楊 冬

(遼寧省水文局，沈陽 110003)

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的涵義

所謂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)質(zhì)上我們可以將其理解成是一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，是由互聯(lián)網(wǎng)和各種各樣的信息傳感器所構(gòu)成，因而又叫作傳感網(wǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用下，能夠自行將所有的設(shè)備或物品同網(wǎng)絡(luò)連接起來，以此實(shí)現(xiàn)管理與識(shí)別。具體說來，物聯(lián)網(wǎng)作為全新的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是新時(shí)代背景下衍生的產(chǎn)物，同時(shí)又作為通訊、傳感器、微電子和低功耗等技術(shù)綜合體，能夠被應(yīng)用在很多個(gè)領(lǐng)域中，如：智能電網(wǎng)、醫(yī)療健康、安全監(jiān)控、生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)以及交通智能管理等。

自物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)后，便引起了世界各國(guó)關(guān)注，尤其是在一些較發(fā)達(dá)國(guó)家，他們將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)看成是新的一種科技發(fā)展戰(zhàn)略，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身所蘊(yùn)含的特征，將其應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中。我們將視角從全世界范圍收回到國(guó)內(nèi)會(huì)發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)興起的時(shí)間也不遲，諸如：2010年，國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)同志便提出了“感知中國(guó)”、“智慧中國(guó)”等新的口號(hào)與理念，這便意味著國(guó)內(nèi)已將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入發(fā)展正題。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要構(gòu)成

想要將理論上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到日常實(shí)踐中，就需要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要構(gòu)成有所了解，諸如：中間件技術(shù)、RFID技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及無線傳感網(wǎng)技術(shù)等都是需要掌握的關(guān)鍵技術(shù)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)示意圖

2.1 中間件技術(shù)

所謂中間件技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一種存在于業(yè)務(wù)應(yīng)用層和技術(shù)設(shè)備管理層之間的新型軟件技術(shù)，可以將其看成是業(yè)務(wù)應(yīng)用程序、信息感知以及采集設(shè)備間的連接橋梁。各程序用戶即便是不了解各種程序間的邏輯結(jié)構(gòu)、內(nèi)部復(fù)雜物理關(guān)系等均能夠展開技術(shù)封裝工作，以此為程序廣泛的使用奠定基礎(chǔ)或提供條件。

一般而言，物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)遵循的是SOA原則，即在這一原則的遵循下，原本復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸比分解，直至簡(jiǎn)化，經(jīng)過多年的工作實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，中間件技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化管理。圍繞著SOA原則進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中間件架構(gòu)主要包含有五方面內(nèi)容，這些內(nèi)容分別是：服務(wù)管理、實(shí)體對(duì)象、應(yīng)用、對(duì)象抽象以及服務(wù)融合。這五方面內(nèi)容又可以看成是五個(gè)不同層次，其中每一層次代表著不同功能屬性。

諸如：服務(wù)管理層主要是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中存在的實(shí)體對(duì)象進(jìn)行管理，管理的作用在于保證物聯(lián)網(wǎng)在具體應(yīng)用中能夠發(fā)揮出實(shí)體對(duì)象管理作用；而實(shí)體對(duì)象作為最底層架構(gòu)，又是由多個(gè)不同功能設(shè)備所構(gòu)成，這些設(shè)備具有特定功能，并且這些功能能夠看成是物聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)構(gòu)成。

2.2 RFID技術(shù)

所謂RFID技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一種不需要接觸便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別的新技術(shù)類型，這一技術(shù)通過物體發(fā)射的信號(hào)能夠自動(dòng)識(shí)別出目標(biāo)對(duì)象，隨后還會(huì)獲取目標(biāo)對(duì)象相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)信息等，諸如：材料、大小和顏色等。具體說來，RFID技術(shù)技術(shù)不僅能自動(dòng)完成對(duì)象識(shí)別工作，而且對(duì)于化學(xué)藥品、水以及由等腐蝕性物品表現(xiàn)出較強(qiáng)的抵抗性。針對(duì)以上特征，將其應(yīng)用在一些人類無法難以到達(dá)的惡劣環(huán)境中就顯得非常有必要，諸如：黑暗的、涉及范圍較大的惡劣環(huán)境。

RFID技術(shù)主要是由三部分內(nèi)容所構(gòu)成，分別是后臺(tái)數(shù)據(jù)處理器、標(biāo)簽以及讀寫器。首先對(duì)于后臺(tái)數(shù)據(jù)處理器而言，其主要作用在于感知與識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，以便為RFID系統(tǒng)提供重要的運(yùn)行參考依據(jù)?，F(xiàn)階段，因?yàn)镽FID技術(shù)自身所具備的適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)、信息存儲(chǔ)量大、操作快捷以將識(shí)別精度高等優(yōu)勢(shì)，促使其應(yīng)用的范圍越來也廣。此外，隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，RFID技術(shù)也越來越趨于成熟，隨著其應(yīng)用的范圍逐步增大，將其應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中非常有必要，從物聯(lián)網(wǎng)近期的發(fā)展來看，RFID技術(shù)在其中的應(yīng)用推動(dòng)了其朝著更加智能化、多元化的方向前行。

2.3 無線傳感網(wǎng)技術(shù)

