策提供科學支持。

在商業(yè)模式層面，目前理論和實踐都還不成熟，未形成完善的體系。 因此，急需拓展思維，從發(fā)展服務經濟的戰(zhàn)略高度出發(fā)，整合水業(yè)價值鏈，實現水利現代化。通過引進技術、消化吸收和再創(chuàng)新 3 個方面融合，形成水聯網產業(yè)群，在現代市場機制下探索水聯網商業(yè)模式的創(chuàng)新，全面提升物聯網典型應用與示范帶動作用。

5　結語

隨著物聯網在水利方面的快速發(fā)展及深入展開，水聯網在水利工程防洪減災、水資源管理、水生態(tài)建設等方面的作用將更加突出。隨著對水聯網研究的不斷深入，不僅要正視其發(fā)展和應用中出現的問題，更要致力于理論及應用方面的關鍵技術研究，為水聯網在智慧水利中的推廣應用做出更大貢獻。

［1］ 吳建剛，房福龍，許建平，等. 物聯網在水利樞紐工程中應用的探討［J］. 水利信息化，2011 （4）: 38-40，55.

［2］ 王忠靜，王光謙，王建華，等. 基于水聯網及智慧水利提高水資源效能［J］. 水利水電技術，2013，44 （1）: 1-6.

［3］ 溫小莉，柏屏. 淺談物聯網技術及其在水利上的應用［J］.江蘇水利， 2011 （9）: 16-19.

［4］ 芮曉玲，吳一凡. 基于物聯網技術的智慧水利系統［J］. 計算機系統應用，2011，21 （6）: 161-163，156.

［5］ 左其亭. 中國水利發(fā)展階段及未來“水利 4.0”戰(zhàn)略構想［J］. 水電能源科學，2015，33 （4）: 1-5.

［6］ 蓋永偉，劉恒，耿雷華，等. 中國特色水利現代化內涵與特征淺析［J］. 中國水利，2015 （8）: 6-9，21.

［7］ 黃鳳崗. 基于物聯網的智慧水利工程信息管理系統［J］. 中國水能及電氣化，2013 （7）: 47-50.

［8］ 丁強，王紹勤. 水利信息化之水利自動化發(fā)展趨勢探討［J］. 水利信息化，2013 （6）: 9-11.

［9］ 柳林，劉恒偉，王哲. 云計算在水利信息化建設中的應用探討［J］. 海河水利，2012 （4）: 52-56.

Theoretical Discussion and Application Practice on Internet of Water and Water Resources Informatization

NI Jianjun1，2， TANG Min1， ZHAN Wanlin3， ZHU Jinxiu1
（1. College of IOT Engineering， Hohai University， Changzhou 213022， China；2. Jiangsu Provincial Collaborative Innovation Center of World Water Valley and Water Ecological Civilization，
Nanjing 211100， China；3. Water and Soil Conservation Office of Xuyi County， Xuyi 211700， China）

According to the development process of water resources informatization， the article introduces definition and characteristics of internet of water， and illustrates the relationship among internet of water， water resources informatization and smart water constructs a set of comprehensive application system of water resources information system and framework which is based on the model of internet of water. In addition， using some concrete applications about internet of water in flood control decision and water resource management， it presents the characteristics and the future directions of water resources informatization system based on internet of water.

internet of water； water resources informatization； internet of things； flood control decision； water resources management

TV39；TP393

A

1674-9405（2016）04-0032-04

10.19364/j.1674-9405.2016.04.007

2015-11-15

江蘇省水利科技項目（2015077）

倪建軍（1978-）， 男，教授，主要研究領域：智慧水利、自動控制等。