浅谈物联网技术应用现状及其在水利上的优势.docx

2014(第二届)中国水利信息化与数字水利技术论坛浅谈物联网技术应用现状及其在水利上的优势赵倩倩 河南省水利信息中心摘 要：在传感技术、云计算和移动互联网发展的推动下，全球物联网进入实质性应用阶段。而水利 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。同时介绍了物联网的关键技术，并对其在水利行业的应用现 状作了分析，突出了其在发展物联网方面的先发优势，提出可行性建议，实现水利信息化。关键词：物联网；智慧水利；技术应用；射频识别技术Application of the Internet of things technology advantage and in the waterZhao QianqianWater Resource Information Center ofHellan Provinceglobal Intemet entered a substantive application stageAs a basic industry ofnational m舳tionconstruction，Abstract：In the promotion of sensing technology，cloud computing and mobile Internet development，theWater conservancy industry improve water resource information construction to rise up to the national strategic level，the rise of the Internet of things technology，provides a good opportunity for the construction of water resource informationThis paper mainly iraroduces the current situation ofour country water resource information development，the Iuternet ofthings technology provides a feasible solution for the development of water resource informationAt the same time，this paper introduces the key technology of the Intemet of things，and makes analysis of the status of its application in the water industry，the networks first mover advantage in development， put forward the feasible suggestion，to realize water resource informationKey WorOs：Internet ofthings；the intelligent system of water conservancy；technological application；RFIDtechnology246(24)WaterConservancyInformationandDigitalwaterConservancyTechnologyForum2014一、引言 2012年以来，在传感技术、云计算和移动互联网发展的推动下，全球物联网进入实质性应用阶段。物联网是继互联网之后又一次新技术革命，是温家宝总理要求的五大必争产业制高点之一，被认为是推动产业升级、迈向信息社会的发动机”。根据国际电信联盟(ITU)的定义，物联网是指通过二维码识读设备、射频识别(RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品 与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一 种网络。把新一代IT技术充分运用在各行各业中，具体就是把感应器嵌入到各种物体中，然后与 现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统信息交流。世界万物，小到手表、钥匙， 大到汽车、楼房，只要嵌入一个微型感应芯片，把它变得智能化，再借助无线网络技术，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能咬流”，这就是物联网。物联网再搭上互联网这个桥梁，在世界任何一个地方我们都可以即时获取万事万物的信息。这个网络中，通过超 级中心计算机群，对整个网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，使 人类能以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到智慧”状态，提高资源利用率和生产 力水平，改善人与自然间的关系。据悉，这是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次 信息产业浪潮。在这次信息产业浪潮中，水利行业具备发展物联网得天独厚的基础条件，也会在这场技 术浪潮中全面受益，应抓住重大战略机遇，在国内率先发展行业物联网。二、水利信息化介绍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L卜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L卜二五”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。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2472014(第二届)中国水利信息化与数字水利技术论坛建设中，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。三、物联网关键技术 1、射频识别(I心ID)技术射频识别(I疆ID)技术在物联网中位于最前端，是最关键的技术。RFID俗称电子标签， 可以快速读写、长期跟踪管理，被认为是2l世纪最有发展前途的信息技术之一。RFID与传 感器、嵌入式软件等，结合已有的网络、数据库、中间件技术，就构筑起了一个由无数联网 的阅读器和移动标签组成的、比Internet更为庞大的物联网。2、传感器技术 传感器技术是利用能感受规定被测量的敏感元件或转换元件，按照一定的规律，将人类无法直接获取或识别的信息转换成可识别的信息数据的技术。传感器技术不仅能感受到被测 量的信息，并且还能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信 息输出，以满足信息的传输、处理、控制等要求，这是实现物联网感知技术的首要环节。近年来，智能化和网络化已成为传感器发展的主要趋势，并且进入了由传统的传感器逐 渐向着智能传感器及嵌入式Web传感器发展。无线传感器网络是由各种微型的在监测区内进 行有效布置的传感器节点组成，通过无线通信的方式连接成有序的组织网络。