物联网在水利信息化中的应用 ——评《水利信息监测及水利信息化》

许建平，陆赵锋，陈伯进

（1.江苏省水利科学研究院，南京210017； 2.江阴市白屈港水利枢纽工程管理处，江苏 江阴 214400）

水利是国民经济进步、社会环境发展的基础设施。我国水利工程进入全面提速阶段，水生态环境逐步改善，水利改革有序推进，全国各地纷纷加大水利投入。经过水利部门与水环境部门的多年努力，我国已经初步建成覆盖全国水系的水情与水质监测网络。水利信息监测系统建设目标在于利用先进技术与仪器，实行动态在线监测，提升水文信息采集的可靠性与实效性，提升水文信息服务水平。《水利信息监测及水利信息化》是针对水利信息监测进行研究的著作，该书对水利信息化的发展有着重要的参考意义。该书研究了监控水利信息所使用仪器的原理，分析了监测水资源的具体操作方法，并且将水利信息进行了相应的分类整理，全书分为九个章节，分别为绪论、水利信息传感器相关参数及检测原理、地表水情信息监测、地下水水情、水质检测、滑坡监测技术及设备、渗流监测、水利信息标准化研究与编码设计以及农田智能灌溉信息化系统应用案例。全书内容丰富而具体，是可供水利信息监测人员以及相关部门参考的重要资料。

《水利信息监测及水利信息化》一书提出，水利信息收集也开始融入现代化的信息技术，现代化的信息技术可以更容易、更准确地收集水利信息，还能够使用不同信息技术对水利信息进行处理、传输和储存。当前物联网技术在水利信息化中应用的核心技术主要包括无线传感器网络技术、射频识别技术、3S 技术、云计算技术等。第一，无线传感器网络技术。无线传感器是物联网技术的核心，其主要用于物联网应用中的信息感知与传递。无线传感器网络涵盖了大量微型传感器节点，通过自组织的方式建立了完善的网络。分布在各区域的传感器节点会对周边环境进行目标检测，再经过单跳或多跳的形式来发送数据至汇聚节点，用户则可以利用汇聚节点进行信息收集；第二，射频识别技术。射频识别技术是非接触式的无线自动识别技术，该技术可以通过扫描识别编码识别目标对象。射频识别技术可以根据识别编码自动对目标进行识别、监控、定位与追踪。《水利信息监测及水利信息化》一书提出，在水利信息化管理中可以在管理对象中大量设置射频识别设备与无线传感器节点，以自动收集水文信息、水利工程运行情况等，以便及时全面掌握水文情况。第三，3S 技术。3S 技术包括RS、GIS 与GPS 技术，利用地理信息技术、卫星定位技术、互联网技术等来对空间信息进行全面的采集、分析、传输。水利信息化中3S 技术可以利用互联网实现技术合唱，以便快速、直观了解水文信息与空间信息，为水资源分配、防汛抗旱、水质监测评价等提供数据辅助。第四，云计算技术。物联网技术中云计算技术提供了强大的存储空间、计算机能力与协作能力，用户可以根据使用需求访问云端，获取相关信息，实现所需操作。水利信息化中利用云计算技术可以模拟水资源的调度情况、判断气候变化，建设开放的综合应用平台，完成水利信息采集、水资源管理、山洪灾害防治等业务，为防汛抗旱、水资源分配等工作服务。

水利监测工作一直都是我国监测部门工作的重点，随着科学技术地迅速发展，水利信息的监测工作也融入了许多现代化的科学技术，这些技术方便水利监测人员实现信息资料的收集和处理，可以提高资料收集的效率。《水利信息监测及水利信息化》一书认为，在水利监测中融入现代化的科学技术是时代发展的整体趋势，提高了水利监测的效率。在现代化的社会环境中，各行各业都存在了激烈的竞争，水利监测工程建设也不例外，所以可以凭借使用现代化的科学技术来提高其市场的竞争力，同时也推动了水利工程的建设与发展。水利监测工作具有一定的技术性，相关地区的水利监测部门需要定时定期地向政府和其他相关的社会部门反馈水利监测的各种信息，而水利监测方面需要采集和处理的信息量非常巨大，因此，水利工程负责的部门需要使用相关的技术进行信息数字化的处理，提高相关部门传播信息的速度，也提高了水利工作部门的工作效率。使用各种信息化的技术来处理水利信息既可以适应社会进展速度的需求，还可以推动水利行业的发展。当前物联网技术在水利信息化中被应用到了水资源与水环境管理、防旱防汛管理以及农业灌溉方面。水资源与水环境管理工作中通过物联网技术监控取用水主体、入河排污口、水源地、地下水监测井等等监测点。通过相关入境水量、出境数量等水数据来实行总量控制、定额管理，实现水资源的精细管理；防旱防汛管理方面物联网技术中的计算机网络技术、监测技术、多媒体技术等，可以结合流域中的水情、旱情、雨情等打造数字化集成平台。如雨情采集系统中运用了无线RTU 技术，实时采集水雨情信息，通过观察降雨强度、河流速度、河流水库水位等水文信息来为主控中心提供全面的水文数据；农业灌溉方面应用可以利用物联网技术观测土壤中的水分、水质等，以队水文环境、水文生态进行监控，为节水灌溉技术选择与应用提供决策辅助。

