5G物联网技术在取水口计量数据监控中的应用

2024-05-30兰玉明赵敉悦李晓平

品牌与标准化 2024年2期

兰玉明赵敉悦李晓平

【摘要】本文探讨了5G物联网技术在取水口计量数据监控中的应用，并介绍了DYWCIot-5G物联网遥测终端系统的主要功能和工作原理。该系统可以实现监测数据的实时采集与共享，通过5G物联网提高取水口监测效率和水平。物联网技术的应用可以帮助水资源管理部门整合利用数据，更好地评估水资源状况，为决策提供依据，从而提高水资源管理效率，为我国建设节水型社会奠定基础。

【关键词】水资源；5G物联网；计量；数据监控

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.038

Application of 5G Internet of Things Technology in Water Intake Metering Data Monitoring

（1.Liaoning Vocational and Technical College， Shenyang 110135， China； 2.Shenyang Xingya Metrology Calibration Technology Co.， Ltd.， Shenyang 110143， China）

Abstract： This article explores the application of 5G Internet of Things technology in water intake metering data monitoring， and introduces the working principle and main functions of the DYWCIot-5G Internet of Things telemetry terminal system. This system can achieve real-time collection and sharing of monitoring data， and improve the efficiency and level of water intake monitoring through the 5G Internet of Things. The application of Internet of Things technology can help water resource management departments integrate and utilize data， better evaluate water resource conditions， provide a basis for decision-making， improve water resource management efficiency， and lay the foundation for building a water-saving society in China.

Keywords： water resources； 5G internet of things； measurement； data monitoring

水资源是人类赖以生存的物质基础，是人类社会发展的重要保障。我国一直把水资源、水生态、水环境承载能力作为刚性约束，并将其贯彻落实到发展稳定的各项工作中，而5G物联网技术在水资源管理中的应用可有效提高我国对水资源、水生态、水环境的管理能力。

1取水管理现状

取水口取水监测计量是取水管理不可或缺的手段，是发挥水资源刚性约束作用的重要基础性工作。目前对于水资源过度开发区域的取水口现状，具体情况可能因地区而异。然而，大部分都存在取水量超标、缺乏监测设备、控制不严格、缺乏信息共享机制等问题。物联网技术的蓬勃发展可为解决取水口管理方面的问题提供技术支撑。物联网是通过网络技术和通信技术将各种物理设备、传感器、检测和控制机器等智能化，并实现彼此之间的互通和协同工作的技术体系。物联网技术将现实世界中的各种物体与网络连接，使其能够感知、收集、传输和交换数据，进而实现智能化的应用和服务。

然而在數据采集的过程中，由于没有统一的规范，取水监测计量会出现数据不完整、不一致、数据无法共享等问题。其中数据不完整和不一致的问题是由于数据采集和统计的不完善，这极大地影响水务主管部门对水资源状况的准确评估和决策。另外，各地方水务主管部门的数据结构不同，各系统之间无法共享数据，这就导致同一条河流经过多地时，各地水务主管部门由于统计口径不一致，而导致数据相互矛盾。

2《水资源监测数据传输规约》概述

2021年水利部颁布了SL/T 427—2021《水资源监测数据传输规约》（以下简称《规约》）。《规约》的主要内容包括以下几个方面。

1）数据格式标准化。《规约》对水资源监测数据传输的格式进行了统一规范，确保不同系统之间可以进行有效的数据交换和共享。通过统一的数据格式，可以避免由于格式不统一而导致的数据解析错误和信息丢失问题。

2）数据传输安全性。《规约》要求在数据传输过程中加强数据的安全保护，采取合理的加密和认证措施，确保数据传输的机密性和完整性，防止数据被非法获取、篡改或泄露。

3）数据接口规范。《规约》定义了数据接口的统一规范，包括数据传输协议、接口参数、数据字段等。通过规范的数据接口，不同系统可以实现数据的互通和交互，实现水资源数据的汇总和整合。

