潘凡峰

（上海開山中夏節(jié)能環(huán)保科技有限公司，上海市 201401）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，中國制造全面提高了人民的生活水平，同時(shí)對(duì)水資源、大氣污染已經(jīng)到了不得不治理的階段了。要治理必須全面了解實(shí)際情況，目前我們國家已經(jīng)建設(shè)過很多監(jiān)測手段，包括有線的電纜、光纜，也包括無線的GPRS、衛(wèi)星通信等技術(shù)手段。但因有線的方式經(jīng)常性遇到盜竊、施工挖斷、地質(zhì)災(zāi)害等情況阻斷通信，而且在大范圍的野外條件下，尋找故障點(diǎn)、檢修非常困難。所以有線監(jiān)測方式現(xiàn)在還是條件有限。而現(xiàn)有無線通信方式又存在外用資源多，更換電池頻繁等維護(hù)困難的情況，所以也存在不可回避的矛盾。所以我們就要尋求一種超低功耗，即兩年以上不更換電池，同時(shí)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障都會(huì)自動(dòng)彌補(bǔ)的智能自組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)。

目前我國地表水成分逐漸趨于復(fù)雜，有機(jī)成分增多，原來以分析濁度、離子為主，現(xiàn)在可以加一些微量有機(jī)污染物，如除草劑、殺蟲劑、消毒副產(chǎn)物等的監(jiān)測，針對(duì)性監(jiān)測水體富營養(yǎng)化，有效預(yù)防藻類過量繁殖，產(chǎn)生難聞的嗅味和有害的藻毒素保障用水安全和公共安全，維護(hù)人民的健康水平[1-3]。

1 超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)系統(tǒng)情況介紹

1.1 超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的基本工作原理

1.1.1 技術(shù)特征介紹及應(yīng)用范圍

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)領(lǐng)域的核心技術(shù)，最初由國外相關(guān)領(lǐng)域的資深軟硬件的公司和專家所壟斷，打造下一代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，提供高水準(zhǔn)的解決方案；其產(chǎn)品將循序漸進(jìn)地覆蓋工業(yè)監(jiān)測，環(huán)境保護(hù)、公共安全等不同領(lǐng)域。運(yùn)用最新無線傳感網(wǎng)技術(shù)和相關(guān)人工智能技術(shù)，傳輸可靠，安裝便捷；智能程度，監(jiān)測強(qiáng)度和探測精度進(jìn)一步提高；為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模在線監(jiān)控帶來了契機(jī)。

1.1.2 超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)絡(luò)解決方案

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括人工智能（AI）自組網(wǎng)，自組網(wǎng)可以通過自己的通信協(xié)議直接接入監(jiān)控室，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立區(qū)域也可以接入GPRS，WIFI等選項(xiàng)。用戶可根據(jù)具體應(yīng)用選擇不同無線方案。

1.1.3 自組網(wǎng)解決方案

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)解決方案。在下圖中，葉子節(jié)點(diǎn)代表每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理傳感網(wǎng)，接受管理指令，并將數(shù)據(jù)送往控制中心。

超低能耗人工智能（AI）無線自組傳感網(wǎng)具有下列功能：

（1）支持協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)之功能；

（2）支持單播，組播和廣播之功能；

（3）支持星狀，樹狀，和網(wǎng)狀拓?fù)洌?/p>

（4）每個(gè)路由可支持20個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)；

（5）允許不同監(jiān)測終端混合布局，分別監(jiān)測不同物理、化學(xué)參數(shù)；

（6）支持動(dòng)態(tài)路由，具有自我修復(fù)功能；

（7）監(jiān)測信息可經(jīng)由自組網(wǎng)，通過協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)直接送往監(jiān)測中心；

（8）監(jiān)測信息也可經(jīng)由自組網(wǎng)，通過協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和局域網(wǎng)送往監(jiān)測中心。

監(jiān)控設(shè)備由電池或外部供電，路由和網(wǎng)關(guān)由外部供電，自組網(wǎng)沒有周期性費(fèi)用，數(shù)據(jù)的私密性得到保證，見圖1。

圖1 超低能耗人工智能無線自組網(wǎng)解決

在偏遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立區(qū)域內(nèi)，遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸也可以通過移動(dòng)營運(yùn)商的網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)，監(jiān)控設(shè)備通過營運(yùn)商與管理平臺(tái)交流，設(shè)備一般使用外部供電，每臺(tái)監(jiān)控設(shè)備可能需要支付移動(dòng)服務(wù)費(fèi)用。因數(shù)據(jù)通過營運(yùn)商網(wǎng)絡(luò)，私密性明顯低于自組網(wǎng)方案。

在區(qū)域條件比較好、現(xiàn)場有必要設(shè)置監(jiān)控室的情況下，也可以通過監(jiān)控現(xiàn)場的WIFI路由與管理平臺(tái)交流，監(jiān)控設(shè)備由電池或外部供電，沒有周期性費(fèi)用。

