物聯網技術在水土保持監測中的應用

孫俊青 李懷強 王義軒 王永昭

摘 要：本文首先分析和討論了當前中國水土保持監測信息化發展現狀及存在的問題，然后闡述物聯網的發展，最后重點討論了物聯網在水土保持監測中的應用，以期推動水土保持監測工作實現科學化、信息化發展。

關鍵詞：水土保持監測;信息化;物聯網

中圖分類號：S126;S157 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0150-03

Abstract： Firstly， this paper analysed and discussed the current development status and problems of soil and water conservation monitoring informationization in China， then expounded the development of Internet of Things， and finally focused on the application of Internet of Things in soil and water conservation monitoring in order to promote the scientific and informationized development of soil and water conservation monitoring.

Keywords： soil and water conservation monitoring;informationization;Internet of Things

當前，全球正處于信息化快速發展的時代，信息技術成為影響國家綜合實力和國際競爭力的關鍵因素，信息化水平和程度高低也已經成為衡量一個國家和地區現代化水平高低的重要標志[1]。黨的十八大以來，信息化已經上升到國家戰略的高度，各個領域都開始重視并大力發展信息化[2]。物聯網技術在水土保持信息化中的應用，可以建立起智慧型水土流失預防監督體系，推進中國水土保持現代化邁向新的臺階，也起著提供水土流失實時數據、生態環境恢復所需數據以及減少工程建設中水土流失的作用[3]，從而為政策制定、行政管理及公眾了解提供參考和依據，是水土保持信息化的根本性工作。

中國信息化發展正在向以物聯網、大數據、云儲存和云計算等技術為代表的第三階段邁進[4]。其中，被稱為“物物之間的網絡”的物聯網，能實現物物之間的相互聯接和智能通信，是智能識別、云計算和普適計算的相互融合[5]。

1 水土保持監測信息化發展現狀及存在的問題

1.1 發展現狀

黨的十八大將生態文明建設上升到國家發展戰略目標的高度，水利系統以“信息化帶動現代化”為戰略指導，并將水土保持信息化工作列為重點工作之一。目前，已初步建成了層級監測網絡及監測數據管理平臺[6]，分別建立了黃河流域、海河流域、長江流域以及淮河流域等信息化管理體系;同時，各省也部署和設立了完善的水土保持監測網絡信息系統[7-10]。截至目前，中國水土保持監測信息化工作已經取得了一定的成效，建成了包含水土流失數據、項目管理、重要法規和文件以及行業監測機構和從業人員等的數據庫;完善了水土保持監測信息的歸類及相應業務信息綜合應用的拓展方面的服務[6]。

1.2 存在的問題

首先，缺少穩定的水土保持監測數據獲取，水土監測信息化基礎設施不夠完善。就水土流失的普查來說，目前國際上通用的周期一般都是5年一次[11]，而我國由于經費等各方面原因，缺少定期的普查工作。同時，在新的信息化背景要求下，水土保持監測數據缺乏及時性、高效性、完整性已經成為制約中國水土保持監測工作信息化的因素。其次，中國水土監測信息化程度不高，相比于其他行業，水土保持監測信息化相對滯后，早期建設的監測中心和監測站，由于時間較長，部分設施設備缺乏更新，存在老化的問題;同時，流域區域內的監測標準也存在一定的差異，給整體信息化發展帶來了一定程度的影響[6]。最后，信息化技術落后于主流信息化的發展，缺少和現代新興技術的結合。進入21世紀以來，隨著平板電腦、智能手機等智能終端的不斷普及，人類社會開始了以數字化和網絡化為平臺的智能化社會新紀元，而水土保持監測技術主要還是以“3S”技術為主要手段，遙感技術（RS）存在水土監測空間上的不連續性，同時其影像效果易受氣候等因素的影響;而GIS忽略了地物的時間特性;GPS技術一般針對小流域，不具有系統性、整體性分析的優勢[12]。

總體來說，中國水土保持監測信息化與主流科技發展和信息化水平存在一定程度的脫節，且應用基礎薄弱。如何適應新的信息技術發展要求，充分利用當前的創新型技術，已成為其面臨的重要問題。

2 物聯網發展情況介紹

2.1 基本概念

在諸多技術中，能實現“智能識別、大數據收集、智能計算”，聯接設備和終端相融合的“物聯網”技術，以其成熟的核心技術和巨大的發展空間，正受到越來越多的關注。將其應用于水土保持監測，對提高水土保持監測信息化程度，對更加有效地開展水土保持監測工作具有重要意義[13]。

