文/山西水務(wù)投資集團(tuán)公司 杜中一 谷中峰 ，太鋼自動化公司康世龍
水利行業(yè)作為國家現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，提高水利信息化建設(shè)上升到國家戰(zhàn)略程度，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，給水利信息化建設(shè)提供了一個很好的契機(jī)，本文主要介紹了我國當(dāng)前水利信息化發(fā)展的現(xiàn)狀，提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為水利信息化發(fā)展提供了可行的解決方案。
1. 引言
水利行業(yè)在我國有著悠久的歷史，從古代的大禹治水到當(dāng)前國家的“數(shù)字水利”建設(shè)歷經(jīng)幾千年，水利建設(shè)關(guān)系到人民的根本利益，國家水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃中明確強(qiáng)調(diào)加快水利改革發(fā)展，是事關(guān)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)全局和中華民族長遠(yuǎn)發(fā)展重大而緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)，同時提出“十二五”的主要任務(wù)之一就是加強(qiáng)防洪薄弱環(huán)節(jié)的建設(shè)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是降低水利災(zāi)害的基礎(chǔ)，但是在當(dāng)今這個信息化時代，如何利用高科技手段降低水利危害是水利工程建設(shè)中的重要任務(wù)之一。
“十二五”規(guī)劃中提出要推進(jìn)水利科技創(chuàng)新，健全和完善水利科技創(chuàng)新體系，深入開展重大水利科技問題研究，加強(qiáng)成果推廣與普及，推進(jìn)信息化建設(shè)。反觀我國水利信息化建設(shè)的歷史，通過幾十年的發(fā)展，在洪澇災(zāi)害預(yù)測、險情報警、水庫監(jiān)控等方面已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。例如我國在旱澇預(yù)警（通過雨量計、水位儀、蒸發(fā)儀等傳感儀器對洪水、泥石流、干旱等爆發(fā)前的及時預(yù)測），水生態(tài)監(jiān)控（通過對土壤養(yǎng)分以及水質(zhì)的檢測，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)控）等等領(lǐng)域已經(jīng)取得了很多的成果，并且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
水利信息化的發(fā)展雖然取得了一定的成果，但是仍然面臨著很嚴(yán)峻的問題，例如如何實(shí)現(xiàn)水利檢測的統(tǒng)一管理、水利信息的相互共享、傳輸網(wǎng)絡(luò)的全部覆蓋等等是我國水利部門亟需解決的問題。
2. 物聯(lián)網(wǎng)與水利信息化介紹
所謂的水利信息化建設(shè)主要包括以下三方面內(nèi)容：基礎(chǔ)信息系統(tǒng)工程建設(shè)，包括分布在全國的相關(guān)信息采集，信息傳輸、信息處理和決策支持等分系統(tǒng)建設(shè)；數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，水利專業(yè)數(shù)據(jù)庫是國家重要的基礎(chǔ)性的公共信息資源的一部分，也是決策者重要依托憑據(jù)；最后還有綜合管理信息系統(tǒng)的建設(shè)。水利信息化是水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志。在水利現(xiàn)代化建設(shè)中，要大力推進(jìn)水利信息化進(jìn)程，利用水利信息化推動水利現(xiàn)代化。要充分利用科學(xué)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造的有利條件，堅持用高新技術(shù)對水利傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，特別要注意采用計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)及自動化技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)水利信息化。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧水利項(xiàng)目中起到了決定的作用，例如無錫市水利局自2007年太湖發(fā)生了藍(lán)藻事件以后，提出了“感知太湖、智慧水利”的水治理項(xiàng)目，通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐應(yīng)用平臺與無錫市公安、環(huán)保、城建等系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換，形成了一個從數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用完全對等實(shí)時交換的系統(tǒng)，提高了政府的應(yīng)急處置能力。
圖1為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利信息化建設(shè)中常用的一個體系架構(gòu)圖，它結(jié)合了當(dāng)前水利行業(yè)信息化建設(shè)過程中的現(xiàn)狀，主要分為了傳感網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及應(yīng)用網(wǎng)三個層次，其中傳感網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)了水文信息的采集，在該層中主要運(yùn)用各類傳感設(shè)備對水質(zhì)、雨量等信息進(jìn)行及時采集；傳輸網(wǎng)是將感應(yīng)網(wǎng)中感知的數(shù)據(jù)通過多種傳輸方式傳送到應(yīng)用網(wǎng)中的指定信息系統(tǒng)；而在應(yīng)用網(wǎng)中主要是各級水利部門的信息中心的各種信息顯示系統(tǒng)。
圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的水利信息系統(tǒng)架構(gòu)圖
3、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利信息化建設(shè)中的實(shí)現(xiàn)模式
