1400公里十萬個傳感器南水北調背后的智能化力量

作者： 2018年01月17日來源：中國儀表網瀏覽量：

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【中國儀表網儀表產業】中國的大規模南水北調工程是一次工程學上的壯舉，令全世界嘆為觀止。這一項目共開鑿了3條人工運河，每條長度超過1000公里，3條運河如今分處于不同的完成階段，負責把水從中國多雨的南方地區運

　　【中國儀表網儀表產業】中國的大規模南水北調工程是一次工程學上的壯舉，令全世界嘆為觀止。這一項目共開鑿了3條人工運河，每條長度超過1000公里，3條運河如今分處于不同的完成階段，負責把水從中國多雨的南方地區運到干旱的北方地區。

　　運河上安裝的聯網傳感器包括：攝像機(左)、入侵檢測傳感器(右上)和水位傳感器(右下)。

　　南水北調的中線工程，一直由龐大到令人驚嘆的物聯網網絡默默監控。1400公里的水道上散布著10萬多個傳感器，連接著丹江口水庫與京津兩地。在過去的一年中，這些傳感器一直在掃描中線運河的結構損壞，跟蹤水質和流速，同時監視運河的入侵者們——無論是人類還是動物。

　　該系統每日惠及5000多萬人，這還沒算上運河沿岸的居民，系統物聯網網絡技術總監楊旸說到，他同時也是中科院上海微系統與信息技術研究所無線傳感網與通信重點實驗室的實驗室主任。楊旸介紹到，他們在該物聯網工程中積累的成功經驗可以被應用到其它大規模基礎設施項目中，比如南水北調的東西線工程，也可以應用到摩天大樓玻璃外墻監控等相對較小的工程中。

　　這一物聯網工程規劃始于2012年。楊旸和他的團隊，包括國科學院物理系副教授張武雄博士，花了兩個星期的時間勘察了運河全段，對需求做出評估。

　　他們發現了許多嚴峻的挑戰。運河流經的區域屬于地震多發區，自然災害非常容易損害基礎設施建設。需要人為控制水流以避免浪費水資源。還需要定期檢查水質，以確保污染物或毒素不會進入城市飲用水供應系統。在一些地區，當地村民會爬上籬笆釣魚或在水中游泳，這些行為造成了安全隱患。

　　楊旸及其團隊將面臨的挑戰分為三大類：基礎設施、水質和安全。經過一番討論后，他們決定在運河沿線安裝130多種不同類型的聯網傳感器。基礎設施傳感器被嵌入在運河附近的土地中、混凝土護坡和橋梁中，以及用來控制水流的50座水壩中，用來測量應力、應變、振動、位移、土壓力和滲水等參數。

　　測量水質和流速的探頭被安裝在橋梁底架的鋼支撐柱上。運河沿線每隔500米安裝有一個攝影機。

　　這些傳感器帶來了一個問題：收集到數據之后，如何將它們發送出去？雖然運河的一些路段可以用光纖互聯網來連通，但不是所有區域都如此，且一些地方位置偏遠，那里的蜂窩網絡服務時好時壞，或根本就不存在。為了解決這個問題，楊旸和他的團隊開發了所謂的智能網關(Smart Gateway)，從本地傳感器連續接收數據，然后使用當前可得的任何信號將其傳輸到云服務器。這種云服務器可能是光纖、以太網、2G、3G、4G、Wi-Fi或ZigBee。

　　智能網關可以學習與云服務器的連接的可用性。在成功傳輸一次之后，它在下一次就會跟蹤該網絡，不成功再嘗試使用另一個網絡。張武雄說。

　　智能網關會定期向最近的服務器發送數據，它可能是運河沿線的47個區域分支服務器中的任何一個。在正常情況下，傳輸時間間隔為5分鐘、32分鐘或每天一次，這取決于該地區的位置和水資源情況。如果發生地震或化學泄漏等特殊事件，數據將被即時連續地發送到云端。數據將在云端被存儲起來，或被轉發到五個管理服務器(位于丹江口水庫和北京之間的幾個省級城市)中的任意一個，最終到達北京的主服務器中心。

　　楊旸和他的團隊設計了一個網頁平臺和用戶界面，允許服務器站的工作人員通過網站讀取數據，并對任何類型的警報作出響應，也使北京的中央管理團隊能夠隨時了解遠程站點的最新情況，并及時做出正確的決策。張武雄說，由于該網絡是與萬維網相隔離的，因而受到外部黑客攻擊的風險更小。

　　“對我來說，這是物聯網在關鍵基礎設施應用方面的一個絕佳案例”。IEEE 物聯網活動委員會主席兼互聯網安全咨詢公司Open Tech Works總裁Adam Drobot說道。“你在一開始就建立好防護措施，不用事后再亡羊補牢”。

　　楊旸說，南水北調工程所面臨的最大挑戰，是在黃河下方建造一條長約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器人來更有效和高效地對其進行監測。

　　楊旸還致力于將更多在實驗室開發的物聯網技術轉變成新的產品和服務。例如，他的團隊正在開發一個物聯網網絡，用來監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裂縫，物聯網就能夠感覺到并通知維修人員，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行維修。

　　現在，傳感器正變得越來越豐富，技術手段也越來越多樣，智能化環境的發展空間也會越來越大，楊旸如是說。

　　(原文標題：一千四百公里與十萬傳感器：南水北調背后的智能化力量)

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