王慧斌，譚國(guó)平，李臣明，朱躍龍

（河海大學(xué)，江蘇 南京 211100）

信息獲取與傳輸技術(shù)在水利立體監(jiān)測(cè)中應(yīng)用與構(gòu)想

王慧斌，譚國(guó)平，李臣明，朱躍龍

（河海大學(xué)，江蘇 南京 211100）

構(gòu)建水利立體監(jiān)測(cè)體系是新時(shí)期水利信息化的重要建設(shè)內(nèi)容，水利立體監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及到多平臺(tái)聯(lián)合、多元融合和匯聚及精準(zhǔn)獲取等方面，需要解決好監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性及異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通問(wèn)題等。分析信息獲取與傳輸技術(shù)的最新發(fā)展特點(diǎn)，以及國(guó)外水利應(yīng)用情況，提出基于動(dòng)態(tài)反饋的立體監(jiān)測(cè)參考框架，并探討立體監(jiān)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)的制定，最后對(duì)水利立體監(jiān)測(cè)應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

信息獲??；通信技術(shù)；立體監(jiān)測(cè)；動(dòng)態(tài)反饋；協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

在當(dāng)前我國(guó)新老水問(wèn)題相互交織，水安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻背景下，水利業(yè)務(wù)以防汛抗旱防災(zāi)、水資源合理配置和高效利用、水資源保護(hù)與河湖健康等建設(shè)為核心，迫切需要采集廣譜、要素豐富、信息準(zhǔn)確完整的水利監(jiān)測(cè)新技術(shù)支撐，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、靈活接入、安全可靠的泛在先進(jìn)水利通信網(wǎng)絡(luò)保障。構(gòu)建水利全要素立體監(jiān)測(cè)體系與技術(shù)成為需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在《全國(guó)水利信息化發(fā)展十三五規(guī)劃》中明確提出：將“建成天地一體的水利立體監(jiān)測(cè)體系，支撐水環(huán)境水生態(tài)要素采集、供用水計(jì)量、大型工程/重點(diǎn)工程在線監(jiān)管等應(yīng)用”等作為新時(shí)期水利信息化建設(shè)的重要任務(wù)。

水利信息廣泛存在于自然水循環(huán)、水利活動(dòng)和其他涉水相關(guān)領(lǐng)域。同時(shí)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活乃至網(wǎng)絡(luò)虛擬空間，亦蘊(yùn)含著豐富的水利信息。立體監(jiān)測(cè)的主要目的就是要通過(guò)不同位置、時(shí)相、精度、尺度的信息采集和傳輸，拓展監(jiān)測(cè)的時(shí)空連續(xù)性，提高監(jiān)測(cè)精度，全面獲取水利信息。因此，水利立體監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及到空-天-地聯(lián)合方式、多元融合和匯聚模式、全要素精準(zhǔn)獲取方法等方面，既有對(duì)各種監(jiān)測(cè)平臺(tái)及技術(shù)的整合應(yīng)用問(wèn)題，也有各種通信網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題，還需考慮對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、公共網(wǎng)絡(luò)空間資源的有效利用問(wèn)題等。

近年來(lái)，信息技術(shù)的快速發(fā)展，及其在國(guó)外水利領(lǐng)域的應(yīng)用，為我國(guó)水利立體監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用提供了新方法。本文對(duì)信息獲取與傳輸技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)，并介紹了相關(guān)技術(shù)在國(guó)外水利應(yīng)用情況。在此基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)水利立體監(jiān)測(cè)技術(shù)體系構(gòu)建提出了設(shè)想。

1 信息獲取與傳輸技術(shù)最新發(fā)展特點(diǎn)

