物联网技术在水资源监测中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 物联网技术在水资源监测中的应用 摘要：水资源是自然生态系统重 要的物质资源，但随着社会的发展，使 得水资源面临越来越严重的危机。本文 从水资源的短缺以及严重污染为背景， 研究了早期水资源监测情况以及现在水 资源监测中出现的弊端，从物联网的体 系架构入手，分析了物联网技术主要是 传感器技术、ZigBee 无线通信技术和嵌 入式技术在水资源监测中的具体应用。 中国论文网 /8/view-12904754.htm 关键词：水资源；物联网技术； 水资源监测 中图分类号：TP399 文献标识码： A 文章编号： 1007-9416（2017）01- 0074-02 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 水资源是自然生态系统重要的物 质资源，也是人类经济社会系统发展的 重要基础支撑物质资源。随着经济社会 发展和人口增加，以及自然条件的变化， 我国在水资源领域面临着严峻的挑战。 水资源短缺日益成为世界各国关注的焦 点问题之一，作为世界上人口最多的国 家，我国水资源总量居世界第 6 位，人 均占有量为 2240m2，仅为世界人均的 四分之一。我国城镇附近水体受污染率 已高达 90%，适宜饮用的洁净水源已经 所剩不多，对数亿人口饮用水安全构成 了重大威胁，加大保护水源的力度将是 关系到国计民生的大问题。对水资源进 行监测和管理无疑成为解决水资源污染 以及短缺的重要基础手段。物联网技术 的出现，则为解决水资源污染以及短缺 的问题提供了新思路与新方法。 1 水资源监测的发展状况 在信息技术不够发达的时候，水 利管理部门对水资源的监测与管理主要 是采用的是人工监测，人工检测的缺点 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 是花费时间长，劳动量很大且发现的问 题少，只能监测到很少的水资源信息种 类，并且时效性非常差。 单片机和智能仪表的出现，使得 水资源的监测进入了短距离的自动监测 时代，但是这种监测只能应用于单个的 水资源监测站点。随着网络技术的发展 与普及，可以将单个的水资源监测站点 通过网络连接，从而形成一个具有一定 规模的水资源监测网络，节省了较大的 人力。但是随着使用规模的扩大以及监 测时间的增长，发现该方式需要大量的 计算机来进行监测，并且在部署时要使 用总线控制，会导致资源的浪费且不利 于监测网络的再扩展。 随后，无线通讯技术被应用到水 资源的监测当中。在监测时得到的水资 源信息可以通过有线或者无线的方式传 输到监测中心，监测中心将根据获得的 信息作出相应的处理。但由于市场上销 售的数据传输单元种类太多，各品牌的 产品互相兼容性太差，不利于形成一个 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 统一的监测平台。 2 物联网技术的体系结构 物联网（Internet of Things）是利 用传感器、无线射频识别技术、红外感 应技术、全球定位系统等各种感知技术 和设备，将物理世界的物体通过网络接 入技术与网络相连，从而获取物理世界 的各种信息，实现人与物、物与物之间 的信息交互，以达到可以对物体进行智 能化的识别、感知以及管理。 物联网技术的体系结构通常被分 为感知层、网络层以及应用层。 感知层位于体系结构中的最底层， 是应用层的基础，采集数据和短距离传 输数据是感知层的主要任务。首先是感 知设备进行物理世界信息的采集，然后 将采集到信息通过 BLE、ZigBee、红外 灯传输技术传递到网关设备。 网络层主要进行信息的传递。网 络层包括核心网和各种接入网。核心网 是基于 IP 的统一、高性能、可扩展的 分组网络，支持异构接入以及移动性； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 接入网为终端提供基本的网络接入功能、 移动性管理、对现有接入技术的优化等。 网络层的作用就是当感知层中的感应设 备将物理信息传输到网络节点后，再通 过网络层中的移动通信网络、互联网和 其他专用网络连接各个服务器，以使客 户可以根据自己的需要获取物理信息。 应用层的主要是通过分析、理 与决策，完成从信息到知识、再到控制 指挥的智能演化，实现处理问题和解决 问题的能力，完成特定的智能化应用和 服务任务。 3 物联网在水资源监测中的关键 技术 物联网在其体系结构中的每个层 次都有不同的关键技术。主要是使用了 传感器技术、ZigeBee 无线通信技术和 嵌入式技术。 3.1 传感器技术 传感器是物联网技术在感知层使 用的设备，是与物理世界进行交互的重 要方式。传感器技术是实现自动测试与 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 自动控制的重要环节。其主要特征是能 准确传递和检测出某一形态的信息，并 将其转换成另一形态的信息。现在传感 器技术被广泛应用，从航空、航天等领 域到农林、环保以及人们得衣食住行等 生活的方方面面。 在水资源监测中，主要使用的传 感器有温度传感器、PH 感器、电导率 传感器、雨量传感器、水质传感器以及 水量传感器等等。这些传感器采集到的 信息，通过 GPRS/CDMA 通道，上传到 水资源监测中心，监控中心的管理人员 将能及时监视现场情况，准确做出判断， 及时进行处理。 3.2 ZigBee 无线通信技术 ZigBee 技术有自己的无线电标准， 在数千个微小的传感器之间相互协调实 现网络通信。由于传感器的功耗很低， 通过接力的方式利用无线电波将数据从 一个传感器传到另外一个传感器，因此 ZigBee 技术的通信效率非常高。ZigBee 的组网方式是自组网，不经过人为的任 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 何操作，设备之间只要彼此在网络模块 的通信范围内，通过彼此自动寻找，很 快就可以形成一个互通互联的 ZigeBee 网络。基于 ZigeBee 的这些优点， ZigBee 无线通信技术被广泛应用在智能 家居、工业控制、自动抄表等领域。 在水资源监测中，各传感器通过 ZigBee 技术讲采集到的信息传输给网络 层的协调器，协调器将接收到的信息进 行融合处理之后再传输给用户。各传感 器之间不需要通过其他设备来进行数据 传输，方便各监测节点的部署，有利于 升级系统。 3.3 嵌入式技术 嵌入式系统一般指非 PC 系统， 有计算机功能但又不能称之为计算机的 设备或器材。它的目的是应用，基础是 计算机技术，并且对软件和硬件可以进 行裁剪，能够满足应用系统对功能、可 靠性、实时性、成本、体积、功耗等指 标的严格要求的专用计算机系统。具有 系统内核小、专用型强等特点。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 在水资源监测中，对水资源信息 进行监测所使用的传感器以及智能仪表， 还有传输数据的终端机，基本上使用的 技术都是嵌入式技术。嵌入式技术已经 成为水资