目前我国物联 网传感器技术发展的主要方向有：先进测试技术和网络化测控；智能化传感器网络节点探究； 传感器网络组织结构与底层协议研究；传感器网络的自身检测和控制；传感器网络安全问题 研究。3、认知计算和智能控制技术 认知计算来源于脑科学研究，目的是模拟并效仿人脑的感觉、观念、行为、互动以及认识能力，同时消耗更少的能量、占用更小的空间。认知计算是当前人工智能的最新研究方向， 其研究成果将为智能控制提供理论支持。目前，认知计算理论已开始在智能控制领域有了初步应用。这种方法对物联网系统智能248(21。)Water Conservancy Information and Digital water Conservancy Technology Forum 2014控制具有一定的借鉴作用。未来物联网要想实现“以物控物”的目标，从物对外界环境信息的 感知学习，到物体自身行为习惯的觉察发现，都将成为策略调用的判断依据。通过对认知计 算理论的深入研究及其在智能控制领域的全方位、多角度应用，随着相关技术的不断深化、 完善，将为认知物联网”的建设奠定坚实的基础。4、纳米技术 纳米技术通常研究结构尺寸在01100mn范围材料的性质和应用，其研究内容涉及学科广阔，应用领域更是遍布各个行业。随着传感器技术的快速发展，小体积、低功耗、高性能 的微传感器开始得到人们的重视，并开始大规模应用。而利用纳米技术制造的钠米传感器” 更可完成现有传感器所不能完成的功能。例如，利用纳米技术制作的细胞修复或者血管修复 传感器，在基于认知计算的智能控制技术支持下，根据受损的程度、方位快速修复，将为现 代外科手术提供全新解决方案。纳米技术在物联网中的应用使得物联网由宏观走向微观，为实现物联网的感知”、“以物控物”目标做好物”的准备。5、网络融合技术 网络融合起源于对电信网、电话网及因特网在业务层面的融合。随着当前网络标准的不断增多，网络复杂度及异构度的增加，给跨网业务提供造成了极大的困难。网络融合技术旨 在通过对各种网络在网络层面进行融合，实现不同网络间的无缝切换。目前，网络融合技术 已成为热门研究领域。具有代表性的包括欧盟IST第六框架计划(FP6)的MobyDick项目， Moby Dick项目对未来全口网络中的移动性和Qos解决提供方案，并以WCDMA、WLAN 和以太网为主要的接入方式，搭建了横跨欧洲的试验网，目标是在PV6的基础上集成了移动 性支持、Qos、认和全碑体系结构，支持在不同接入网络或者管理域之间的无缝切换。从上述项目的实旖情况来看，网络融合技术已取得重大进展，尤其是3G-WffVlax、 WCD-MA-WLAN以及UMTS。WLAN的融合已成为现实，从而为实现不同网络间的物物互 联以及全球物联网的形成奠定基础。四、我国物联网现状我国对物联网的发展高度重视，2011年11月工业和信息化部物联网L卜二五发展规划 正式发布，将超高频和微波RFID标签、智能传感器等领域明确为支持重点，并在九大领域 开展示范工程。2013年1月发布国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)， 涵盖云计算服务、物联网应用等。2013年2月国务院关于推进物联网有序健康发展的指导 意见等政策密集出台，一方面重视政策支持、规范、指导，另一方面逐步放开市场，推动2492014(第二届)中国水利信息化与数字水利技术论坛资本市场对接物联网产业发展。 在2013年国家发改委设立物联网关键技术研发及产业化、信息安全两大专项支持物联网发展，重点包括海铁联运的货物物流运输，与司法部推进监狱管控的物联网应用，与水利部 进行重点水库监测的物联网应用等，并在2013年9月发布十大物联网发展专项行动计划”， 包括顶层设计、标准研发、商业模式、政府扶持等方面。工信部则通过组织产业目录编制以 及制定专项规划等工作，重点支持智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、 智能环保、智能安防、智能医疗和智能家居等9个重点领域发展。智慧城市成为物联网推进的重要载体。在2013年由全国智能建筑及居住区数字化标准化 技术委员会组织专家起草的中国智慧城市标准体系正式发布，对智慧城市”的定义、体 系、功能特征、建设关键部署等进行了详细阐述。我国各省市积极采取措施发展物联网相关产业，其中深圳市出台推进物联网产业发展 行动计划(2011-2013年)，天津市出台物联网产业发展L卜二五靓划，东莞市出台加 快发展物联网建设智慧东莞规划(2012-2015)等等。五、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。250(2)WaterConscn，趾c)rm如珊ationandDigilalwaI盯Co璐efv锄cyT。dmologyFo舳2014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。 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。物联网建设将全面推动水利行业发展物联网作为继互联网之后的又一次信息技术革命， 必将和互联网一样对水利行业产生深远影响。与传统的信息技术相比，物联网技术将使水利 监测的广度、深度、密度和精确度都发生革命性的提升，进而对更高层次的科学研究和生产 应用产生深远影响，使从前做不了的事情做得成，从前做的粗的事情做得好。六、发展水利物联网的建议。 水利物联网的建设是大势所趋。目前物联网产业正在从萌芽期走向成熟期，应抓住机遇及早谋划，为率先实现行业物联网做好准备。 首先，做好发展水利物联网的前期工作。从政策和技术两个层面积极开展水利物联网的先期筹划和储备，在适当时机研究制定行业物联网建设规划，开展行业物联网的整体架构及。 子系统概念设计，紧密跟踪国内外核心技术的研究进展，组织科研单位开展核心器件与水利 专业要求相结合的产业化科研攻关，并协调相关部门筹备制定水利物联网技术标准。其次，稳步推进水利物联网示范工程建设。示范工程建设是对行业物联网的技术验证和 经验积累，有利于筛选出最佳技术方案，避免大规模实施中出现重大失误。此外，示范工程 还是推动行业物联网建设的催化剂，使技术优势眼见为实，直接调动建设物联网的积极性。最后，引导和扶持水利物联网企业发展壮大。水利物联网建设不仅要提高行业的技术水 平和管理能力，也要服务于全国物联网产业发展战略大局。目前我国水利传感设备生产企业 的技术实力与国外同类企业相比还有一定差距，要利用物联网建设的机遇加倍呵护和扶持本25l2014(第二届)中国水利信息化与数字水利技术论坛土企业迎头赶上，抢占技术制高点，扩大市场份额，并逐步向国外市场以及交通、建设、能 源等其他行业扩展，为我国物联网产业战略贡献力量。参考文献1】罗鸿斌试论物联网关键技术与应用计算机光盘软件与应用，2013(22)【2】张应福物联网技术与应用通信企业管理，2010，(1)，50533】胡传廉上海智慧水网”发展理念与展望水利信息化。2011，(03)，14-174】nes Winz，Gary Bfiefley，Sam TmwsdaleThe use of system dynamics fimflation in water resourcesmanagementJ】W-at口resources management，2009，23(7)：1 30 ll 3235】Rajkumar Buyya，Chee ShinYeo，Sfikaxnar Venugopfl，etaL Cloud comptIting an demerging 1T pl缸forms： Visio