1.1 衛(wèi)星遙感、水下探測(cè)等信息獲取技術(shù)取得了較快速發(fā)展

衛(wèi)星遙感方面，陸續(xù)發(fā)射了大量高分辨率光譜/微波遙感衛(wèi)星，在已實(shí)現(xiàn)電磁波譜全波段覆蓋的基礎(chǔ)上，積極發(fā)展以多星組網(wǎng)、多網(wǎng)協(xié)同方式，形成高中低空間分辨率配置、多種觀測(cè)手段優(yōu)化組合的綜合全球觀測(cè)技術(shù)?；谛l(wèi)星遙感平臺(tái)的多波段融合、變化檢測(cè)、分類識(shí)別及基于遙感大數(shù)據(jù)分析解譯技術(shù)也得到發(fā)展和應(yīng)用。水下探測(cè)方面，推出了 AUV（Autonomous Underwater Vehicle）和 ROV（Remote Operated Vehicle）等系列平臺(tái)，已發(fā)展形成以水聲成像、光電成像探測(cè)為主的水下成像探測(cè)技術(shù)，同時(shí)，積極開(kāi)展新型固定式水下網(wǎng)絡(luò)探測(cè)技術(shù)。目前，通過(guò)多譜段融合、多傳感器協(xié)作以增強(qiáng)水下探測(cè)感知能力是最新趨勢(shì)。

1.2 高速率、高可靠和低延遲的新一代無(wú)線通信技術(shù)成為主流

無(wú)線傳輸設(shè)計(jì)新方案主要依賴于超密集組網(wǎng)、毫米波通信和大規(guī)模 MIMO 技術(shù)[1]。超密集組網(wǎng)技術(shù)以縮小小區(qū)覆蓋面積的組網(wǎng)方式，如微微蜂窩基站（范圍≤ 100 m）和毫微蜂窩基站（范圍≤10 m），能夠顯著提升頻譜復(fù)用效率，使系統(tǒng)容量增加 10～100 倍；毫米波通信技術(shù)能夠有效利用頻率范圍為30～300 GHz 的空閑頻譜資源，在短距離、高速率（e.g.峰值速率為 1～10 GB/s）和低延遲的通信中具有明顯優(yōu)勢(shì)，已成為未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向；大規(guī)模 MIMO 技術(shù)能使現(xiàn)有系統(tǒng)的頻譜效率提升 10 倍以上，可提供無(wú)處不在的高容量無(wú)縫覆蓋，是未來(lái) 5G 系統(tǒng)的核心技術(shù)。

1.3 集成先進(jìn)傳感、通訊、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，是信息獲取與傳輸?shù)淖钚录夹g(shù)形態(tài)

目前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要依賴于射頻識(shí)別與追蹤技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)和霧計(jì)算（Fog Computing）等。研發(fā)具有擴(kuò)頻傳輸?shù)挠性?RFID 系統(tǒng)、與 WSN集成是 RFID 技術(shù)的最新發(fā)展重點(diǎn)[2]。另外，物聯(lián)網(wǎng)涉及到 WSN，WMN，WLAN 等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備信息交換，研發(fā)新型網(wǎng)關(guān)和制定統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前發(fā)展主流。相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要包括 RFID，NFC，IEEE802.11（WLAN），IEEE 802.15.4（ZigBee），IEEE 802.15.1（藍(lán)牙），IETF 低功率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（6LoWPAN），M2M 及 IPv6 等技術(shù)。霧計(jì)算是一種將計(jì)算、控制、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)功能分配到更接近終端用戶設(shè)備的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[3]，能實(shí)現(xiàn)智能控制無(wú)線接入、組織和管理本地移動(dòng)自組網(wǎng)及與基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的集成等功能降低傳感器終端能耗，提升信息采集和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性等性能。

信息技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用深刻影響并極大促進(jìn)了包括水利在內(nèi)的社會(huì)各領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展。

