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十万多个传感器用于南水北调中线工程物联网智能监测中
如今，传感器正变得越来越丰富，技术手段也越来越多样，智能化环境的发展空间也会越来越大。目前，我国大规模南水北调工程项目的中线工程，一直由庞大的物联网网络默默监控。1400公里的水道上便散布着十万多个传感器，连接着丹江口水库与京津两地。在2017年，这些传感器扫描中线运河的结构损坏、跟踪水质和流速，同时还监视运河的人类或动物等“入侵者”们。
南水北调中线工程建设，资料图
运河上安装的联网传感器包括：摄像机（左）、入侵检测传感器（右上）和水位传感器（右下）。测量水质和流速的探头被安装在桥梁底架的钢支撑柱上。运河沿线每隔 500 米安装有一个摄影机。资料图
智能网关将单个传感器收集到的数据传输给 47 个区域分支服务器之一，例如位于河北省沂水北部的这个控制室。资料图
南水北调中线工程建设，资料图
系统物联网网络技术总监杨旸介绍称，该系统每天可惠及五千多万人，这还没算上运河沿岸的居民。杨旸介绍称，他们在该物联网工程中积累的成功经验可被用于其它大规模基础设施项目中，如南水北调东西线工程，也可用于摩天大楼玻璃外墙监控等相对较小的工程中。
据悉，这一物联网工程规划始于2012年。杨旸及其团队，包括国科学院物理系副教授张武雄博士，花了两个星期的时间勘察了运河全段，对需求做出评估。
他们发现，运河流经区域属地震多发区，自然灾害易损害基础设施建设，需人为控制水流以避免浪费水资源。还需要定期检查水质，以确保污染物或毒素不会进入城市饮用水供应系统。在一些地区，当地村民会爬上篱笆钓鱼或在水中游泳，这些行为造成了安全隐患。
杨旸及其团队将面临的挑战分为三大类：基础设施、水质和安全。经过一番讨论后，他们决定在运河沿线安装130多种不同类型的联网传感器。基础设施传感器被嵌入在运河附近的土地中、混凝土护坡和桥梁中，以及用来控制水流的50座水坝中，用来测量应力、应变、振动、位移、土压力和渗水等参数。
运河上安装的联网传感器包括：摄像机（左）、入侵检测传感器（右上）和水位传感器（右下）。测量水质和流速的探头被安装在桥梁底架的钢支撑柱上。运河沿线每隔 500 米安装有一个摄影机。资料图
这些传感器带来了一个问题：收集到数据之后，如何将它们发送出去？虽然运河的一些路段可用光纤互联网来连通，但不是所有区域都如此，且一些地方位置偏远，那里的蜂窝网络服务时好时坏，或根本就不存在。为解决这一问题，杨旸和他的团队开发了所谓的智能网关（SmartGateway），从本地传感器连续接收数据，然后使用当前可得的任何信号将其传输到云服务器。这种云服务器可能是光纤、以太网、2G、3G、4G、Wi-Fi或ZigBee。
张武雄说，智能网关可以学习与云服务器的连接的可用性。在成功传输一次之后，它在下一次就会跟踪该网络，不成功再尝试使用另一个网络。据了解，智能网关将单个传感器收集到的数据传输给47个区域分支服务器之一，例如位于河北省沂水北部的这个控制室。
智能网关将单个传感器收集到的数据传输给 47 个区域分支服务器之一，例如位于河北省沂水北部的这个控制室。资料图
智能网关会定期向最近的服务器发送数据，它可能是运河沿线的47个区域分支服务器中的任何一个。在正常情况下，传输时间间隔为5分钟、32分钟或每天一次，这取决于该地区的位置和水资源情况。如果发生地震或化学泄漏等特殊事件，数据将被即时连续地发送到云端。数据将在云端被存储起来，或被转发到五个管理服务器（位于丹江口水库和北京之间的几个省级城市）中的任意一个，最终到达北京的主服务器中心。
杨旸及其团队设计了一个网页平台和用户界面，允许服务器站的工作人员通过网站读取数据，并对任何类型的警报作出响应，也使北京的中央管理团队能够随时了解远程站点的最新情况，并及时做出正确的决策。此外，由于该网络与万维网相隔离，因此受外部黑客攻击的风险更小。
杨旸说，南水北调工程所面临的最大挑战，是在黄河下方建造一条长约4公里、直径约7米的巨大隧道。他希望最终可以利用水下机器人来更有效和高效地对其进行监测。
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