1999年，美國麻省理工學院提出了物聯網的概念。簡單來說，物聯網就是“物物”之間的聯網，是一種智能的網絡，其是把物品通過相應的信息技術和互聯網聯系起來的一種信息技術[14，15]。物聯網利用紅外感應器、GPS、射頻識別（RFID）以及激光掃描器等信息傳感設備和技術，能按預先約定好的協議，把任何物體與互聯網相連接，實現信息交換和通信，以達到對物體的智能化識別、定位、監控、分析和管理[16，17]。

2.2 國內外研究

近年來，在美國，物聯網技術也被認為是下一代的革命性技術，被稱為下一個萬億級的通信業務，具有巨大的市場潛力[18]。為了更好地研究和應用物聯網技術，2009年，歐盟物聯網研究機構發布了物聯網戰略的相關研究報告，肯定了物聯網的發展模式和重要意義。巨大的發展空間和廣闊的市場前景，使得物聯網已經被許多發達國家和地區視為新的經濟增長點。已有專家預言，物聯網是在計算機、互聯網與移動通信網等產業浪潮之后的又一個新的信息產業高峰[19]。

物聯網能借助ZigBee等免費的無線網絡來實現數據傳輸，并且能在有線網絡和手機通信網絡不能覆蓋的復雜地形中實施信息共享[20-22]。

3 物聯網在水土保持監測信息化中應用的必要性

3.1 有利于加強對水土保持監測的管理

將物聯網技術應用于水土保持監測，能夠改善水土保持監測數據收集、分析、共享和政策制定等各個方面，勢必對水土保持監測信息化產生巨大和深遠的影響。在此基礎上，水土保持管理者能以更加精細、動態和靈活的方式實現對水土保持監測的管理，達到“智慧”狀態，從而不斷提高資源利用率和生產力水平，以更好地服務于生態文明建設的需求[23]。

3.2 實現大數據收集

信息化和網絡建設能為水土保持監測基礎設施配套數據采集、傳輸和處理的現代化裝備，為生態文明社會建設提供涉及水土變化的大數據。物聯網的應用，能實現水土保持信息的實時動態監測。當前，物聯網信息服務的發展具有信息的冗雜性、多樣性、精細性等多種優點，同時也具有手段和方式的靈活多樣性等特點[24]，能充分滿足水土保持監測信息化的要求。

3.3 有利于水土保持監測工作更好地開展

物聯網的應用能提供水土流失的實時數據，能為生態環境的恢復提供數據支持和參考，能減少工程建設中的水土流失，能有效監測工程建設中的不合理行為，從而為決策制定者和管理者提供參考，為水土保持科研人員與水土保持管理部門提供數據參考，進而保證科研工作順利開展，使水土保持管理部門的政策符合社會建設需求[25]。

利用物聯網能實現水土保持監測的可視化操作，通過相關硬件和軟件的開發和應用[26]，可以實現智能操作，使相關人員隨時掌握水土流失狀況，大大提高水土監測過程中的信息化程度。

3.4 新時代信息化背景的要求

物聯網技術的發展充分利用了當前創新的各種信息技術，包括互聯網技術、微電子技術、微傳感器技術、計算機技術、移動通信技術、云儲存和云計算及大數據處理分析技術等多種高新技術。其能對多種技術進行融合使用，以實現和滿足人類對各種信息資源廣泛收集、開發和利用的需求，同時以知識和信息含量更高級的處理方式來提高經濟社會的發展質量，進而推動信息社會、智慧社會的形成[27，28]。

4 物聯網在水土保持監測中的應用策略

物聯網在水土保持監測中的應用仍然是空白，但由于其已在社會生活的其他方面得到了廣泛應用[21，22]，因此，為物聯網在水土保持監測中的運用提供了有利參考和依據。總的來說，物聯網的應用，必須強化水土監測與信息技術的深度融合，深化水土監測信息資源開發利用與共享，堅持公共服務與業務應用協同發展，加強立體化監測、精細化管理、智能化決策和便捷化服務能力建設，具體表現在以下幾方面。

①針對重點流域、工程項目進行精細化監測。重點流域、工程項目水土保持監測工作迫切需要信息獲取手段從點監測發展為點面相結合的監測，手動監測發展為手動和自動相結合的監測，靜態監測發展為靜態和動態相結合的監測，地面監測發展為天地一體化監測。因此，要將物聯網與監測相結合，利用物聯網具有的覆蓋空間廣、靈活性強及多路傳感器采集等特點，以推動水土保持監測工作實現質的發展[13]。