2 相關(guān)技術(shù)的國(guó)外水利應(yīng)用情況

2.1 衛(wèi)星、航空遙感遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用

衛(wèi)星遙感遙測(cè)技術(shù)方面：利用新一代衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)水循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行更高精度、更加有效的監(jiān)控和模擬。基于高光譜、高分辨率、SAR 等成像技術(shù)，開(kāi)展了多源遙感數(shù)據(jù)融合、多波段產(chǎn)品融合、衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)等技術(shù)研究和應(yīng)用。主要應(yīng)用有：

1）全球降水觀測(cè)計(jì)劃 GPM，采用包括 GPM核心觀測(cè)平臺(tái)（GPM Core Observatory），TRMM，NOAA-18/19，GCOM-W1 和 DMSP 等多顆衛(wèi)星的多普勒雙頻降雨雷達(dá)、微波成像儀、可見(jiàn)光/紅外等數(shù)據(jù)組成全球觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提供全球高時(shí)空分辨率的降水產(chǎn)品[4-5]。

2）全球土壤濕度主被動(dòng)反演計(jì)劃 SMAP，同時(shí)搭載 L 波段的主動(dòng)微波雷達(dá)和被動(dòng)微波輻射計(jì)，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)微波相結(jié)合的土壤水分觀測(cè)和制圖。SMAP的發(fā)射為全球提供更高時(shí)空分辨率的土壤水分產(chǎn)品，包括 3 km 的逐日主動(dòng)雷達(dá)產(chǎn)品，36 km 的逐日被動(dòng)微波輻射計(jì)產(chǎn)品，以及 9 km 的逐日主被動(dòng)合成產(chǎn)品[6-7]。

3）地表水及海洋地形檢測(cè)計(jì)劃 SWOT，核心設(shè)備包括：Ka 或 Ku 波段雷達(dá)、Ku 波段測(cè)高儀、微波輻射計(jì)。主要目的之一是觀測(cè)陸地的水循環(huán)[8]。

4）地球重力場(chǎng)檢測(cè)及氣候監(jiān)控計(jì)劃 GRACE，包括 2 顆在同一極地軌道運(yùn)行，距地面約 450 km，相隔約 200 km 的衛(wèi)星，通過(guò)搭載的微波測(cè)距系統(tǒng)（Microwave Ranging System）和 GPS 等儀器，精確測(cè)量（精度在 10 μm 以內(nèi)）2 顆衛(wèi)星之間的距離變化，從而反演地球重力場(chǎng)由于質(zhì)量分布所引起的變化。2017 年將要發(fā)射的 GRACE Follow-on 將通過(guò)軌道參數(shù)的重新設(shè)置，提高 GRACE 的時(shí)空分辨率并縮短數(shù)據(jù)發(fā)布時(shí)間[9-10]。

除此之外，還有蒸散發(fā)遙感反演衛(wèi)星的水利應(yīng)用，代表性數(shù)據(jù)產(chǎn)品有：1）基于中分辨率成像光譜儀（MODIS）LAI 的全球蒸散產(chǎn)品（MOD16），其空間分辨率為 1 km，時(shí)間分辨率為 8 d，數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為 2000 年至當(dāng)前[11]；2）基于美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）改進(jìn)型甚高分辨率輻射儀（AVHRR） NDVI 的全球蒸散產(chǎn)品，空間分辨率為8 km，時(shí)間分辨率為月，數(shù)據(jù)時(shí)間跨度從 1981 年至今[12]。

利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global NavigationSatellite System，GNSS）的水利應(yīng)用。例如，用GNSS L 波段微波地表反射信號(hào)，即 GNSS 定位應(yīng)用中的“多路徑誤差”，進(jìn)行土壤水分估算[13]。美國(guó)基于板塊邊界觀測(cè)計(jì)劃（Plate Boundary Observatory，PBO）的 GPS 觀測(cè)站網(wǎng)，發(fā)展了西部多個(gè)站點(diǎn)的長(zhǎng)時(shí)間序列土壤/植被水分產(chǎn)品[14-16]。美國(guó)、荷蘭等國(guó)還利用星載雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù) INSAR（Synthetic Aperture Radar Interferometry）和 GNSS 聯(lián)合協(xié)同反演進(jìn)行毫米級(jí)的形變檢測(cè)，構(gòu)建防洪堤動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

