物联网技术在黄河治理开发中的应用前景

明恒毅 ，国 莉

（1.济南黄河河务局，山东 济南，250032；2.山东黄河物资储备中心，山东 济南，250032）

物联网的概念在1999年由MIT的Kevin Ashton教授首次提出。他提出了在计算机互联网的基础上，结合物品编码，利用射频识别、无线数据通信等技术，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网）的设想。

2005年国际电信联盟发布 《ITU互联网报告2005：物联网》，其中物联网的定义已经发生了变化，不再只是指基于RFID技术的物联网。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。2009年IBM更是提出了“智慧地球”的概念。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用到各行各业中，具体地说，就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。通过物联网和互联网的整合从而实现人类社会和现实世界的融合。在此基础上人类可以更加精细和动态地管理生产和生活，从而达到智能状态。

1 物联网在河流治理开发中的应用

物联网正成为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。物联网在各行各业中得到快速而广泛的应用。随着物联网技术的成熟，其在河流治理开发中也发挥出越来越重要的作用。

1.1 IBM哈德逊河智慧水管理

哈德逊河全长约520 km，是美国东部一条最重要的河流，文化、遗产和自然生态资源非常丰富。第二次世界大战后，全球最大的公司，比如通用电气、通用汽车、IBM等都在哈德逊河沿岸设立自己的大工厂。由于工业的发展，这条河流遭受到了一定程度的污染。为了配合纽约州政府对整个哈德逊河的保护恢复计划，IBM联合美国顶尖科研院校建立了哈德逊河水资源管理中心，这是全世界第一次为一个主要河流入海口设计的综合检测预报网。通过了解河流，有利于政府制定长远的规划，并以此确定区域的生态保护和长期经济发展模式。IBM在哈德逊河的河流、河口监测网络合作项目中，采用了大量的物联网技术，实现了实时、动态的河流环境监测。IBM采用把各种传感器安装在浮标里然后散布在整个流域中的方式，通过其上的无线网络系统组成分布式的传感网络传输各种河流的物理、化学、生物指标，并通过一定的数学模型计算，最后用一种非常好的可视化的方式让政策的制定者、研究人员看到各个层面的虚拟河流，有利于环保政策决定者、区域经济规划者、水生物管理人员根据可视化模型进行监管。

1.2 无锡太湖蓝藻防治

中国无锡是水网密集的江南水乡城市，水面积占到城市总面积的三成多。近年来由于工业的迅猛发展造成水体污染、水质富营养化。尤其是太湖蓝藻的大面积爆发，严重影响了居民生产、生活和无锡市的形象。自2009年，无锡市采用物联网技术对太湖水质进行监测，取代了依靠人工取水、试验室化验的老办法。在太湖大范围布放传感器浮标，通过无线传输方式24 h在线监测太湖水的各项变化。浮标搭载的水质监测设备，可迅速测出湖水的pH值、溶解氧、浊度、蓝绿藻等7项水质数据，自动将数据无线传输到后方的水质监测平台。无锡市还在太湖布设了21个蓝藻巡视点，沿岸建设了13个蓝藻分布视频监视系统，配备了一艘太湖水环境应急监测船和一辆环境监测应急车。目前，正在研究利用飞行机器人进行太湖蓝藻监测，利用环境卫星加强遥感监测。据介绍，无锡已建成86个水质自动监测站，结合环境卫星遥感，形成了 “蓝藻报警—迅速打捞—快速处理—资源利用”的治藻护水体系，有效遏制了蓝藻的大面积爆发。

2 数字黄河工程的进展和存在问题

自黄委实施《“数字黄河”工程规划》以来，经过10余年的逐步建设，目前“数字黄河”工程的信息基础设施、应用服务平台、应用系统已初步建成，有效地支撑了黄河治理开发和管理的主要业务工作，推动了治黄事业的信息化、现代化。建成完善了包括通信传输、计算机网络、数据采集、数据存储管理、高性能计算平台等信息基础设施。并在此基础设施之上初步建成了由黄委信息中心、黄委水文局、黄河流域水资源保护局、基础地理数据中心、河南黄河河务局等节点共同构成的分布式的应用服务平台。包括防汛减灾、水资源管理与调度、水资源保护、水土保持生态环境监测、工程建设与管理、电子政务六大子系统的业务应用系统在急用先行、边建边用的策略下初步建成，并在黄河治理开发中发挥了重要的作用。