傳統(tǒng)監(jiān)測器需要為每臺(tái)設(shè)備鋪設(shè)數(shù)據(jù)線和電源線，大量部署時(shí)，成本十分可觀。如果在防爆區(qū)，每臺(tái)監(jiān)測設(shè)備往往單獨(dú)鋪設(shè)線路，工程尤為浩大。智能雙核自組網(wǎng)防爆探測器，無需鋪設(shè)數(shù)據(jù)線。其中探測包括溶氧量、透明度、氨氮、重金屬離子等在內(nèi)數(shù)十種傳感器系列探測器使用電池供電，徹底擺脫了有線狀態(tài)；在1～5 s高頻度巡檢，保持網(wǎng)絡(luò)通暢的前提下，續(xù)航時(shí)間4 a以上，此記錄達(dá)世界水準(zhǔn)，目前全球同類產(chǎn)品中無出其右,極大程度降低和縮短了安裝維護(hù)的成本和時(shí)間。監(jiān)測重金屬離子等水體的E系列探測器，使用外部電源或充電電池驅(qū)動(dòng)，可以達(dá)到PPB精度。超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的解決方案提供了全新的功能，具有杰出的靈活性，可塑性和伸展性，是水體檢測系統(tǒng)融入大型物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通向智慧地球目標(biāo)的橋梁。

智能雙核自組網(wǎng)防爆水體物理指標(biāo)探測器，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和管理平臺(tái)等組成。探測器用來探測水體污染及其在水體中的濃度；無線傳輸網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)；軟件平臺(tái)具有系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)處理，分級(jí)報(bào)警,動(dòng)態(tài)分析等功能，如果需要可以提供預(yù)案或在線建議等。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊提供從終端設(shè)備到自組網(wǎng)和管理平臺(tái)的端到端水體監(jiān)控整體解決方案，通過常規(guī)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)信息送往監(jiān)測中心和移動(dòng)終端，包括手機(jī)和PDA；也可以通過軟件集成，融入大規(guī)模新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)水體監(jiān)測解決方案可以用來全天候密集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有毒有害污染物的泄漏和排放情況。如發(fā)現(xiàn)異常，酌情進(jìn)行分級(jí)報(bào)警，并通知相關(guān)工作人員和管理人員實(shí)時(shí)處理，避免發(fā)生重大災(zāi)難，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)水體監(jiān)測解決方案的應(yīng)用范圍大致分為以下幾類；

（1）各類工業(yè)園區(qū)，施工工地附近水體監(jiān)測管理；

（2）各類具有航道功能的水體監(jiān)測管理；

（3）天然河道、湖泊。

1.2 超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)智能雙核自組網(wǎng)水資源監(jiān)測節(jié)點(diǎn)傳感器基本功能

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)研發(fā)的基于最新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能雙核自組網(wǎng)物理化學(xué)量探測器具有以下功能和特點(diǎn)：

（1）配備多個(gè)微處理器，協(xié)同工作，較之單處理器具有顯著優(yōu)勢；

（2）可加入無線動(dòng)態(tài)自組傳感網(wǎng)，進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交流；

（3）能夠與模擬和數(shù)字水體傳感器整合，有效監(jiān)測有毒有害有污染的水體數(shù)據(jù)；

（4）運(yùn)用獨(dú)特的軟硬件技術(shù)，優(yōu)化傳感器的敏感性和分辨率；

（5）根據(jù)污染程度和客戶需求，自動(dòng)分級(jí)報(bào)警；

（6）可探測PPM濃度和PPB濃度的目標(biāo)物理量；

（7）支持溫度補(bǔ)償和傳感器年齡追蹤；

（8）支持智能自動(dòng)調(diào)零糾偏功能；

（9）通過管理軟件,支持參數(shù)客戶化功能；

（10）可以具有防水防爆功能；

（11）在1～5 s巡檢頻度的條件下，續(xù)航4 a以上無需更換電池；

（12）技術(shù)上可以提供小屏幕，便于局部查看污染和設(shè)備運(yùn)行狀況；

（13）支持磁性遙控開關(guān)，方便現(xiàn)場操作；

（14）精確，高效，靈活，低能耗，綜合性能達(dá)到國際水準(zhǔn)。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)智能雙核自組網(wǎng)防爆水體探測器分為B系列和E系列。B系列由電池驅(qū)動(dòng)，通常提供PPM精度，用來進(jìn)行目標(biāo)監(jiān)控；目標(biāo)水體污染指標(biāo)初設(shè)為溶解氧、透明度、氨氮等。使用電池驅(qū)動(dòng)，在高頻度巡檢（數(shù)秒間隔）的情況下，續(xù)航數(shù)年無需更換電池。

除自組網(wǎng)外，超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)智能雙核自組網(wǎng)探測器還提供更多的網(wǎng)絡(luò)選擇，支持WIFI，2G/3G/4G等通訊方式，最后殊途同歸，納入同一物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)智能雙核自組網(wǎng)防爆水體B系列探測器覆蓋的目標(biāo)水體見附3；E系列探測器覆蓋的目標(biāo)水體見附4。