另外，在利用航空遙感遙測(cè)技術(shù)方面，美國(guó)克萊姆森大學(xué)開(kāi)展了高分辨率地面穿透雷達(dá)成像分析，監(jiān)測(cè)滲流區(qū)的動(dòng)態(tài)水文條件[17]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

水利行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用是由 IBM 開(kāi)發(fā)的智慧水管理系列項(xiàng)目。以智慧河流和港灣項(xiàng)目研究最具代表性?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧河流是在美國(guó)在紐約州哈德遜河（Hudson River）開(kāi)展。采用了分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)河流斷面水量、水質(zhì)及氣象等多參數(shù)的立體監(jiān)測(cè)，全面提高了對(duì)河流物理、化學(xué)、生物信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力?；趯?duì)河流全要素在線分析和海量數(shù)據(jù)的多維關(guān)聯(lián)分析，揭示河流生態(tài)系統(tǒng)跨時(shí)空演變及人類活動(dòng)對(duì)其影響。在愛(ài)爾蘭戈?duì)栱f灣（Galway Bay）開(kāi)展的智慧港灣（Smart Bay）研究，主要用于海灣區(qū)域水資源健康管理。采用“智能浮標(biāo)”全面收集海洋、天氣參數(shù)，基于大型海量數(shù)據(jù)收集與分布式智能系統(tǒng)分析海洋健康狀況，并提供基于云的信息服務(wù)。另外，愛(ài)爾蘭的Smart Coast 系統(tǒng)[18]和澳大利亞的 Lake Net 系統(tǒng)[19]，也都是針對(duì)湖泊設(shè)計(jì)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合無(wú)線通訊和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)間以ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)直接通訊，系統(tǒng)可對(duì)湖泊中的磷酸鹽濃度監(jiān)測(cè)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)溫度、水位等信息的在線采集、分析等。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)田灌溉和城市用水管理方面也有應(yīng)用。例如，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的 LICHTENBERG等[20-21]利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建了一個(gè)集成水利灌溉管理系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水分狀況，提高灌溉效率；新加坡南洋理工大學(xué)聯(lián)合美國(guó)的 MIT 在 2011 年啟動(dòng)了無(wú)線水哨兵計(jì)劃（Wireless Water Sentinel Project，WWSP）[22]，該項(xiàng)目利用無(wú)線傳感網(wǎng)構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控供水系統(tǒng)的液壓和水質(zhì)等參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提供了能夠檢測(cè)突發(fā)泄露等事故的有效方法，可以顯著提高大型城市供水系統(tǒng)的日常運(yùn)行效率；美國(guó)田納西大學(xué)聯(lián)合 MIT 的相關(guān)機(jī)構(gòu)[23]，針對(duì)地下供水管道泄露監(jiān)測(cè)問(wèn)題，開(kāi)展了精準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位研究。

2.3 新型非接觸式水面、水下測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

近年來(lái)，基于聲學(xué)、光學(xué)、雷達(dá)等明渠流速及流量的測(cè)量?jī)x器取得了發(fā)展，更新?lián)Q代的速度也比較快。典型的有基于聲學(xué)（如 ADCP）及雷達(dá)（如電波流速儀）的流速監(jiān)測(cè)設(shè)備。同時(shí)，大尺度粒子圖像測(cè)速技術(shù) LSPIV 在流速測(cè)量中得到快速發(fā)展[24-25]，該技術(shù)采用圖像分析技術(shù)估計(jì)布撒到被測(cè)流體中的示蹤粒子微團(tuán)或單個(gè)粒子在光流場(chǎng)圖像中的位移，通過(guò)速度矢量計(jì)算獲得分析區(qū)域內(nèi)局部流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而提高各種復(fù)雜流動(dòng)的測(cè)量能力。另外，超聲波、水下射線、超聲波測(cè)深[26]結(jié)合衛(wèi)星定位等水下非接觸無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（NDT）及設(shè)備也不斷涌現(xiàn)。這些技術(shù)在含沙量及懸沙動(dòng)力過(guò)程測(cè)量、淤泥層測(cè)定、庫(kù)容量監(jiān)測(cè)、水工結(jié)構(gòu)檢測(cè)等水利工程檢測(cè)中進(jìn)行了應(yīng)用。

