物联网技术助推水利行业信息化发展

文/山西水务投资集团公司 杜中一 谷中峰 ，太钢自动化公司康世龙

水利行业作为国家现代化建设的基础产业，提高水利信息化建设上升到国家战略程度，物联网技术的兴起，给水利信息化建设提供了一个很好的契机，本文主要介绍了我国当前水利信息化发展的现状，提出物联网技术为水利信息化发展提供了可行的解决方案。

1. 引言

水利行业在我国有着悠久的历史，从古代的大禹治水到当前国家的“数字水利”建设历经几千年，水利建设关系到人民的根本利益，国家水利发展“十二五”规划中明确强调加快水利改革发展，是事关我国社会主义现代化建设全局和中华民族长远发展重大而紧迫的战略任务，同时提出“十二五”的主要任务之一就是加强防洪薄弱环节的建设，基础设施建设是降低水利灾害的基础，但是在当今这个信息化时代，如何利用高科技手段降低水利危害是水利工程建设中的重要任务之一。

“十二五”规划中提出要推进水利科技创新，健全和完善水利科技创新体系，深入开展重大水利科技问题研究，加强成果推广与普及，推进信息化建设。反观我国水利信息化建设的历史，通过几十年的发展，在洪涝灾害预测、险情报警、水库监控等方面已经得到了很好的应用。例如我国在旱涝预警（通过雨量计、水位仪、蒸发仪等传感仪器对洪水、泥石流、干旱等爆发前的及时预测），水生态监控（通过对土壤养分以及水质的检测，实现对环境的监控）等等领域已经取得了很多的成果，并且取得了一定的经济效应。

水利信息化的发展虽然取得了一定的成果，但是仍然面临着很严峻的问题，例如如何实现水利检测的统一管理、水利信息的相互共享、传输网络的全部覆盖等等是我国水利部门亟需解决的问题。

2. 物联网与水利信息化介绍

所谓的水利信息化建设主要包括以下三方面内容：基础信息系统工程建设，包括分布在全国的相关信息采集，信息传输、信息处理和决策支持等分系统建设；数据库的建设，水利专业数据库是国家重要的基础性的公共信息资源的一部分，也是决策者重要依托凭据；最后还有综合管理信息系统的建设。水利信息化是水利现代化的基础和重要标志。在水利现代化建设中，要大力推进水利信息化进程，利用水利信息化推动水利现代化。要充分利用科学技术发展创造的有利条件，坚持用高新技术对水利传统行业进行技术改造，特别要注意采用计算机技术、微电子技术、现代通信技术、遥感技术、地理信息系统(GIS)、全球定位系统及自动化技术等，实现水利信息化。

物联网技术在智慧水利项目中起到了决定的作用，例如无锡市水利局自2007年太湖发生了蓝藻事件以后，提出了“感知太湖、智慧水利”的水治理项目，通过物联网应用支撑应用平台与无锡市公安、环保、城建等系统进行了数据交换，形成了一个从数据、业务、应用完全对等实时交换的系统，提高了政府的应急处置能力。

图1为物联网技术在水利信息化建设中常用的一个体系架构图，它结合了当前水利行业信息化建设过程中的现状，主要分为了传感网、传输网以及应用网三个层次，其中传感网主要实现了水文信息的采集，在该层中主要运用各类传感设备对水质、雨量等信息进行及时采集；传输网是将感应网中感知的数据通过多种传输方式传送到应用网中的指定信息系统；而在应用网中主要是各级水利部门的信息中心的各种信息显示系统。

图1 基于物联网的水利信息系统架构图

3、物联网技术在水利信息化建设中的实现模式

水利行业信息化基础建设由于其覆盖面大、设计内容多，从规模上讲是一个好大的系统工程，如何结合当前的基础建设实现智能水利的目的是当前学者、建设单位所需考虑的实际问题，图2给出了物联网解决的一个通用模式，即通过物联网中间件技术实现设备与应用系统间的实时通信，传统的服务器均是采用存储器计算模式，这种模式的计算速度对于大数据模式是很难满足人们需求的，IBM、Oracle、SAP等公司推出了基于内存计算的HANA服务器，这种服务器是完全基于内存模式计算的，相比传统服务器来说在计算速度上得到了明显的提高，实现了按‘列’存储的模式，这样相比传统的按‘行’存取模式，在读取速度上以一个应用为例，处理一个亿级数据的报表，Oracle需要27.363秒，而HANA的处理是102毫秒，从实际效果看提高了大约上千倍。

如何开展水利信息公开也是物联网技术所能为水利建设信息化提供的一个途径，众所周知，实现水利信息共享对于整个国家的水利建设是至关重要的，如何及时、准确的获取所需的水利信息是各级水利部门都关心的一个难点问题，当前国家提出了“金水计划”，就是通过信息科技手段实现水利信息的统一管理，从而从国家战略角度作出相关的政策措施。

图2　物联网通用解决模式

4、水利行业物联网技术应用的现状与优势

首先水利行业需要非常专业的传感器，这就促使传感器技术得到了长足发展。

水利行业具有安全要求高、空间跨度大、野外作业多等特点，在几十年前就已经开始使用自动化以及半自动监测逐步代替人工操作，发展了类型丰富、性能可靠、各具特点的多种传感器。

其次是传感网络系统的实际应用已有相当规模

目前，水利、交通、公安等是使用传感网络较多的部门，其中尤以水利行业历史最悠久、应用最广泛，涉及工程安全、防汛抗旱、水文水质、水土保持、农田水利等各个方面。在传感网络的支撑下，水利部门建成了覆盖全国的实时水情计算机广域网、水利信息骨干网等通信网络，并开展了水量调度、水文预报、水利电子地图、决策支持、自动化办公等方面的深入研究。可以说，水利部门已经初步建立了行业物联网的雏形。

三是形成了完整的传感网络产业链

受益于国家主管部门的高度重视和持续支持，传感监测网络已经成为水利行业的重要支撑力量，并带动了相关软硬件产业的飞速发展。目前，我国水利行业已形成了从传感器到二次采集设备、网络设备、中央监控设备的研发、封装、测试、生产、应用和系统集成的完整产业链条，涌现出一批产品过硬、技术先进、有独立知识产权的创新型企业和科研单位，为未来行业物联网的产业化发展奠定了坚实基础。

综上所述，水利行业对于发展物联网的应用有着得天独厚的条件。

水利行业作为政府的主要产业，提高政务管理水平迫在眉睫，而政务管理方面的提高主要是通过信息化手段实现节省开支、提高效率，优化办公方式、提高管理水平，同时还包括移动办公、移动商务的解决，其主要功能有信息查询、信息发送、视频监控、任务处理、实时数据上报、支持扩展管理等。

通过数据中心进行统一的管理是水利信息化建设的最终目标，根据数据中心建设与运维管理的需要，在国家水利数据中心的技术标准和建设规范的框架之内，结合各地水利（务）信息化现有相关工作基础，编制各个区水利（务）数据中心技术规范、规章制度和管理办法。主要包括：水利（务）信息分类和编码规范、水利（务）信息传输与交换规范、数据质量控制规范、水利（务）信息资源共享管理办法、数据中心应用服务规范、数据中心数据更新规范、数据中心运行维护管理办法等。