蘭玉明 趙敉悅 李曉平

【摘要】本文探討了5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在取水口計(jì)量數(shù)據(jù)監(jiān)控中的應(yīng)用，并介紹了DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)的主要功能和工作原理。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與共享，通過5G物聯(lián)網(wǎng)提高取水口監(jiān)測效率和水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以幫助水資源管理部門整合利用數(shù)據(jù)，更好地評(píng)估水資源狀況，為決策提供依據(jù)，從而提高水資源管理效率，為我國建設(shè)節(jié)水型社會(huì)奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】水資源；5G物聯(lián)網(wǎng)；計(jì)量；數(shù)據(jù)監(jiān)控

【DOI編碼】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

水資源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會(huì)發(fā)展的重要保障。我國一直把水資源、水生態(tài)、水環(huán)境承載能力作為剛性約束，并將其貫徹落實(shí)到發(fā)展穩(wěn)定的各項(xiàng)工作中，而5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用可有效提高我國對水資源、水生態(tài)、水環(huán)境的管理能力。

1取水管理現(xiàn)狀

取水口取水監(jiān)測計(jì)量是取水管理不可或缺的手段，是發(fā)揮水資源剛性約束作用的重要基礎(chǔ)性工作。目前對于水資源過度開發(fā)區(qū)域的取水口現(xiàn)狀，具體情況可能因地區(qū)而異。然而，大部分都存在取水量超標(biāo)、缺乏監(jiān)測設(shè)備、控制不嚴(yán)格、缺乏信息共享機(jī)制等問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展可為解決取水口管理方面的問題提供技術(shù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)將各種物理設(shè)備、傳感器、檢測和控制機(jī)器等智能化，并實(shí)現(xiàn)彼此之間的互通和協(xié)同工作的技術(shù)體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界中的各種物體與網(wǎng)絡(luò)連接，使其能夠感知、收集、傳輸和交換數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的應(yīng)用和服務(wù)。

然而在數(shù)據(jù)采集的過程中，由于沒有統(tǒng)一的規(guī)范，取水監(jiān)測計(jì)量會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整、不一致、數(shù)據(jù)無法共享等問題。其中數(shù)據(jù)不完整和不一致的問題是由于數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)的不完善，這極大地影響水務(wù)主管部門對水資源狀況的準(zhǔn)確評(píng)估和決策。另外，各地方水務(wù)主管部門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，各系統(tǒng)之間無法共享數(shù)據(jù)，這就導(dǎo)致同一條河流經(jīng)過多地時(shí)，各地水務(wù)主管部門由于統(tǒng)計(jì)口徑不一致，而導(dǎo)致數(shù)據(jù)相互矛盾。

2《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》概述

2021年水利部頒布了SL/T 427—2021《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》（以下簡稱《規(guī)約》）?！兑?guī)約》的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。

1）數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化?！兑?guī)約》對水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷竭M(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范，確保不同系統(tǒng)之間可以進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換和共享。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，可以避免由于格式不統(tǒng)一而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)解析錯(cuò)誤和信息丟失問題。

2）數(shù)據(jù)傳輸安全性。《規(guī)約》要求在數(shù)據(jù)傳輸過程中加強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)，采取合理的加密和認(rèn)證措施，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性和完整性，防止數(shù)據(jù)被非法獲取、篡改或泄露。

3）數(shù)據(jù)接口規(guī)范?！兑?guī)約》定義了數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一規(guī)范，包括數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、接口參數(shù)、數(shù)據(jù)字段等。通過規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，不同系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通和交互，實(shí)現(xiàn)水資源數(shù)據(jù)的匯總和整合。

4）數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)?！兑?guī)約》推動(dòng)水資源數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建立，將各級(jí)各類水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)集中管理，提供給相關(guān)單位和個(gè)人使用。

《規(guī)約》的實(shí)施可以促進(jìn)水資源管理部門和相關(guān)單位之間的信息共享，提高水資源數(shù)據(jù)的管理水平和利用價(jià)值，為水資源保護(hù)、管理和決策提供科學(xué)依據(jù)。

3DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)主要功能

DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)就是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在取水口上的應(yīng)用。該系統(tǒng)符合《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》，是集遙測終端機(jī)（RTU）功能與2.5G/3G/4G無線通信模塊（DTU）于一體，實(shí)現(xiàn)水文/水資源數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、控制報(bào)警及傳輸?shù)染C合功能。該產(chǎn)品采用高性能工業(yè)級(jí)ARM處理器和工業(yè)級(jí)無線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)提供雨量計(jì)接口、RS232、RS485、模擬量輸入、開關(guān)量輸出接口，可與多種形式的傳感器配套使用。它可用于取水口監(jiān)測，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能控制和遠(yuǎn)程管理等功能，從而提高取水口數(shù)據(jù)采集效率和可持續(xù)性，并確保數(shù)據(jù)安全。DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)具體功能如下。