3 水利立體監(jiān)測(cè)技術(shù)體系研究構(gòu)想

水利立體監(jiān)測(cè)是充分利用各種天-空-地平臺(tái)及先進(jìn)傳感、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將衛(wèi)星觀測(cè)、航空遙測(cè)、地面監(jiān)測(cè)相結(jié)合，從宏觀、介觀和微觀的角度，連續(xù)獲取水利領(lǐng)域內(nèi)點(diǎn)-線-面的多時(shí)空、高分辨率、高精度信息，實(shí)現(xiàn)水利信息全面感知的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。各監(jiān)測(cè)平臺(tái)協(xié)同下的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)獲取及數(shù)據(jù)互聯(lián)互通是重要環(huán)節(jié)，目前還沒(méi)有成熟可供借鑒的支撐系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)體系，需要在理論方法和技術(shù)應(yīng)用上開(kāi)展大量研究工作。

3.1 研究建立以動(dòng)態(tài)自適應(yīng)機(jī)制為核心的立體監(jiān)測(cè)框架

構(gòu)建集成一體化的水利立體監(jiān)測(cè)體系，是從系統(tǒng)的角度對(duì)水利要素進(jìn)行多角度、多途徑和多尺度的監(jiān)測(cè)。必須著眼于業(yè)務(wù)應(yīng)用與監(jiān)測(cè)要素之間的關(guān)系，在立體監(jiān)測(cè)框架與外部環(huán)境的聯(lián)系、作用和制約等相互關(guān)系中綜合、精確地考察監(jiān)測(cè)要素，以尋求實(shí)現(xiàn)最優(yōu)立體監(jiān)測(cè)的方法和途徑。信息-物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）理念則能比較合理闡述這種關(guān)系，為立體監(jiān)測(cè)有效運(yùn)行提供較好策略。CPS 是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS 關(guān)注資源的合理整合利用與調(diào)度優(yōu)化，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同。因此，水利立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取的信息流不能僅僅是由物理世界到虛擬世界的單向流，更應(yīng)該是信息的雙向交流和互動(dòng)，這樣才能滿足水利各種業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)需求。下面給出一個(gè)基于動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制的水利立體監(jiān)測(cè)參考框架，該框架的原理如圖 1 所示。

圖 1 基于動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制的水利立體監(jiān)測(cè)參考框架

該參考框架主要由 3 個(gè)部分組成：由大、中、小 3 種不同尺度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成的水利信息多尺度立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯聚處理模塊；由像素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)多尺度信息分析處理、數(shù)據(jù)源管理和監(jiān)測(cè)質(zhì)量評(píng)價(jià)構(gòu)成的水利立體監(jiān)測(cè)信息分析系統(tǒng)。該參考框架最大的特點(diǎn)是：根據(jù)水利各業(yè)務(wù)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)需求，在大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)支撐下，由分析系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)據(jù)源管理和監(jiān)測(cè)質(zhì)量評(píng)價(jià)規(guī)則，通過(guò)反饋通道控制立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)匯聚處理模塊，達(dá)到根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息以自適應(yīng)調(diào)整相關(guān)決策目的，從而提供實(shí)時(shí)的自適應(yīng)服務(wù)，滿足水利業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性的需求。

3.2 研究制定統(tǒng)一的立體監(jiān)測(cè)應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)

