程春+劉洋+李偉亭

摘要：水資源是自然生態(tài)系統(tǒng)重要的物質(zhì)資源，但隨著社會的發(fā)展，使得水資源面臨越來越嚴重的危機。本文從水資源的短缺以及嚴重污染為背景，研究了早期水資源監(jiān)測情況以及現(xiàn)在水資源監(jiān)測中出現(xiàn)的弊端，從物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)入手，分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是傳感器技術(shù)、ZigBee無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)在水資源監(jiān)測中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水資源；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；水資源監(jiān)測

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0074-02

水資源是自然生態(tài)系統(tǒng)重要的物質(zhì)資源，也是人類經(jīng)濟社會系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐物質(zhì)資源。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和人口增加，以及自然條件的變化，我國在水資源領(lǐng)域面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。水資源短缺日益成為世界各國關(guān)注的焦點問題之一，作為世界上人口最多的國家，我國水資源總量居世界第6位，人均占有量為2240m2，僅為世界人均的四分之一。我國城鎮(zhèn)附近水體受污染率已高達90%，適宜飲用的潔凈水源已經(jīng)所剩不多，對數(shù)億人口飲用水安全構(gòu)成了重大威脅，加大保護水源的力度將是關(guān)系到國計民生的大問題。對水資源進行監(jiān)測和管理無疑成為解決水資源污染以及短缺的重要基礎(chǔ)手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，則為解決水資源污染以及短缺的問題提供了新思路與新方法。

1 水資源監(jiān)測的發(fā)展狀況

在信息技術(shù)不夠發(fā)達的時候，水利管理部門對水資源的監(jiān)測與管理主要是采用的是人工監(jiān)測，人工檢測的缺點是花費時間長，勞動量很大且發(fā)現(xiàn)的問題少，只能監(jiān)測到很少的水資源信息種類，并且時效性非常差。

單片機和智能儀表的出現(xiàn)，使得水資源的監(jiān)測進入了短距離的自動監(jiān)測時代，但是這種監(jiān)測只能應(yīng)用于單個的水資源監(jiān)測站點。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與普及，可以將單個的水資源監(jiān)測站點通過網(wǎng)絡(luò)連接，從而形成一個具有一定規(guī)模的水資源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了較大的人力。但是隨著使用規(guī)模的擴大以及監(jiān)測時間的增長，發(fā)現(xiàn)該方式需要大量的計算機來進行監(jiān)測，并且在部署時要使用總線控制，會導(dǎo)致資源的浪費且不利于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的再擴展。

隨后，無線通訊技術(shù)被應(yīng)用到水資源的監(jiān)測當中。在監(jiān)測時得到的水資源信息可以通過有線或者無線的方式傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，監(jiān)測中心將根據(jù)獲得的信息作出相應(yīng)的處理。但由于市場上銷售的數(shù)據(jù)傳輸單元種類太多，各品牌的產(chǎn)品互相兼容性太差，不利于形成一個統(tǒng)一的監(jiān)測平臺。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是利用傳感器、無線射頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等各種感知技術(shù)和設(shè)備，將物理世界的物體通過網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)相連，從而獲取物理世界的各種信息，實現(xiàn)人與物、物與物之間的信息交互，以達到可以對物體進行智能化的識別、感知以及管理。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)通常被分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。

感知層位于體系結(jié)構(gòu)中的最底層，是應(yīng)用層的基礎(chǔ)，采集數(shù)據(jù)和短距離傳輸數(shù)據(jù)是感知層的主要任務(wù)。首先是感知設(shè)備進行物理世界信息的采集，然后將采集到信息通過BLE、ZigBee、紅外燈傳輸技術(shù)傳遞到網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)層主要進行信息的傳遞。網(wǎng)絡(luò)層包括核心網(wǎng)和各種接入網(wǎng)。核心網(wǎng)是基于IP的統(tǒng)一、高性能、可擴展的分組網(wǎng)絡(luò)，支持異構(gòu)接入以及移動性；接入網(wǎng)為終端提供基本的網(wǎng)絡(luò)接入功能、移動性管理、對現(xiàn)有接入技術(shù)的優(yōu)化等。網(wǎng)絡(luò)層的作用就是當感知層中的感應(yīng)設(shè)備將物理信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)節(jié)點后，再通過網(wǎng)絡(luò)層中的移動通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和其他專用網(wǎng)絡(luò)連接各個服務(wù)器，以使客戶可以根據(jù)自己的需要獲取物理信息。