水利行業(yè)信息化基礎(chǔ)建設(shè)由于其覆蓋面大、設(shè)計內(nèi)容多，從規(guī)模上講是一個好大的系統(tǒng)工程，如何結(jié)合當(dāng)前的基礎(chǔ)建設(shè)實(shí)現(xiàn)智能水利的目的是當(dāng)前學(xué)者、建設(shè)單位所需考慮的實(shí)際問題，圖2給出了物聯(lián)網(wǎng)解決的一個通用模式，即通過物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)間的實(shí)時通信，傳統(tǒng)的服務(wù)器均是采用存儲器計算模式，這種模式的計算速度對于大數(shù)據(jù)模式是很難滿足人們需求的，IBM、Oracle、SAP等公司推出了基于內(nèi)存計算的HANA服務(wù)器，這種服務(wù)器是完全基于內(nèi)存模式計算的，相比傳統(tǒng)服務(wù)器來說在計算速度上得到了明顯的提高，實(shí)現(xiàn)了按‘列’存儲的模式，這樣相比傳統(tǒng)的按‘行’存取模式，在讀取速度上以一個應(yīng)用為例，處理一個億級數(shù)據(jù)的報表，Oracle需要27.363秒，而HANA的處理是102毫秒，從實(shí)際效果看提高了大約上千倍。
如何開展水利信息公開也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所能為水利建設(shè)信息化提供的一個途徑，眾所周知，實(shí)現(xiàn)水利信息共享對于整個國家的水利建設(shè)是至關(guān)重要的，如何及時、準(zhǔn)確的獲取所需的水利信息是各級水利部門都關(guān)心的一個難點(diǎn)問題，當(dāng)前國家提出了“金水計劃”，就是通過信息科技手段實(shí)現(xiàn)水利信息的統(tǒng)一管理，從而從國家戰(zhàn)略角度作出相關(guān)的政策措施。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)通用解決模式
4、水利行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀與優(yōu)勢
首先水利行業(yè)需要非常專業(yè)的傳感器，這就促使傳感器技術(shù)得到了長足發(fā)展。
水利行業(yè)具有安全要求高、空間跨度大、野外作業(yè)多等特點(diǎn)，在幾十年前就已經(jīng)開始使用自動化以及半自動監(jiān)測逐步代替人工操作，發(fā)展了類型豐富、性能可靠、各具特點(diǎn)的多種傳感器。
其次是傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用已有相當(dāng)規(guī)模
目前，水利、交通、公安等是使用傳感網(wǎng)絡(luò)較多的部門，其中尤以水利行業(yè)歷史最悠久、應(yīng)用最廣泛，涉及工程安全、防汛抗旱、水文水質(zhì)、水土保持、農(nóng)田水利等各個方面。在傳感網(wǎng)絡(luò)的支撐下，水利部門建成了覆蓋全國的實(shí)時水情計算機(jī)廣域網(wǎng)、水利信息骨干網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)，并開展了水量調(diào)度、水文預(yù)報、水利電子地圖、決策支持、自動化辦公等方面的深入研究。可以說，水利部門已經(jīng)初步建立了行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的雛形。
三是形成了完整的傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈
受益于國家主管部門的高度重視和持續(xù)支持，傳感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為水利行業(yè)的重要支撐力量，并帶動了相關(guān)軟硬件產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。目前，我國水利行業(yè)已形成了從傳感器到二次采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、中央監(jiān)控設(shè)備的研發(fā)、封裝、測試、生產(chǎn)、應(yīng)用和系統(tǒng)集成的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，涌現(xiàn)出一批產(chǎn)品過硬、技術(shù)先進(jìn)、有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型企業(yè)和科研單位，為未來行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。
綜上所述，水利行業(yè)對于發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有著得天獨(dú)厚的條件。
水利行業(yè)作為政府的主要產(chǎn)業(yè)，提高政務(wù)管理水平迫在眉睫，而政務(wù)管理方面的提高主要是通過信息化手段實(shí)現(xiàn)節(jié)省開支、提高效率，優(yōu)化辦公方式、提高管理水平，同時還包括移動辦公、移動商務(wù)的解決，其主要功能有信息查詢、信息發(fā)送、視頻監(jiān)控、任務(wù)處理、實(shí)時數(shù)據(jù)上報、支持?jǐn)U展管理等。
通過數(shù)據(jù)中心進(jìn)行統(tǒng)一的管理是水利信息化建設(shè)的最終目標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運(yùn)維管理的需要，在國家水利數(shù)據(jù)中心的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)規(guī)范的框架之內(nèi)，結(jié)合各地水利（務(wù)）信息化現(xiàn)有相關(guān)工作基礎(chǔ)，編制各個區(qū)水利（務(wù)）數(shù)據(jù)中心技術(shù)規(guī)范、規(guī)章制度和管理辦法。主要包括：水利（務(wù)）信息分類和編碼規(guī)范、水利（務(wù)）信息傳輸與交換規(guī)范、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范、水利（務(wù)）信息資源共享管理辦法、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)規(guī)范、數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)更新規(guī)范、數(shù)據(jù)中心運(yùn)行維護(hù)管理辦法等。
