我国的水利工程已初步建成具有防洪、排涝、调水、档潮、灌溉的水利工程体系,在抗御历次洪涝干旱灾害中发挥了关键作用。为全面推进水利现代化建设,应注重工程和非工程措施相结合,运用现代信息技术改造提升传统水利业务,实现防汛决策指挥和水资源调度的精准化、科学化。物联网被正式列为我国五大新兴战略性产业之物联网在水利工程设施监控、旱涝预警、水生态监测等领域具有广阔的应用前景。
1、 物联网的原理
物联网是以计算机互联网为基础,通过射频识别、无限通信技术等;构造一个覆盖世界万物的物联网。射频识别即RFID技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
在这物与物的网络中,物品间可进行自主交流,并不需要人工干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术,通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息互联与共享。RFID正是能让物品说话的一种技术。在“物联网”的构想中,RFID中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品的识别,进而开发新的技术,实现信息交换和共享。
“数字水利”是指依托现代通信、视频监控报警、物联网、计算机、遥感、GIS、GPS、多媒体技术和大规模存储技术以及智能数字采集技术,将水利工作信息纳入一个即时的可管理、可监控、可调度的科学平台;从而为决策人员提供水资源调度、灾情评估、洪水预警等决策依据,其中作为数字水利系统的核心中枢的监控指挥调度平台成了整个“数字水利”建设环节中的重要控制性节点。
2、 物联网水利工程发展
传统的水利工作理念已经不适应现代水利发展的需要。水利事业的发展不仅要依靠增加投入,更重要的是要依靠科技,走内涵改造发展之路。水利信息化是灌区水利系统优化配置的重要基础,也是水利现代化的重要内容,因此,在灌区水利工程中要大力提高水利信息化的程度,以信息化带动和推进水利现代化。普及计算机在各个领域、各个方面的运用,建立起一套灌区综合水利实时监控调度系统;广泛运用各种高新科技手段,对区域的水资源和相关信息及时进行采集、传输、管理;以远程自动控制技术为依据对流域、区域的水利工程进行控制操作。该解决方案引入物联网的概念、技术、设备,与灌区水利信息自动化系统有机结合,提升了灌区节水示范区管理信息化、量测水自动化、收费计量化,灌溉供水远程控制,渠道水情实时测报,闸门自动启闭,动态数据实时监控的水平的内容,用户使用后反应很好,极大的提高了企业管理的效率和全面性。
3、 枢纽工程物联网的架构研究
3.1系统逻辑结构
水利枢纽工程物联网是在计算机互联网的基础上,通过无线射频识别(RFID)装置、水位采集器、闸位测控仪、视频图像等信息传感设备,按约定的协议,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、监控和管理的一种网络,其实质是利用传感器网络,通过计算机互联网实现水利枢纽工程信息的自动识别和信息的互联与共享,达到物一物相连的目的。总体结构如图1所示。
3.2传感器网络采集与感知
RFID技术已广泛地应用于物流、军队、煤矿和交通等领域,为物联网在国内的普及打下了一定的应用基础。RFID技术应用于水利工程的工程基础信息、设备、运维等管理有着广阔前景,如:传感器、设备运行、维护、汛前检查等情况可利用RFID技术进行管理。
水位、扬压力、闸位等传感器采用低功耗和无线接入技术,形成传感器网,通过M2M (Machineto—Machine)智能终端接入实现设备到设备、设备到人和人到设备的信息传递,真正做到物一物相连。
闸门开度信号采集,采用ZigBee无线通信接入智能终端;电气信号采集,通过电气智能检测仪采集电气信息;上、下游水位信号采集,通过水位传感器采集水位值并存入实时数据库;图像信号采集,网络摄像机监视启闭机、闸门、上下游等运行状态。
3.3通信网络
通过网络信道传输图像、运行数据、监控命令等信息数据,网络通道有无线和有线2种方式。无线接入包括SMS,USSD,GPRS和3G等方式,有线接入包括同轴,ADSL,LAN和光纤等方式。另外,短距离无线接入方式包括蓝牙,ZigBee和WLAN等。
3.4枢纽物联网
在传感器网络、智能感知、无线数据通信等技术在枢纽工程运用的基础上,进行防汛决策、水资源调度、水利工程管理等应用系统的开发,并建立Web浏览、PDA、短信服务为手段的信息发布与反馈系统,将工程的信息采集、传送、分析、处理和管理智能化。
“物联网”概念应用于水利行业,打破了过去一直将工程和IT设施分开的传统工程管理思维,而是将水利钢筋混凝土、机电设备、水位、闸位、视频和IT设备等整合为统一的基础设施,在此意义上,水利工程设施通过物联网的应用实现包括调度监控、运维管理、安全评估、通信预警和信息发布等的智能化。
4、 结语
物联网的成功应用可使水利安防变得“智慧”起来。为传统的防汛系统加入智慧因子,“智慧防汛系统”已成为水利管理好帮手。如“感知太湖,智慧水利”物联网示范工程一期、二期工程已建设20多个蓝藻监测点,整个工程计划目前已初步建成。这是一套集蓝藻湖泛智能感知、打捞车船智能调度和信息综合管理于一体的智慧水利物联网系统,“感知水利”物联网综合系统将主要包含三大部分:一是防汛防旱指挥智能决策系统;二是水环境智能治理系统;三是水资源智能管理系统。通过“感知水利”物联网综合系统的建设,将全面提升防汛防旱决策指挥、水环境治理、水资源管理的信息化和智能化水平,实现智能感知、智能调度和智能管理,构建国内领先、国际一流的水利信息化体系。