1）遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)通過在取水口計(jì)量設(shè)備上安裝傳感器和執(zhí)行器，將其與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)對取水量、流速、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。傳感器采集到數(shù)據(jù)并傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)上，運(yùn)營人員可以隨時(shí)監(jiān)測這些參數(shù)的變化情況。此外，通過執(zhí)行器的遠(yuǎn)程控制，運(yùn)營人員還可以調(diào)節(jié)取水量、流速或壓力以滿足特定需求。這種遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制的技術(shù)可以提高工作效率，降低人工成本，并且能夠快速響應(yīng)異常情況。

2）預(yù)警與報(bào)警系統(tǒng)。DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)可以對前端采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)預(yù)設(shè)下來的閾值監(jiān)測取水口計(jì)量設(shè)備的工作狀態(tài)，并在檢測到異常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警。預(yù)警和報(bào)警扮演著重要的角色，可以有效提高對取水口的管理水平，可以達(dá)到“小病”及時(shí)治，“未病”提前治的效果。

3）水質(zhì)監(jiān)測與反饋。DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)將傳感器獲取到的數(shù)據(jù)收集、整合和分析，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)參數(shù)的變化。運(yùn)營人員可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的界面或移動(dòng)應(yīng)用程序查看取水口的水質(zhì)情況，并隨時(shí)了解各個(gè)參數(shù)的數(shù)值。此外，該系統(tǒng)還可以提供數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)和分析功能。運(yùn)營人員可以查看歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)，了解水質(zhì)的趨勢和變化，輔助判斷水質(zhì)是否存在問題及其變化趨勢?；谶@些分析結(jié)果，運(yùn)營人員可以采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整水處理工藝、進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)或其他措施來提高水質(zhì)。

4）運(yùn)維管理和維修預(yù)測。DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)可以記錄取水口計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備狀態(tài)和維護(hù)記錄，幫助管理員進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)維管理。同時(shí)，通過對設(shè)備數(shù)據(jù)的分析，還可以進(jìn)行設(shè)備故障的預(yù)測和維修計(jì)劃的優(yōu)化，提前采取維修措施，避免停水或延遲。例如：記錄取水口計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間可以幫助管理員了解設(shè)備的使用情況和工作時(shí)間。這有助于評(píng)估設(shè)備的壽命和性能，以及預(yù)測未來維護(hù)和更換設(shè)備的時(shí)機(jī)。同時(shí)可以記錄取水口計(jì)量設(shè)備的狀態(tài)信息，如電源供應(yīng)、壓力、流量等，可以追蹤設(shè)備的運(yùn)行狀況和健康狀況。如果設(shè)備出現(xiàn)故障或異常，管理員可以及時(shí)采取措施進(jìn)行維修或更換，避免設(shè)備故障對取水口運(yùn)營的影響。

4DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)工作原理

DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)的終端機(jī)將來自一次儀表的頻率信號(hào)或電流信號(hào)傳送ARM處理后，將流量值顯示在LCD液晶顯示屏，并生成流量數(shù)據(jù)包，通過5G網(wǎng)絡(luò)（或485網(wǎng)絡(luò)、無線電臺(tái)、內(nèi)嵌、外置GPRS、北斗通信、水利衛(wèi)星等通信模塊）與監(jiān)測中心完成采集數(shù)據(jù)的上報(bào)功能，供上位機(jī)分析處理。終端機(jī)采用800×480點(diǎn)陣觸摸屏，大屏幕背光漢字液晶顯示，可直觀顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、水位、工作狀態(tài)、電壓、電流等多種技術(shù)指標(biāo)。

由于DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)的遙測終端機(jī)（RTU）由于其安裝位置一般在取水口終端近處，安裝環(huán)境相對惡劣，所以對于遙測終端機(jī)的防雷要求相對比較高。這里一般考慮兩種安裝環(huán)境。第一種為計(jì)量設(shè)施安裝在井泵房內(nèi)、樓宇室內(nèi)等雷擊率較低的場所，設(shè)計(jì)一般性防雷系統(tǒng)。具體技術(shù)參數(shù)見表1。

第二種為計(jì)量設(shè)施安裝在野外空曠地區(qū)、山區(qū)等引雷區(qū)域，為增強(qiáng)防雷效果，提高防雷效率，設(shè)計(jì)增強(qiáng)型防雷系統(tǒng)。具體技術(shù)參數(shù)見表2。

5結(jié)束語

DYWCIot-5G物聯(lián)網(wǎng)遙測終端系統(tǒng)在取水口監(jiān)測應(yīng)用可以提高取水口的安全性、效率性和可持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用和管理。

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[3]王銘銘，劉方.水資源取水口數(shù)字化管理技術(shù)探討[J].治淮，2022（3）：59-61.

【作者簡介】

蘭玉明，碩士，遼寧職業(yè)學(xué)院副教授，國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員。趙敉悅，碩士，研究方向?yàn)榱髁績x表的開發(fā)、制造和計(jì)量檢測技術(shù)。

李曉平，遼寧職業(yè)學(xué)院講師，網(wǎng)絡(luò)工程師。

（編輯：于淼）