實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，需重點(diǎn)研究和考慮協(xié)議層劃分、通信網(wǎng)絡(luò)性能度量方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1）遵循通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層的原理，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的協(xié)議構(gòu)架?？捎酶兄獙?、傳輸層、應(yīng)用層描述。感知層包括數(shù)據(jù)采集、傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理等子層。其中，傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理子層包括：低速及中高速近距離傳輸、自組織、協(xié)同信息處理、傳感器中間件等技術(shù)；傳輸層包括各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡(luò)，含互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等；應(yīng)用層主要承擔(dān)的任務(wù)是智能計(jì)算和分析，服務(wù)于水利業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2）為支撐水利立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與分析、管理與運(yùn)營(yíng)，需研究建立監(jiān)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)的定量性能測(cè)量與度量方法。可以考慮采用超密集組網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模 MIMO、毫米波通信等新技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)信息論為基礎(chǔ)，探索協(xié)同通信、無(wú)碼率編碼和機(jī)會(huì)通信等新方法，研究監(jiān)測(cè)通信網(wǎng)性能評(píng)價(jià)體系、度量模型與方法，研究網(wǎng)絡(luò)容量、拓?fù)?、時(shí)延、吞吐量、覆蓋的性能度量等。

3）實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備之間的互連互通，需研究制定統(tǒng)一的水利立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的接口、協(xié)議和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從用戶、網(wǎng)絡(luò)提供者、應(yīng)用開(kāi)發(fā)者、服務(wù)提供者等多視角構(gòu)建水利立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，研究進(jìn)行精確描述的形式化方法。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著信息獲取與通信技術(shù)的發(fā)展和水利應(yīng)用，立體化、全過(guò)程、高精度的水利信息獲取技術(shù)，泛在化的通信技術(shù)及各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，將推動(dòng)水利各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息化的快速發(fā)展。1）新一代衛(wèi)星、遙感遙測(cè)及水下探測(cè)技術(shù)發(fā)展，將不斷完善水利立體化監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建，擴(kuò)展水利要素采集的時(shí)空完整性和連續(xù)性，及數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和應(yīng)急性；2）新型測(cè)量技術(shù)和設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將不斷完善各種復(fù)雜環(huán)境/條件下水利測(cè)量的手段和方式，提高測(cè)量精準(zhǔn)度；3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入水利建設(shè)和管理過(guò)程，將促進(jìn)水利各項(xiàng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程優(yōu)化和控制，助推智慧水利建設(shè)。

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Application and conception of information acquisition and transmission technology in water conservancy stereo monitoring

WANG Huibin, TAN Guoping, LI Chenming, ZHU Yuelong
(Hohai University, Nanjing 211100, China)

The construction of water conservancy stereo monitoring system is the signi fi ciant construction content of water conservancy informatization in the new time period. The water conservancy stereo monitoring technology involves multiple platforms joint, multi-source fusion and convergence, and accurate acquisition, etc. Also monitoring dynamic adaptive problems and heterogeneous network interconnection problems need to be solved. This paper introduces the latest development of information acquisition and transmission technology with application in foreign countries, and proposes a stereo monitoring reference frame based on dynamic feedback. And the paper analyzes communication network protocol architecture of the stereomonitoring. Finally, the application outlook of water conservancy stereo monitoring system is concluded.

information acquire; communication technology; stereo monitoring; dynamic feedback; protocol standard

TN914；TV21

A

1674-9405(2017)04-0011-06

10.19364/j.1674-9405.2017.04.003

2017-05-04

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（61671201，61263029，61370091）；水資源高效開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)專項(xiàng)（2016YFC0402710）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2015BAB07B01）

王慧斌（1967-），男，山西陽(yáng)泉人，博士生導(dǎo)師，研究方向：信息獲取與智能系統(tǒng)，通信網(wǎng)與專用通信系統(tǒng)，光電成像與圖像處理及復(fù)雜系統(tǒng)建模與優(yōu)化。