所謂無線傳感網(wǎng)技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是由大量固定的傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式所構(gòu)成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這一技術(shù)中集合了海量計(jì)算、微電子以及無線通信等技術(shù)，不僅能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行傳輸、感知、匯總和采集等操作，而且在一定范圍內(nèi)還能夠有效監(jiān)測(cè)環(huán)境狀況以及目標(biāo)對(duì)象，簡(jiǎn)單說來便是無線傳感網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)橹悄芑畔⑻幚砉ぷ魈峁┛茖W(xué)的信息處理及來源方式。

通過大量資料文獻(xiàn)查閱我們發(fā)現(xiàn)，無線傳感網(wǎng)技術(shù)自身所具備的優(yōu)勢(shì)較為明顯，諸如：數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)性、安全性、抗干擾行以及可靠性監(jiān)測(cè)系數(shù)高，因而能被廣泛的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、安全防護(hù)以及物流等領(lǐng)域中。如：將無線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，不僅提高了第一產(chǎn)業(yè)信息化運(yùn)作效率和管理水平，而且還有效地降低了農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)成本，進(jìn)一步保證農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收益?？梢姡锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展離不開無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展，這一技術(shù)能夠?yàn)橹悄芑瘧?yīng)用管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供重要的技術(shù)支撐。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 項(xiàng)目背景

現(xiàn)階段，遼寧省正在大力推行“三網(wǎng)融合”建設(shè)，主要目的是為了加快物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應(yīng)用進(jìn)程。各部門應(yīng)在水資源智慧網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的應(yīng)用下，盡快將一個(gè)現(xiàn)代化水資源管控體系構(gòu)建出來，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域水資源更加深入的智能洞察、更加透徹的感應(yīng)以及更加全面的計(jì)量等工作，從而保證水資源管理的有效性。

3.2 項(xiàng)目概述

遼寧省水利廳采用現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在重要水源地布設(shè)了水質(zhì)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，用以搜集各類水質(zhì)數(shù)據(jù)信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳輸，將數(shù)據(jù)提供給上層的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，對(duì)水質(zhì)變化實(shí)施全天候動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)取水口、3個(gè)水庫(kù)水質(zhì)的動(dòng)態(tài)管理，為相關(guān)區(qū)域的水質(zhì)治理提供了數(shù)據(jù)支撐。

3.3 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)設(shè)計(jì)以解決水利信息資源不足和共享困難等問題作為突破口，以增強(qiáng)信息深加工能力、提供高水平專業(yè)應(yīng)用服務(wù)為主攻方向，緊緊圍繞“系統(tǒng)融合，資源共享”這一主線，利用 MSTP、3S、云計(jì)算、3G和智能感知等技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)4個(gè)取水口、3個(gè)水庫(kù)的水質(zhì)情況的精準(zhǔn)掌握和科學(xué)管理。

3.4 應(yīng)用設(shè)計(jì)

遼寧省水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系，至下而上分為感知、傳輸和應(yīng)用三層架構(gòu)。其中，安全體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)運(yùn)行管理為整個(gè)系統(tǒng)提供可靠的保障環(huán)境。

圖2 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1)感知層：感知層是通過水質(zhì)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器等物聯(lián)網(wǎng)手段，實(shí)現(xiàn)智能感知，包括五參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備、氨氮監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備等。

2)傳輸層：傳輸層是通過建設(shè)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心，利用 MSTP、3G、云計(jì)算等信息技術(shù)，搭建一個(gè)業(yè)務(wù)信息基礎(chǔ)承載平臺(tái)，滿足各種數(shù)據(jù)、語音、圖像及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸。

3)應(yīng)用層：業(yè)務(wù)應(yīng)用層是在底層信息采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)情況進(jìn)行分析，對(duì)緊急水質(zhì)情況進(jìn)行報(bào)警。

4) 遼寧省水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行離不開安全可靠的保障環(huán)境。通過制定和頒布行業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)確保水利系統(tǒng)融合、資源共享的基本要求；通過建立安全策略、安全法規(guī)、安全管理、安全標(biāo)準(zhǔn)、安全技術(shù)、安全基礎(chǔ)設(shè)施和安全服務(wù)等的安全體系，保證水利信息化健康、有序發(fā)展；通過建立建全運(yùn)行管理體系加強(qiáng)水利信息化建設(shè)的組織協(xié)調(diào)，合理配置資源，提高管理的效率，確保項(xiàng)目穩(wěn)定有效。

3.5 應(yīng)用效果

截止到2017年初， 遼寧省水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共建設(shè)了水質(zhì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。經(jīng)實(shí)地走訪我們了解到，這些設(shè)置的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)不僅為水質(zhì)治理提供了有利的參考依據(jù)，而且能夠第一時(shí)間將采集到的水質(zhì)變化數(shù)據(jù)信息反饋給各級(jí)部門，幫助他們及時(shí)了解到區(qū)域內(nèi)水質(zhì)變化情況、污染源排污情況等，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水文的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

4 總 結(jié)

將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了智慧示范性應(yīng)用，在簡(jiǎn)約化操控條件下，相關(guān)野外設(shè)施設(shè)備實(shí)現(xiàn)物聯(lián)互通，忠實(shí)執(zhí)行基層水利管理人的意志，全面高效快捷地執(zhí)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)，為水質(zhì)治理項(xiàng)目提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

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