物联网技术在水文监测信息系统中的应用

湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局 王小霞

我国广阔地域下地质水文情况变化复杂，各地水文特征差异较大，人工手段对水文情况进行监测、跟踪记录，数据传递慢，监测维护成本相对较高，难以做到不间断监测。物联网技术可以很好弥补这方面的劣势，随着网络传递技术和智能化传感器技术的进步，作为物联网终端节点的成本越来越低，布置越来越方便，采集数据的效率越来越高，辅助现代互联网、信息通信技术，形成一整套的工程系统完成水文环境监测。因此，物联网在水文监测中的充分利用是今后水文监测智能化的重要手段和发展方向。

1 物联网技术及其结构

1.1 物联网技术的特点

图1 基于物联网的水文监测信息系统

图2 数据采集终端框架

物联网技术的应用基础是通过利用红外感应器等一系列感应器，将实物与网络联系在一起，实时不间断的将实物数据信息，通过特定的通信协议，借助互联网进行数据传递和交互，从在对实物达到识别、跟踪、定位等一系列监测管理。

1.2 物联网结构

网络通信等技术的集成。这其中：感知技术，主要体现在各种传感器设备的应用，是对实物信息数据的原始采集手段，实现物物相联的基础。数据融合，对于感知技术采集得到各种数据信息进行处理，反映出实物的原始信息，处理后满足信息利用的有效化，这是得出监测数据结果的手段。云计算是数据处理手段，是利用网络更高效率的数据信息处理方式。网络通信技术，其主要是通过传感器提供数据和智能终端进行互联。

物联网工作原理，是由感知技术设备（传感器）采集原始数据，通过网络通信技术将这些数据传递到应用层面。应用层面依据分析处理后数据再次命令感知技术设备再次采集数据，形成一个工作循环。

2 基于物联网的水文监测信息系统

从南京市的物联网在水文监测中的应用来看，虽然是一个简单示例，但也包含了物联网在水文监测系统中的所有构成。图1是基本的水文监测系统基本构成。

2.1 物联网数据采集设备

物联网数据采集设备，是整个系统的触角，即在水位站、监测站安装传感器，还有视频监控设备。这是物联网在水文监测信息系统中的基础硬件，是水文数据的终端节点，其主要是利用传感器（数据采集模块）对水文参数进行监测、数据收集，然后转变为数据调制信号，并通过传感器向网关节点进行发送。数据采集终端框架如图2所示。

2.2 物联网网关路由节点

水文监测物联网中，网关路由节点是联系终端节点和监控节点的纽带。其通过不定时发出查询指令，令路由表进行不断的更新，对物联网中子网进行协调，考虑到不同的应用环境和测试工作的内容重点不同，建立新的子网络。并且在对终端节点取得的原始数据进行整理统计分析，将结果存入数据库。在南京市物联网水文监测的应用中，可随时调用二十四小时水位过程线、水位变化的统计数据，就是这种功能的实现。

2.3 物联网控制中心

物联网控制中心，是作为整个物联网系统大脑的远程中心监控，是对整个水文数据进行汇集处理，并对水文数据进行统计分析，最后依据数据数据分析做出有效建议，以便管理人员做出决策应对。由于其主要功能作用，使用的硬件以高性能服务器为主进数据统计分析。

2.4 物联网关键技术设备

随着网络技术的不断发展，物联网应用中的基础技术如网络数据传递技术、智能传感器技术都得到长足进步。其中，传输技术发展到如今的5G技术，使物联网大数据的传输效能得到更一步加强。作为物联网技术中硬件基础的传感器，发展到带有自我检测功能、诊断功能，自适应数据处理能力，采用微处理器的结合计算和检测技术的新一代智能传感器，达到了一定的人工智能水平，使其能满足现代物联网中对传感器的记忆、诊断、数据测量传递以及互联通信，为物联网发展提供了支持。

3 物联网技术在水利信息化中的具体应用

基于水文监测的物联网建设，首先要考虑水利行业的作业特点和实际监测重点，结合物联网的体系结构，在水文监测中构建物联网，主要以下三个层面进行构建。

第一层面，是数据采集层面，也是系统的硬件采集平台，主要是由满足各种不同功能需要的传感器组成，如测量水位、降水量测量、地下水监测、水质监测仪、摄像头等形成的整体系统，对如降水量、水位高低变化、水流速度等数据进行采集。这是整个水文监测物联系统的数据基础，也是硬件环节的基础。如南京东江监测站，主要是为了加强防洪力度，在该水段安装了水位传感器、流速传感和水质组合传感等，主要对流速、水量和浑浊度进行测试。需要注意的事，考虑到日后的其它测试功能的需要，在终端上要预留接口。

第二个层面，是监测数据信息的传递层面。传感器将搜集到的水文参数转变调制信号，通过终端节点进行汇总，然后通过网关路由节节点，经由GPRS、北斗等，结合互联网技术，将前一层面采集到的数据信息进行传递，并对传感器进行控制。在这里，终端节点的选择要保证功耗低、可靠性高，重点考虑其能耗问题。

第三个层面，应用层面是对整个控制系统在软件上的集成。其主要功能是对传递过来的数据进行处理，如文件模块实现对数据的存储、调用；图像化的功能模块更方便于对网络路由节点和终端节点的设置和调控；分析处理模块是整理统计分析，以便进行决策，做出反映，做出调整和控制。结合地图、时间轴和参数模型，对节点的实时数据和历史数据标示为曲线图，显示在地图上，从整体上掌控整个水域的水文信息。这一层面主要对象是实时雨水情况的监测、山洪灾害预警等。

物联网技术的在水文监测上的应用，使得现代化的水文服务和管理模式，以及该模式带来的效率与便捷性优势尽显。在南京市，二十四小时水位过程线、实时水位信息、实时雨量信息，以及实时的水文站周边环境，水体状态等直观的实时图像，这一切数据信息显示在指挥中心、水位站和任意监测站大屏幕显示器上，远距监测站点的运行状况。这些功能在联网中任意监测站或中心站或控制中心均可操作，实现对分布零散的水文监测站点，实施便捷集中管理。在发生水涝灾害的情况下，防汛指挥中心就可以直接调播现场画面，了解到现场河道的水位变化、水体表象、河道水流水量传，便于快速做出科学决策。

结论：综上所述，物联网技术的应用提升了数据的时效性、数据的采集和处理效率。对水资源的全天候的管理和监测，不仅仅只是在水文监测中运用物联网技术，还可以对水环境保护、抗旱防汛、水资源利用等，极大的促进我国水利信息化水平。