物聯(lián)網技術在黃河治理開發(fā)中的應用前景

明恒毅 ，國 莉

（1.濟南黃河河務局，山東 濟南，250032；2.山東黃河物資儲備中心，山東 濟南，250032）

物聯(lián)網的概念在1999年由MIT的Kevin Ashton教授首次提出。他提出了在計算機互聯(lián)網的基礎上，結合物品編碼，利用射頻識別、無線數據通信等技術，構造一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網“Internet of things”（簡稱物聯(lián)網）的設想。

2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布 《ITU互聯(lián)網報告2005：物聯(lián)網》，其中物聯(lián)網的定義已經發(fā)生了變化，不再只是指基于RFID技術的物聯(lián)網。報告指出，無所不在的“物聯(lián)網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換。射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。2009年IBM更是提出了“智慧地球”的概念。IBM認為，IT產業(yè)下一階段的任務是把新一代IT技術充分運用到各行各業(yè)中，具體地說，就是把傳感器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯(lián)網。通過物聯(lián)網和互聯(lián)網的整合從而實現人類社會和現實世界的融合。在此基礎上人類可以更加精細和動態(tài)地管理生產和生活，從而達到智能狀態(tài)。

1 物聯(lián)網在河流治理開發(fā)中的應用

物聯(lián)網正成為繼計算機、互聯(lián)網之后世界信息產業(yè)的第三次浪潮。物聯(lián)網在各行各業(yè)中得到快速而廣泛的應用。隨著物聯(lián)網技術的成熟，其在河流治理開發(fā)中也發(fā)揮出越來越重要的作用。

1.1 IBM哈德遜河智慧水管理

哈德遜河全長約520 km，是美國東部一條最重要的河流，文化、遺產和自然生態(tài)資源非常豐富。第二次世界大戰(zhàn)后，全球最大的公司，比如通用電氣、通用汽車、IBM等都在哈德遜河沿岸設立自己的大工廠。由于工業(yè)的發(fā)展，這條河流遭受到了一定程度的污染。為了配合紐約州政府對整個哈德遜河的保護恢復計劃，IBM聯(lián)合美國頂尖科研院校建立了哈德遜河水資源管理中心，這是全世界第一次為一個主要河流入?？谠O計的綜合檢測預報網。通過了解河流，有利于政府制定長遠的規(guī)劃，并以此確定區(qū)域的生態(tài)保護和長期經濟發(fā)展模式。IBM在哈德遜河的河流、河口監(jiān)測網絡合作項目中，采用了大量的物聯(lián)網技術，實現了實時、動態(tài)的河流環(huán)境監(jiān)測。IBM采用把各種傳感器安裝在浮標里然后散布在整個流域中的方式，通過其上的無線網絡系統(tǒng)組成分布式的傳感網絡傳輸各種河流的物理、化學、生物指標，并通過一定的數學模型計算，最后用一種非常好的可視化的方式讓政策的制定者、研究人員看到各個層面的虛擬河流，有利于環(huán)保政策決定者、區(qū)域經濟規(guī)劃者、水生物管理人員根據可視化模型進行監(jiān)管。

1.2 無錫太湖藍藻防治

中國無錫是水網密集的江南水鄉(xiāng)城市，水面積占到城市總面積的三成多。近年來由于工業(yè)的迅猛發(fā)展造成水體污染、水質富營養(yǎng)化。尤其是太湖藍藻的大面積爆發(fā)，嚴重影響了居民生產、生活和無錫市的形象。自2009年，無錫市采用物聯(lián)網技術對太湖水質進行監(jiān)測，取代了依靠人工取水、試驗室化驗的老辦法。在太湖大范圍布放傳感器浮標，通過無線傳輸方式24 h在線監(jiān)測太湖水的各項變化。浮標搭載的水質監(jiān)測設備，可迅速測出湖水的pH值、溶解氧、濁度、藍綠藻等7項水質數據，自動將數據無線傳輸到后方的水質監(jiān)測平臺。無錫市還在太湖布設了21個藍藻巡視點，沿岸建設了13個藍藻分布視頻監(jiān)視系統(tǒng)，配備了一艘太湖水環(huán)境應急監(jiān)測船和一輛環(huán)境監(jiān)測應急車。目前，正在研究利用飛行機器人進行太湖藍藻監(jiān)測，利用環(huán)境衛(wèi)星加強遙感監(jiān)測。據介紹，無錫已建成86個水質自動監(jiān)測站，結合環(huán)境衛(wèi)星遙感，形成了 “藍藻報警—迅速打撈—快速處理—資源利用”的治藻護水體系，有效遏制了藍藻的大面積爆發(fā)。