4）数据共享平台建设。《规约》推动水资源数据共享平台建立，将各级各类水资源监测数据集中管理，提供给相关单位和个人使用。

《规约》的实施可以促进水资源管理部门和相关单位之间的信息共享，提高水资源数据的管理水平和利用价值，为水资源保护、管理和决策提供科学依据。

3DYWCIot-5G物联网遥测终端系统主要功能

DYWCIot-5G物联网遥测终端系统就是基于物联网技术在取水口上的应用。该系统符合《水资源监测数据传输规约》，是集遥测终端机（RTU）功能与2.5G/3G/4G无线通信模块（DTU）于一体，实现水文/水资源数据的采集、存储、显示、控制报警及传输等综合功能。该产品采用高性能工業级ARM处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为运行平台，同时提供雨量计接口、RS232、RS485、模拟量输入、开关量输出接口，可与多种形式的传感器配套使用。它可用于取水口监测，提供实时监测、智能控制和远程管理等功能，从而提高取水口数据采集效率和可持续性，并确保数据安全。DYWCIot-5G物联网遥测终端系统具体功能如下。

1）远程监测与控制。DYWCIot-5G物联网遥测终端系统通过在取水口计量设备上安装传感器和执行器，将其与物联网平台连接，实现对取水量、流速、压力等参数的实时监测。传感器采集到数据并传输到物联网平台上，运营人员可以随时监测这些参数的变化情况。此外，通过执行器的远程控制，运营人员还可以调节取水量、流速或压力以满足特定需求。这种远程监测与控制的技术可以提高工作效率，降低人工成本，并且能够快速响应异常情况。

2）预警与报警系统。DYWCIot-5G物联网遥测终端系统可以对前端采集数据进行实时分析，并可以根据物联网平台预设下来的阈值监测取水口计量设备的工作状态，并在检测到异常情况时发出报警。预警和报警扮演着重要的角色，可以有效提高对取水口的管理水平，可以达到“小病”及时治，“未病”提前治的效果。

3）水质监测与反馈。DYWCIot-5G物联网遥测终端系统将传感器获取到的数据收集、整合和分析，可以实时监控水质参数的变化。运营人员可以通过物联网平台的界面或移动应用程序查看取水口的水质情况，并随时了解各个参数的数值。此外，该系统还可以提供数据记录、统计和分析功能。运营人员可以查看历史水质数据，了解水质的趋势和变化，辅助判断水质是否存在问题及其变化趋势。基于这些分析结果，运营人员可以采取相应的措施，如调整水处理工艺、进行水质调节或其他措施来提高水质。

4）运维管理和维修预测。DYWCIot-5G物联网遥测终端系统可以记录取水口计量设备的运行时间、设备状态和维护记录，帮助管理员进行设备的运维管理。同时，通过对设备数据的分析，还可以进行设备故障的预测和维修计划的优化，提前采取维修措施，避免停水或延迟。例如：记录取水口计量设备的运行时间可以帮助管理员了解设备的使用情况和工作时间。这有助于评估设备的寿命和性能，以及预测未来维护和更换设备的时机。同时可以记录取水口计量设备的状态信息，如电源供应、压力、流量等，可以追踪设备的运行状况和健康状况。如果设备出现故障或异常，管理员可以及时采取措施进行维修或更换，避免设备故障对取水口运营的影响。

4DYWCIot-5G物联网遥测终端系统工作原理

DYWCIot-5G物联网遥测终端系统的终端机将来自一次仪表的频率信号或电流信号传送ARM处理后，将流量值显示在LCD液晶显示屏，并生成流量数据包，通过5G网络（或485网络、无线电台、内嵌、外置GPRS、北斗通信、水利卫星等通信模块）与监测中心完成采集数据的上报功能，供上位机分析处理。终端机采用800×480点阵触摸屏，大屏幕背光汉字液晶显示，可直观显示瞬时流量、累计流量、水位、工作状态、电压、电流等多种技术指标。

由于DYWCIot-5G物联网遥测终端系统的遥测终端机（RTU）由于其安装位置一般在取水口终端近处，安装环境相对恶劣，所以对于遥测终端机的防雷要求相对比较高。这里一般考虑两种安装环境。第一种为计量设施安装在井泵房内、楼宇室内等雷击率较低的场所，设计一般性防雷系统。具体技术参数见表1。

第二种为计量设施安装在野外空旷地区、山区等引雷区域，为增强防雷效果，提高防雷效率，设计增强型防雷系统。具体技术参数见表2。