程春+刘洋+李伟亭

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。

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

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；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、處理与决策，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。

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源监测中必不可少的一项技术。

4 结语

在水资源监测中使用物联网技术，可以准确、快速的采集到水资源中的信息，并可及时传输到管理部门的终端机，使得管理人员可及时根据情况做出应对措施以及处理意见，提高了工作效率，减少了人力以及财力的浪费，同时也提高了水资源的质量，从而保障了人们的正常生活。

参考文献

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