②充分利用先進的儀器設備和最新的硬軟件。物聯網的應用，能帶動一系列新技術設備的產生及軟硬件的開發。

③加強人才培養。人才是科技發展的基礎。物聯網是糅合了多種技術的信息技術，因此，需要培養相關的專業人才，提高管理者的科技水平[29，30];同時，要學習國外的先進經驗，加大與科研院校的合作力度，充分發揮和利用其人才優勢，以為水土保持監測的發展提供保障和指導。

④建立信息共享平臺、重視公眾參與。物聯網能連接各種終端設備，這就為公眾的有效參與提供了方式。

參考文獻：

[1]趙院，李智廣，曹文華，等.全國水土保持監測網絡和信息系統建設實踐[J].中國水利，2008（19）：21-23.

[2]羅志東，曹文華，趙院，等.水土保持信息系統運行維護管理探討[J].中國水土保持，2015（3）：37-39.

[3]張平.水土保持監測的基礎作用、存在的問題及對策[J].農業科技與信息，2016（2）：41.

[4]王春玲，孟丹，王冬梅，等.我國水土保持信息化建設的現狀與建議[J].中國水土保持，2016（3）：69-72.

[5]黃玉蘭.物聯網標準體系構建與技術實現策略的探究[J].電信科學，2012（4）：129-134.

[6]羅志東，李智廣，史明昌.水土保持信息化標準體系建設初探[J].水土保持通報，2007（4）：30-33.

[7]黃自強.黃河流域的水土流失及其防治對策[J].中國水利，2000（5）：30-31.

[8]王道坦，陳太文，張螢雪.海河流域水土保持概況及發展對策[J].海河水利，2013（5）：16-18.

[9]牟艷娟，顧再柯.貴州省水土保持監測網絡建設實踐[J].中國水土保持，2009（6）：18-19.

[10]胡續禮.淮河流域水土保持監測分區及其站點布局研究[D].泰安：山東農業大學，2013.

[11]李智廣，劉憲春，喻權剛，等.加強水土保持監測網絡建設健全監測網絡運行機制[J].水利發展研究，2008（4）：32-36.

[12]薛月園，周俊.3S技術在水土保持與荒漠化防治中的應用[J].現代園藝，2015（8）：161-162.

[13]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（3）：85-88.

[14]Miorandi D，Sicari S，Pellegrini FD et al. Internetof things： Vision，applications and research challenges[J]. Ad Hoc Networks，2012（7）： 1497-1516.

[15]Li Z，Wang N，Franzen A，et al. Practical deployment of an in-field soil propertywireless sensor network[J]. Computer Standards &Interfaces，2014（2）：278-287.

[16]Domingo MC. An overview of the internet of underwaterthings[J]. Journal of Network and Computer Applications，2012（6）：1879-1890.

[17]Mitton N，Simplot-Ryl D. From the Internet of things to theInternet of the physical world[J]. Comptes Rendus Physique，2011（7）：669-674.

[18]王巖.物聯網控制系統中信息傳輸關鍵技術研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2012.

[19] Roman R， Najera P， Lopez J. Securing the Internet of Things[J]. Computer， 2011（9）：51-58.

[20]普海濤.聯網環境下基于上下文感知的智能交互關鍵技術研究[D].濟南：山東科技大學，2011.

[21]杜娟，劉少壘.基于SWOT分析的吉林省物聯網產業發展對策研究[J].長春工業大學學報（社會科學版），2012（5）：115-118.

[22]陳秋怡.物聯網產業發展的影響因素及作用機制研究[D].南京：南京財經大學，2013.

[23]劉紅軍.物聯網等信息技術下旅游系統創新研究[D].貴陽：貴州財經大學，2013.

[24]劉琦.物聯網協同信息服務體系構建研究[D].綿陽：西南科技大學，2012.

[25]楊卓.文獻水土保持監測基本方法淺析[J].南方農業，2016（15）：216-217.

[26]蔡克繩.基于物聯網的應急物流信息系統的構建與評價研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2014.

[27]盧志軍.感知農業“物聯網”[J].新農村，2014（1）：38.

[28]蔣秀蓮，蔣兆楠.物聯網在高校的應用研究[J].電子商務，2012（10）：47-48.

[29]黨維勤.黃河流域水土保持監測進展及問題與對策[J].中國水利，2012（20）：57-59.

[30]何興照，喻權剛，梁劍輝.黃河流域水土保持監測評價能力建設[J].中國水土保持科學，2008（3）：28-32.