2 部署安裝選點(diǎn)

部署安裝選點(diǎn)示意見圖2。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的智能雙核自組網(wǎng)防爆水體探測器可以安裝于江海湖河任何需要監(jiān)控的位置，以間距50 m左右覆蓋安裝，通信距離超過150 m，在重合區(qū)域人工智能組網(wǎng)；協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)則可通過USB與電腦直接相連，或USB服務(wù)器經(jīng)由局域網(wǎng)與電腦相連。

圖2 部署安裝選點(diǎn)示意圖

3 物聯(lián)網(wǎng)水體監(jiān)測管理平臺(tái)

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)水體監(jiān)測管理平臺(tái)是控制和管理系統(tǒng)的平臺(tái)。平臺(tái)可以部署在傳感網(wǎng)涵蓋的區(qū)域，也可以部署在與局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)連接的遠(yuǎn)端設(shè)備上，以覆蓋大面積，多區(qū)域的工作生活場所。管理平臺(tái)由配置管理，配置代理，數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用代理，監(jiān)測預(yù)警，用戶管理，傳感網(wǎng)管理，群落管理，分區(qū)分組管理和統(tǒng)計(jì)管理，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等模塊所組成，主要具有以下功能：

（1）提供管理配置功能，如果需要提供地圖界面；

（2）提供圖象界面動(dòng)態(tài)展示監(jiān)測結(jié)果；

（3）提供不同級(jí)別的警示功能，中心控制室可見報(bào)警窗口和鳴叫；

（4）可根據(jù)需要將報(bào)警信號(hào)送往相關(guān)人員手機(jī)；

（5）如果需要，可以提供應(yīng)急建議或指導(dǎo)；

（6）提供用戶管理和權(quán)限管理；

（7）提供監(jiān)測器群落管理和部署區(qū)域管理；

（8）維護(hù)歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的其他信息；

（9）提供系統(tǒng)維護(hù)管理并指導(dǎo)維護(hù)工作（如提醒更換傳感器和電池）；

（10）提供統(tǒng)計(jì)信息和其他管理功能；

（11）以后還將推出智能推理機(jī)和以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的水體或液體流向分析；

（12）管理平臺(tái)可以與其它超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)管理系統(tǒng)融合，組成統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)。

作為物聯(lián)網(wǎng)水體監(jiān)測管理平臺(tái)的補(bǔ)充，超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)計(jì)劃在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候推出配套的手持機(jī)移動(dòng)管理平臺(tái)。手持機(jī)可以方便管理人員現(xiàn)場移動(dòng)辦公，及時(shí)處理各類信息，提高辦公效率。在常規(guī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或無法接通的區(qū)域，手持機(jī)可以支持在線或離線操作，以避免管理真空。

4 目前國內(nèi)外同類技術(shù)發(fā)展

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的智能雙核自組網(wǎng)防爆水體探測器和其他物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品及核心技術(shù)在國內(nèi)長周期電池供電監(jiān)測領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢。

在國際市場的競爭中，超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的優(yōu)勢在于：

（1）智能雙核自組網(wǎng)防爆水體探測器具有后發(fā)優(yōu)勢，使用更先進(jìn)的芯片和多個(gè)微處理器開發(fā)平臺(tái)；

（2）提供更加豐富的系統(tǒng)功能和智能手段；

（3）國外同類產(chǎn)品（即具備無線自組傳感網(wǎng)功能）中，許多不具備防水防爆功能；

（4）制造開發(fā)成本低于國外，超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中有優(yōu)勢；

（5）超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的管理平臺(tái)將引入人工智能和模糊數(shù)學(xué)等分析手段，從而將系統(tǒng)提高到新的高度；

（6）超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)的解決方案立足于融入大型物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，具有巨大的拓展空間。

5 結(jié)論

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊系統(tǒng)在水體監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，可以極大地提高水體污染監(jiān)控的效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。人工智能自組網(wǎng)可以在單個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞或者遭到人為破壞的情況下利用其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，保證通訊的順暢，提高系統(tǒng)可靠性。利用雙CPU設(shè)置保障系統(tǒng)穩(wěn)定性并且使通訊與物理采樣分開，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)休眠，從而保證系統(tǒng)的節(jié)能，使電池壽命可以延長到兩年至四年都不用更換，節(jié)約系統(tǒng)維護(hù)成本，并且降低項(xiàng)目實(shí)施難度，提高實(shí)施效率。

超低能耗人工智能（AI）無線自組網(wǎng)通訊技術(shù)正在醞釀規(guī)劃工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管控一體化系統(tǒng)，系統(tǒng)將融合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)各類應(yīng)用，集視頻監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集，安檢預(yù)警，專家系統(tǒng)和其他管理平臺(tái)于一體，形成統(tǒng)一的大型物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)。水體監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)將成為大型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)一體化系統(tǒng)的一個(gè)子集，系統(tǒng)面向未來，將覆蓋持續(xù)增長。