由于在数字黄河10余年建设过程中，包括物联网在内的各种信息技术得到了迅猛的发展。有些应用在数字黄河工程中的技术已经落后。数字黄河工程体系中的数据采集环节由于受制于当时的技术条件，很多采集手段都采用半自动甚至人工的方式进行，无法实现全天候、高频次、实时的信息采集。

受传统思维的影响，数字黄河工程在黄河的治理开发中被定位为非工程措施，影响了信息化在改造传统黄河治理手段过程中所发挥的作用。信息化设施和防洪工程分别设计、分别施工，视其为完全不同的两个独立设施，难以发挥1+1＞2的效果，难以实现数字黄河的远期目标。

3 物联网在黄河治理开发中的应用前景

3.1 基础信息数据采集的智能化有赖于物联网技术

基础信息数据半自动、人工方式采集的弊端显而易见，物联网技术可以解决某些以往无法自动采集的问题。采用RFID标识所有物料、人员、工程等，使之物联网化，可以自动采集这些被标识物的信息，远程跟踪其位置和流转过程。从而解决过去靠人工录入、逐级上报所产生的低效、易出错、易舞弊的问题，实现资产管理、人员管理和工程管理的信息化、自动化。水文、水质、降雨、墒情等信息可以采用多种传感器技术，借助浮标、地埋等方式自动采集。由于黄河是一条多泥沙河流，很多现有传感器可能无法正常工作，通过合作开发的方式解决某些应用中的技术难题，使之完全能够在黄河的水沙环境条件下正常工作。

3.2 物联网技术整合防洪工程和信息化设施

大堤、险工、控导等防洪工程和各种信息化工程总是分开设计、分开施工，各种信息化的手段并不能完全发挥他们的效用。假如采用物联网技术整合防洪工程和信息化设施，可以使之更智能化，可以轻松解决很多过去难于解决的问题。把各种传感器嵌入大堤、险工、控导中，作为工程整体存在，依托规划中的中下游传输光缆干线传输各种基础数据信息，在现有应用系统之上进行扩展来处理这些数据，以实现防洪工程的智能化监测。

目前对防洪工程出现险情采取人工巡查，险情逐级上报的处理方式。此方式不但要耗费巨大人力、物力，而且还可能会出现漏查、错报现象。在防洪工程中埋设形变传感器，用RFID技术标识工程各部分。设定一定的形变阀值，就可以动态地监控工程形态的变化和跟踪工程各部分的位置。各种工程设施的普查、巡查均可以自动、智能地完成。例如每年进行的根石探摸也可以采用高频RFID去实现。每个根石嵌入高频RFID后，险工中的探测器就可以跟踪其位置。这种方式可以自动完成，避免盲人摸象似的人工方式并优于超声探测方式。

现有条件下，防洪工程的抢险也是采取逐级上报，核算物料的方式进行。假若采用物联网技术，各种物料可以实现自动计算。走失的根石可以自动跟踪，垮塌的部分也可以自动测量，物料的核算刨除了人工方式所带来的弊端，提高了效率为抢险争取了宝贵的时间，避免了更大的损失。

4 结语

物联网技术在黄河的治理开发中有着广阔的前景。所有基础信息采集的自动化、智能化也将有赖于物联网技术去解决和完成。采用物联网技术整合现有防洪工程和信息化设施，使之更加智能化，才能实现真正意义上的黄河治理开发的现代化，实现“数字黄河”的远期目标。物联网技术必将黄河治理开发推上一个崭新的高度，“数字黄河”也将升级为“智慧黄河”。