應(yīng)用層的主要是通過分析、處理與決策，完成從信息到知識、再到控制指揮的智能演化，實現(xiàn)處理問題和解決問題的能力，完成特定的智能化應(yīng)用和服務(wù)任務(wù)。

3 物聯(lián)網(wǎng)在水資源監(jiān)測中的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)在其體系結(jié)構(gòu)中的每個層次都有不同的關(guān)鍵技術(shù)。主要是使用了傳感器技術(shù)、ZigeBee無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)。

3.1 傳感器技術(shù)

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在感知層使用的設(shè)備，是與物理世界進行交互的重要方式。傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動測試與自動控制的重要環(huán)節(jié)。其主要特征是能準確傳遞和檢測出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息?，F(xiàn)在傳感器技術(shù)被廣泛應(yīng)用，從航空、航天等領(lǐng)域到農(nóng)林、環(huán)保以及人們得衣食住行等生活的方方面面。

在水資源監(jiān)測中，主要使用的傳感器有溫度傳感器、PH感器、電導(dǎo)率傳感器、雨量傳感器、水質(zhì)傳感器以及水量傳感器等等。這些傳感器采集到的信息，通過GPRS/CDMA通道，上傳到水資源監(jiān)測中心，監(jiān)控中心的管理人員將能及時監(jiān)視現(xiàn)場情況，準確做出判斷，及時進行處理。

3.2 ZigBee無線通信技術(shù)

ZigBee技術(shù)有自己的無線電標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。由于傳感器的功耗很低，通過接力的方式利用無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另外一個傳感器，因此ZigBee技術(shù)的通信效率非常高。ZigBee的組網(wǎng)方式是自組網(wǎng)，不經(jīng)過人為的任何操作，設(shè)備之間只要彼此在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互通互聯(lián)的ZigeBee網(wǎng)絡(luò)?；赯igeBee的這些優(yōu)點，ZigBee無線通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用在智能家居、工業(yè)控制、自動抄表等領(lǐng)域。

在水資源監(jiān)測中，各傳感器通過ZigBee技術(shù)講采集到的信息傳輸給網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將接收到的信息進行融合處理之后再傳輸給用戶。各傳感器之間不需要通過其他設(shè)備來進行數(shù)據(jù)傳輸，方便各監(jiān)測節(jié)點的部署，有利于升級系統(tǒng)。

3.3 嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計算機功能但又不能稱之為計算機的設(shè)備或器材。它的目的是應(yīng)用，基礎(chǔ)是計算機技術(shù)，并且對軟件和硬件可以進行裁剪，能夠滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、實時性、成本、體積、功耗等指標的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。具有系統(tǒng)內(nèi)核小、專用型強等特點。

在水資源監(jiān)測中，對水資源信息進行監(jiān)測所使用的傳感器以及智能儀表，還有傳輸數(shù)據(jù)的終端機，基本上使用的技術(shù)都是嵌入式技術(shù)。嵌入式技術(shù)已經(jīng)成為水資源監(jiān)測中必不可少的一項技術(shù)。

4 結(jié)語

在水資源監(jiān)測中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以準確、快速的采集到水資源中的信息，并可及時傳輸?shù)焦芾聿块T的終端機，使得管理人員可及時根據(jù)情況做出應(yīng)對措施以及處理意見，提高了工作效率，減少了人力以及財力的浪費，同時也提高了水資源的質(zhì)量，從而保障了人們的正常生活。

參考文獻

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