物聯網技術在水資源監測中的應用

程春+劉洋+李偉亭

摘要：水資源是自然生態系統重要的物質資源，但隨著社會的發展，使得水資源面臨越來越嚴重的危機。本文從水資源的短缺以及嚴重污染為背景，研究了早期水資源監測情況以及現在水資源監測中出現的弊端，從物聯網的體系架構入手，分析了物聯網技術主要是傳感器技術、ZigBee無線通信技術和嵌入式技術在水資源監測中的具體應用。

關鍵詞：水資源；物聯網技術；水資源監測

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0074-02

水資源是自然生態系統重要的物質資源，也是人類經濟社會系統發展的重要基礎支撐物質資源。隨著經濟社會發展和人口增加，以及自然條件的變化，我國在水資源領域面臨著嚴峻的挑戰。水資源短缺日益成為世界各國關注的焦點問題之一，作為世界上人口最多的國家，我國水資源總量居世界第6位，人均占有量為2240m2，僅為世界人均的四分之一。我國城鎮附近水體受污染率已高達90%，適宜飲用的潔凈水源已經所剩不多，對數億人口飲用水安全構成了重大威脅，加大保護水源的力度將是關系到國計民生的大問題。對水資源進行監測和管理無疑成為解決水資源污染以及短缺的重要基礎手段。物聯網技術的出現，則為解決水資源污染以及短缺的問題提供了新思路與新方法。

1 水資源監測的發展狀況

在信息技術不夠發達的時候，水利管理部門對水資源的監測與管理主要是采用的是人工監測，人工檢測的缺點是花費時間長，勞動量很大且發現的問題少，只能監測到很少的水資源信息種類，并且時效性非常差。

單片機和智能儀表的出現，使得水資源的監測進入了短距離的自動監測時代，但是這種監測只能應用于單個的水資源監測站點。隨著網絡技術的發展與普及，可以將單個的水資源監測站點通過網絡連接，從而形成一個具有一定規模的水資源監測網絡，節省了較大的人力。但是隨著使用規模的擴大以及監測時間的增長，發現該方式需要大量的計算機來進行監測，并且在部署時要使用總線控制，會導致資源的浪費且不利于監測網絡的再擴展。

隨后，無線通訊技術被應用到水資源的監測當中。在監測時得到的水資源信息可以通過有線或者無線的方式傳輸到監測中心，監測中心將根據獲得的信息作出相應的處理。但由于市場上銷售的數據傳輸單元種類太多，各品牌的產品互相兼容性太差，不利于形成一個統一的監測平臺。

2 物聯網技術的體系結構

物聯網（Internet of Things）是利用傳感器、無線射頻識別技術、紅外感應技術、全球定位系統等各種感知技術和設備，將物理世界的物體通過網絡接入技術與網絡相連，從而獲取物理世界的各種信息，實現人與物、物與物之間的信息交互，以達到可以對物體進行智能化的識別、感知以及管理。

物聯網技術的體系結構通常被分為感知層、網絡層以及應用層。

感知層位于體系結構中的最底層，是應用層的基礎，采集數據和短距離傳輸數據是感知層的主要任務。首先是感知設備進行物理世界信息的采集，然后將采集到信息通過BLE、ZigBee、紅外燈傳輸技術傳遞到網關設備。

網絡層主要進行信息的傳遞。網絡層包括核心網和各種接入網。核心網是基于IP的統一、高性能、可擴展的分組網絡，支持異構接入以及移動性；接入網為終端提供基本的網絡接入功能、移動性管理、對現有接入技術的優化等。網絡層的作用就是當感知層中的感應設備將物理信息傳輸到網絡節點后，再通過網絡層中的移動通信網絡、互聯網和其他專用網絡連接各個服務器，以使客戶可以根據自己的需要獲取物理信息。

應用層的主要是通過分析、處理與決策，完成從信息到知識、再到控制指揮的智能演化，實現處理問題和解決問題的能力，完成特定的智能化應用和服務任務。

3 物聯網在水資源監測中的關鍵技術

物聯網在其體系結構中的每個層次都有不同的關鍵技術。主要是使用了傳感器技術、ZigeBee無線通信技術和嵌入式技術。

3.1 傳感器技術

傳感器是物聯網技術在感知層使用的設備，是與物理世界進行交互的重要方式。傳感器技術是實現自動測試與自動控制的重要環節。其主要特征是能準確傳遞和檢測出某一形態的信息，并將其轉換成另一形態的信息?，F在傳感器技術被廣泛應用，從航空、航天等領域到農林、環保以及人們得衣食住行等生活的方方面面。

在水資源監測中，主要使用的傳感器有溫度傳感器、PH感器、電導率傳感器、雨量傳感器、水質傳感器以及水量傳感器等等。這些傳感器采集到的信息，通過GPRS/CDMA通道，上傳到水資源監測中心，監控中心的管理人員將能及時監視現場情況，準確做出判斷，及時進行處理。

3.2 ZigBee無線通信技術

ZigBee技術有自己的無線電標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現網絡通信。由于傳感器的功耗很低，通過接力的方式利用無線電波將數據從一個傳感器傳到另外一個傳感器，因此ZigBee技術的通信效率非常高。ZigBee的組網方式是自組網，不經過人為的任何操作，設備之間只要彼此在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互通互聯的ZigeBee網絡?；赯igeBee的這些優點，ZigBee無線通信技術被廣泛應用在智能家居、工業控制、自動抄表等領域。

在水資源監測中，各傳感器通過ZigBee技術講采集到的信息傳輸給網絡層的協調器，協調器將接收到的信息進行融合處理之后再傳輸給用戶。各傳感器之間不需要通過其他設備來進行數據傳輸，方便各監測節點的部署，有利于升級系統。

3.3 嵌入式技術

嵌入式系統一般指非PC系統，有計算機功能但又不能稱之為計算機的設備或器材。它的目的是應用，基礎是計算機技術，并且對軟件和硬件可以進行裁剪，能夠滿足應用系統對功能、可靠性、實時性、成本、體積、功耗等指標的嚴格要求的專用計算機系統。具有系統內核小、專用型強等特點。

在水資源監測中，對水資源信息進行監測所使用的傳感器以及智能儀表，還有傳輸數據的終端機，基本上使用的技術都是嵌入式技術。嵌入式技術已經成為水資源監測中必不可少的一項技術。

4 結語

在水資源監測中使用物聯網技術，可以準確、快速的采集到水資源中的信息，并可及時傳輸到管理部門的終端機，使得管理人員可及時根據情況做出應對措施以及處理意見，提高了工作效率，減少了人力以及財力的浪費，同時也提高了水資源的質量，從而保障了人們的正常生活。

參考文獻

[1]吳文霞，朱金秀，陳奮遠，黃潔潔，詹萬林.基于物聯網的水質污染監控系統的設計與實現[J].水利信息化，2016（04）：40.

[2]謝啟順.水資源監測物聯網平臺的設計[D].哈爾濱工業大學，2016.

[3]李奇林.物聯網技術在水利業務中的應用[J].湖南水利水電：2016（03）：85-87.