水资源感知系统建设方案

水资源感知系统建设方案

建设背景

水是一种基础性的自然资源和战略性的经济资源，由于水资源短缺，已成为经济社会发展的主要制约因素。目前在我国许多地区和城市，水资源短缺的问题不仅没有得到根本性的解决，而且还有日益加重的趋势。为了更有效地解决或缓解所面临的水资源短缺问题，有力地支持社会经济的可持续发展，需要利用先进的技术和手段加强水资源的优化配置与管理，迫切要求建立水资源实时监控和管理决策系统，以确保水资源的合理开发和高效利用，是传统水资源问题研究的核心和关键。特别是随着地理信息系统、计算机技术及网络技术、自动监测和通讯技术的迅速发展，为区域水资源实时监控、优化配置和管理提供了必要的技术支撑。因此，水资源适时监控和管理决策系统的研究与建立既符合可持续水利发展的迫切要求，也满足水利信息化管理的现实需求，同时更顺应了我国节水型社会建设的具体实践。

建设目标

系统主要围绕城市水资源管理中的核心问题，即城市水资源的优化配置、合理开发与高效利用，提高雨雪量、水质、水源、地下水监控等涉水要素的测报能力，实现水安全智能指挥、水资源智能调度和水环境智能监控。

水资源感知系统是从客观需求出发，分析了基于GIS平台水资源实时监控与管理系统的构成与功能，研究并提出了通讯、传输、网络以及数据库等基础设施建设方案，并对水资源实时监控与管理信息系统进行了总体设计，包括对各个子系统包括水资源监测系统、城市水务服务与公众服务系统、水资源管理决策系统进行了详细设计和实现。

水资源感知系统将有效的提高水务局对雨雪量、水质、水源、地下水监控等涉水要素的测报能力，实现了水安全智能指挥，水资源智能调度和水环境智能监控。

总体架构

水资源感知系统是利用先进的物联网技术、GIS技术、Web技术、数据库技术和Visual Graph图形引擎技术研制的智慧水资源环境监测系统平台，由通信服务器、数据服务器、Web服务器、GIS服务器、管理员站、操作员站等组成，以云计算为平台，将大量用网络连接的计算机资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务，主要功能在服务器上完成，用云终端代替操作员站与管理员站的计算机，简化操作员站与管理员站的硬件设备，提高系统的安全性和可靠性，便于系统功能与规模的扩充。

水资源感知系统总体架构

根据水资源环境建模对数据的需求部署无线传感器网络及节点，收集监测数据，以PC机和工作站为基础，通过组建网络来构成实用的水资源监控系统平台，对监测数据进行存储、处理和挖掘、验证模型，对数据挖掘的结果进行水资源的预测分析。

系统具有开放性、互操作性、分散性、网络化和智慧化的特点。网络的节点上不仅有计算机、工作站，还有智能测控仪器仪表。系统主要包括：客户端系统监控台、web层、业务逻辑层、组态信息系统层、专家诊断层、图形处理层、有线/无线通信层等。系统平台共享信息资源，经过数据汇总、数据处理、数据分析等形成各种报表及曲线，通过预测分析水资源的变化趋势，进一步优化水资源调度，提高用水效率、节约能耗，为水资源管理部门提供支持。

系统组成

水资源环境监测网络

由远程控测中心、传感节点、汇聚节点和通信网络组成。分布在待监测水域的数量众多的数据传感节点动态的组成监测网络，每个节点采集的水参数（如PH值、溶氧量、电导率和温度等）可根据实际情况灵活配置，对采集数据进行存储或打包路由至汇聚节点，汇聚节点再将来自监测节点的数据通过通信网络传输至远程监测中心。

水资源环境监测网络结构

监控中心

监控数据服务器主要负责系统所有数据的采集和处理；数据库服务器和磁盘阵列负责数据的存储和共享；Web服务器负责系统的Web发布和浏览功能；应用服务器负责系统的其他应用服务（系统的数据分析、OA服务等）；GIS服务器负责地理信息系统的管理及浏览功能。

水资源采集主要通过水质传感器和智能测点来完成。各地区监测站会采集流量，水样等进行参数分析，并通过网络传送到监控数据服务器，从而实现网络数据共享。

系统采用了空间Web五福技术实现了地理信息系统向地理信息服务的发展，解决了制约地理控件数据共享利用的问题。所谓控件Web服务，即在控件信息

服务中引入Web服务技术，空间Web服务保证了控件信息操作的平台无关性，又与其他应用系统资源融合，最大程度的利用现有资源。其核心内容是通过Web 服务与GIS功能相结合，以服务的方式在网上发布，实现异构地理控件信息的

共享与互操作。空间Web服务提供资源目录、空间数据和功能一系列服务接口，各类业务应用系统通过服务接口与其专业应用系统集成，实现基于控件数据的查询、定位、分析等信息发布及辅助决策功能。

传感节点

传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的3大支柱。从仿生学观点来看，如果吧通信信息看成传感信息的“神经系统”，把计算机看成处理和识别信息的“大脑”的话，那么传感器就是“感觉器官”，3者的有机结合，就可以实现类似于人的各种智能特性。作为水资源感知系统的主要组成部分的网络节点首先应该是一个传感器，目前无线传感器大部分应用在简单的信息获取上，只能获取水量、水位及少量水质指标，然而这些信息无法刻画丰富多彩的水世界。为了既能获取标量信息，又能获取视频、音频和图像等矢量信息的无线多媒体传感器网络将会应运而生。作为一种全新的信息获取和处理技术，无线多媒体传感器网络更多的关注于各种各样信息的采集和处理，利用压缩、识别、融合和重建等多种方法来处理收集到的各种信息，以满足多样化的应用的需求。

传感节点负责实现对水资源参数的采集、处理和传输。其功能包括：

1）采集相关水资源监测数据（如水温、PH值等）

2）存储相关数据

3）接收和执行上层命令（如采集、传输命令）

4）组建无线传感网络。监测节点在硬件上包含处理器模块、射频模块、电源模块和传感器模块，为了适应监测环境，电源可采用太阳能

通讯网络

兼容多种通信模式，如无线专网、GPRS/CDMA/3G/、光纤网及卫星网等，通过物联网通信技术，实现各种应用网络的互联互通，真正组成一个可连接各种感知终端的有机通信网络平台。