1400公里十萬(wàn)個(gè)傳感器 南水北調(diào)背后的智能化力量

作者： 2018年01月17日 來(lái)源：中國(guó)儀表網(wǎng) 瀏覽量：
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【中國(guó)儀表網(wǎng)儀表產(chǎn)業(yè)】中國(guó)的大規(guī)模南水北調(diào)工程是一次工程學(xué)上的壯舉，令全世界嘆為觀止。這一項(xiàng)目共開鑿了3條人工運(yùn)河，每條長(zhǎng)度超過(guò)1000公里，3條運(yùn)河如今分處于不同的完成階段，負(fù)責(zé)把水從中國(guó)多雨的南方地區(qū)運(yùn)
　　【中國(guó)儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】中國(guó)的大規(guī)模南水北調(diào)工程是一次工程學(xué)上的壯舉，令全世界嘆為觀止。這一項(xiàng)目共開鑿了3條人工運(yùn)河，每條長(zhǎng)度超過(guò)1000公里，3條運(yùn)河如今分處于不同的完成階段，負(fù)責(zé)把水從中國(guó)多雨的南方地區(qū)運(yùn)到干旱的北方地區(qū)。
 

 
　　運(yùn)河上安裝的聯(lián)網(wǎng)傳感器包括：攝像機(jī)(左)、入侵檢測(cè)傳感器(右上)和水位傳感器(右下)。
 
　　南水北調(diào)的中線工程，一直由龐大到令人驚嘆的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)默默監(jiān)控。1400公里的水道上散布著10萬(wàn)多個(gè)傳感器，連接著丹江口水庫(kù)與京津兩地。在過(guò)去的一年中，這些傳感器一直在掃描中線運(yùn)河的結(jié)構(gòu)損壞，跟蹤水質(zhì)和流速，同時(shí)監(jiān)視運(yùn)河的入侵者們——無(wú)論是人類還是動(dòng)物。
 
　　該系統(tǒng)每日惠及5000多萬(wàn)人，這還沒(méi)算上運(yùn)河沿岸的居民，系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)總監(jiān)楊旸說(shuō)到，他同時(shí)也是中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所無(wú)線傳感網(wǎng)與通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室主任。楊旸介紹到，他們?cè)谠撐锫?lián)網(wǎng)工程中積累的成功經(jīng)驗(yàn)可以被應(yīng)用到其它大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中，比如南水北調(diào)的東西線工程，也可以應(yīng)用到摩天大樓玻璃外墻監(jiān)控等相對(duì)較小的工程中。
 
　　這一物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃始于2012年。楊旸和他的團(tuán)隊(duì)，包括國(guó)科學(xué)院物理系副教授張武雄博士，花了兩個(gè)星期的時(shí)間勘察了運(yùn)河全段，對(duì)需求做出評(píng)估。
 
　　他們發(fā)現(xiàn)了許多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。運(yùn)河流經(jīng)的區(qū)域?qū)儆诘卣鸲喟l(fā)區(qū)，自然災(zāi)害非常容易損害基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。需要人為控制水流以避免浪費(fèi)水資源。還需要定期檢查水質(zhì)，以確保污染物或毒素不會(huì)進(jìn)入城市飲用水供應(yīng)系統(tǒng)。在一些地區(qū)，當(dāng)?shù)卮迕駮?huì)爬上籬笆釣魚或在水中游泳，這些行為造成了安全隱患。
 
　　楊旸及其團(tuán)隊(duì)將面臨的挑戰(zhàn)分為三大類：基礎(chǔ)設(shè)施、水質(zhì)和安全。經(jīng)過(guò)一番討論后，他們決定在運(yùn)河沿線安裝130多種不同類型的聯(lián)網(wǎng)傳感器?；A(chǔ)設(shè)施傳感器被嵌入在運(yùn)河附近的土地中、混凝土護(hù)坡和橋梁中，以及用來(lái)控制水流的50座水壩中，用來(lái)測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變、振動(dòng)、位移、土壓力和滲水等參數(shù)。
 