物联网技术在水利行业中的应用现状主要表现在以下几个方面：第一，水利行业中物联网技术中的专业传感器技术已经较为成熟。水利工程大多数的工作都是在户外完成的，距离上跨度非常大，同时还具备一定的危险性，因此安全操作规范条例较为严格。我国从设置水利监测工作开始就提倡使用自动化和半自动化的监测技术来进行监测，这种技术可以很大程度上保证工作人员的安全性。另外，许多工作人员在不断地使用各种设备的过程中积攒了很多的工作经验，并且其对设备的功能、特点十分熟悉，可以为设备研究的专家提供发展新型传感器等设备的意见。第二，水利监测工作中还融入了传感网络体系的应用。水利监测工作是利用传感网络体系最久的部门，而且水利监测工作中的许多工作都需要使用传感网络体系，如水文、水质的监测、防洪抗旱、农业灌溉等等。这些水利工作都需要使用相关的传感网络的技术。为了及时地进行水利监测工作，我国已经建立了可以覆盖全国的水情管理网络，并且设置了专门进行各地水利信息收集的通信网络，对于我国水利工作信息化的开展具有十分积极的作用。第三，在我国还建成了一条相对完整的传感网络产业链。在水利行业中传感监测网络技术得到了广泛的运用，并且迅速成了水利行业进行工作时所使用的重要技术，为水利工作的进行奠定了夯实的技术基础。另外，随着传感网络技术的迅速发展，与传感网络技术相关的软硬件行业也得到了相应的发展。到目前为止，在我国国内已经建成了很完全的产业链条，而链条中的相关行业也进行了一定的自我发展。社会中的一些研究单位意识到这个产业链条的发展价值，正在投入精力进行一些先进技术的研发，并且期望通过过硬的产品来在这个产业链条中占据一定的地位。

结合《水利信息监测及水利信息化》一书以及当前水利行业信息化发展现状，物联网在水利行业中的应用可以从以下几个方面入手：第一，整合核心技术。为了更好地实现水利资源信息的收集与共享，需要综合运用物联网技术。其中，无线网络传感器、RFID、3S、MSTP、3G、云计算等技术是物联网技术的核心，这些技术整合在一起就可以实现系统的整体融合，实现水利信息共享的目的。为了可以使相关部门及时掌握全国各地的水利信息，可以利用物联网技术建设可以进行防旱抗洪、水质检测、水利建立与运行、水土保持监测与管理、水利信息等多个公共服务平台的建设。并且使这些公共服务平台具备全面而综合的水利信息资料，可以使社会、政府相关部门、各企业单位、个人都能够进行水利资料的查阅。第二，实现智能化管理。MSTP、3S、3G、云计算、智能感知技术是物联网技术实现智能化管理的重要技术。这些技术可以实现水利信息采集的智能化，提高工作人员的采集效率，还可以直接利用网络技术来进行水利信息的处理，并且可以直接进行网络化信息的共享。除此之外，还能够使用信息监测与视频监控的技术，进行及时的水源污染发现。第三，建立水环境检测系统。利用物联网技术来建设的水环境检测系统。水利部门需要针对较为重要的、容易发生灾害的江湖河流的位置进行重点的监控管理。当前部门企业为了实现经济效益最大化，枉顾生态环境保护需求，选择了污染水环境的方式，使得我国水资源污染现象十分严重，进一步导致了水环境的恶化，破坏了周围的生态环境。基于这一情况水环境保护部门已经提出利用物联网技术开展实时监控，加大对工业污染排放的监管力度。水利部门可以针对不同河段排污口的监管，掌握水资源的污染状况，保证水环境质量。另外，还可以设置智能计量的监控工作，这样可以减少水资源的浪费，并且可以使用物联网技术中的传感器与无线网通信设备来进行资料收集和整理工作，同时再通过这些设备进行信息的传递，方便工作人员准确地掌握水资源的使用情况。如果发生任何水资源的使用异常状况，工作人员就可以及时地进行检。第四，收集水质信息。物联网技术的应用让工作人员全面的数字水资源的水质情况，为相关部门进行水资源的利用与管理提供资料支持。相关部门可以利用物联网建立信息采集系统、水雨情信息采集系统、灾情信息采集系统等信息系统，且通过不同系统中警报功能来实现防旱防风防汛的预防。利用信息采集系统，工作人员可以根据实际需求了解某一流域的水资源的状况，将水资源当时的雨水状况、旱灾状况、洪灾状况等状况整合起来，形成一些数字化的信息环境平台，为进行决策提供全面可靠的信息。防洪灾害方面水利部门可以利用物联网建设雨水收集系统和预警信息发布系统，通过不同系统单协调运作来实现防洪语境功能，以便工作人员及时调整工作计划，减轻灾情带来的损失。