2 數字黃河工程的進展和存在問題

自黃委實施《“數字黃河”工程規(guī)劃》以來，經過10余年的逐步建設，目前“數字黃河”工程的信息基礎設施、應用服務平臺、應用系統(tǒng)已初步建成，有效地支撐了黃河治理開發(fā)和管理的主要業(yè)務工作，推動了治黃事業(yè)的信息化、現代化。建成完善了包括通信傳輸、計算機網絡、數據采集、數據存儲管理、高性能計算平臺等信息基礎設施。并在此基礎設施之上初步建成了由黃委信息中心、黃委水文局、黃河流域水資源保護局、基礎地理數據中心、河南黃河河務局等節(jié)點共同構成的分布式的應用服務平臺。包括防汛減災、水資源管理與調度、水資源保護、水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、工程建設與管理、電子政務六大子系統(tǒng)的業(yè)務應用系統(tǒng)在急用先行、邊建邊用的策略下初步建成，并在黃河治理開發(fā)中發(fā)揮了重要的作用。

由于在數字黃河10余年建設過程中，包括物聯(lián)網在內的各種信息技術得到了迅猛的發(fā)展。有些應用在數字黃河工程中的技術已經落后。數字黃河工程體系中的數據采集環(huán)節(jié)由于受制于當時的技術條件，很多采集手段都采用半自動甚至人工的方式進行，無法實現全天候、高頻次、實時的信息采集。

受傳統(tǒng)思維的影響，數字黃河工程在黃河的治理開發(fā)中被定位為非工程措施，影響了信息化在改造傳統(tǒng)黃河治理手段過程中所發(fā)揮的作用。信息化設施和防洪工程分別設計、分別施工，視其為完全不同的兩個獨立設施，難以發(fā)揮1+1＞2的效果，難以實現數字黃河的遠期目標。

3 物聯(lián)網在黃河治理開發(fā)中的應用前景

3.1 基礎信息數據采集的智能化有賴于物聯(lián)網技術

基礎信息數據半自動、人工方式采集的弊端顯而易見，物聯(lián)網技術可以解決某些以往無法自動采集的問題。采用RFID標識所有物料、人員、工程等，使之物聯(lián)網化，可以自動采集這些被標識物的信息，遠程跟蹤其位置和流轉過程。從而解決過去靠人工錄入、逐級上報所產生的低效、易出錯、易舞弊的問題，實現資產管理、人員管理和工程管理的信息化、自動化。水文、水質、降雨、墑情等信息可以采用多種傳感器技術，借助浮標、地埋等方式自動采集。由于黃河是一條多泥沙河流，很多現有傳感器可能無法正常工作，通過合作開發(fā)的方式解決某些應用中的技術難題，使之完全能夠在黃河的水沙環(huán)境條件下正常工作。

3.2 物聯(lián)網技術整合防洪工程和信息化設施

大堤、險工、控導等防洪工程和各種信息化工程總是分開設計、分開施工，各種信息化的手段并不能完全發(fā)揮他們的效用。假如采用物聯(lián)網技術整合防洪工程和信息化設施，可以使之更智能化，可以輕松解決很多過去難于解決的問題。把各種傳感器嵌入大堤、險工、控導中，作為工程整體存在，依托規(guī)劃中的中下游傳輸光纜干線傳輸各種基礎數據信息，在現有應用系統(tǒng)之上進行擴展來處理這些數據，以實現防洪工程的智能化監(jiān)測。

目前對防洪工程出現險情采取人工巡查，險情逐級上報的處理方式。此方式不但要耗費巨大人力、物力，而且還可能會出現漏查、錯報現象。在防洪工程中埋設形變傳感器，用RFID技術標識工程各部分。設定一定的形變閥值，就可以動態(tài)地監(jiān)控工程形態(tài)的變化和跟蹤工程各部分的位置。各種工程設施的普查、巡查均可以自動、智能地完成。例如每年進行的根石探摸也可以采用高頻RFID去實現。每個根石嵌入高頻RFID后，險工中的探測器就可以跟蹤其位置。這種方式可以自動完成，避免盲人摸象似的人工方式并優(yōu)于超聲探測方式。

現有條件下，防洪工程的搶險也是采取逐級上報，核算物料的方式進行。假若采用物聯(lián)網技術，各種物料可以實現自動計算。走失的根石可以自動跟蹤，垮塌的部分也可以自動測量，物料的核算刨除了人工方式所帶來的弊端，提高了效率為搶險爭取了寶貴的時間，避免了更大的損失。

4 結語

物聯(lián)網技術在黃河的治理開發(fā)中有著廣闊的前景。所有基礎信息采集的自動化、智能化也將有賴于物聯(lián)網技術去解決和完成。采用物聯(lián)網技術整合現有防洪工程和信息化設施，使之更加智能化，才能實現真正意義上的黃河治理開發(fā)的現代化，實現“數字黃河”的遠期目標。物聯(lián)網技術必將黃河治理開發(fā)推上一個嶄新的高度，“數字黃河”也將升級為“智慧黃河”。