　　測(cè)量水質(zhì)和流速的探頭被安裝在橋梁底架的鋼支撐柱上。運(yùn)河沿線每隔500米安裝有一個(gè)攝影機(jī)。
 
　　這些傳感器帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：收集到數(shù)據(jù)之后，如何將它們發(fā)送出去？雖然運(yùn)河的一些路段可以用光纖互聯(lián)網(wǎng)來(lái)連通，但不是所有區(qū)域都如此，且一些地方位置偏遠(yuǎn)，那里的蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)好時(shí)壞，或根本就不存在。為了解決這個(gè)問(wèn)題，楊旸和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了所謂的智能網(wǎng)關(guān)(Smart Gateway)，從本地傳感器連續(xù)接收數(shù)據(jù)，然后使用當(dāng)前可得的任何信號(hào)將其傳輸?shù)皆品?wù)器。這種云服務(wù)器可能是光纖、以太網(wǎng)、2G、3G、4G、Wi-Fi或ZigBee。
 
　　智能網(wǎng)關(guān)可以學(xué)習(xí)與云服務(wù)器的連接的可用性。在成功傳輸一次之后，它在下一次就會(huì)跟蹤該網(wǎng)絡(luò)，不成功再嘗試使用另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。張武雄說(shuō)。
 
　　智能網(wǎng)關(guān)會(huì)定期向最近的服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，它可能是運(yùn)河沿線的47個(gè)區(qū)域分支服務(wù)器中的任何一個(gè)。在正常情況下，傳輸時(shí)間間隔為5分鐘、32分鐘或每天一次，這取決于該地區(qū)的位置和水資源情況。如果發(fā)生地震或化學(xué)泄漏等特殊事件，數(shù)據(jù)將被即時(shí)連續(xù)地發(fā)送到云端。數(shù)據(jù)將在云端被存儲(chǔ)起來(lái)，或被轉(zhuǎn)發(fā)到五個(gè)管理服務(wù)器(位于丹江口水庫(kù)和北京之間的幾個(gè)省級(jí)城市)中的任意一個(gè)，最終到達(dá)北京的主服務(wù)器中心。
 
　　楊旸和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)平臺(tái)和用戶界面，允許服務(wù)器站的工作人員通過(guò)網(wǎng)站讀取數(shù)據(jù)，并對(duì)任何類型的警報(bào)作出響應(yīng)，也使北京的中央管理團(tuán)隊(duì)能夠隨時(shí)了解遠(yuǎn)程站點(diǎn)的最新情況，并及時(shí)做出正確的決策。張武雄說(shuō)，由于該網(wǎng)絡(luò)是與萬(wàn)維網(wǎng)相隔離的，因而受到外部黑客攻擊的風(fēng)險(xiǎn)更小。
 
　　“對(duì)我來(lái)說(shuō)，這是物聯(lián)網(wǎng)在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用方面的一個(gè)絕佳案例”。IEEE 物聯(lián)網(wǎng)活動(dòng)委員會(huì)主席兼互聯(lián)網(wǎng)安全咨詢公司Open Tech Works總裁Adam Drobot說(shuō)道。“你在一開始就建立好防護(hù)措施，不用事后再亡羊補(bǔ)牢”。
 
　　楊旸說(shuō)，南水北調(diào)工程所面臨的最大挑戰(zhàn)，是在黃河下方建造一條長(zhǎng)約4公里、直徑約7米的巨大隧道。他希望最終可以利用水下機(jī)器人來(lái)更有效和高效地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
 
　　楊旸還致力于將更多在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)變成新的產(chǎn)品和服務(wù)。例如，他的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)監(jiān)控摩天大樓玻璃幕墻的完整性。如果玻璃面板變得脆弱或出現(xiàn)裂縫，物聯(lián)網(wǎng)就能夠感覺(jué)到并通知維修人員，還可以告知他們所需更換的玻璃面板的確切大小和形狀，從而面板破裂或掉落之前進(jìn)行維修。
 
　　現(xiàn)在，傳感器正變得越來(lái)越豐富，技術(shù)手段也越來(lái)越多樣，智能化環(huán)境的發(fā)展空間也會(huì)越來(lái)越大，楊旸如是說(shuō)。
 
　　(原文標(biāo)題：一千四百公里與十萬(wàn)傳感器：南水北調(diào)背后的智能化力量)
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