物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

孫俊青 李懷強 王義軒 王永昭

摘 要：本文首先分析和討論了當(dāng)前中國水土保持監(jiān)測信息化發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，然后闡述物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，最后重點討論了物聯(lián)網(wǎng)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用，以期推動水土保持監(jiān)測工作實現(xiàn)科學(xué)化、信息化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水土保持監(jiān)測;信息化;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：S126;S157 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0150-03

Abstract： Firstly， this paper analysed and discussed the current development status and problems of soil and water conservation monitoring informationization in China， then expounded the development of Internet of Things， and finally focused on the application of Internet of Things in soil and water conservation monitoring in order to promote the scientific and informationized development of soil and water conservation monitoring.

Keywords： soil and water conservation monitoring;informationization;Internet of Things

當(dāng)前，全球正處于信息化快速發(fā)展的時代，信息技術(shù)成為影響國家綜合實力和國際競爭力的關(guān)鍵因素，信息化水平和程度高低也已經(jīng)成為衡量一個國家和地區(qū)現(xiàn)代化水平高低的重要標(biāo)志[1]。黨的十八大以來，信息化已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的高度，各個領(lǐng)域都開始重視并大力發(fā)展信息化[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水土保持信息化中的應(yīng)用，可以建立起智慧型水土流失預(yù)防監(jiān)督體系，推進中國水土保持現(xiàn)代化邁向新的臺階，也起著提供水土流失實時數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)所需數(shù)據(jù)以及減少工程建設(shè)中水土流失的作用[3]，從而為政策制定、行政管理及公眾了解提供參考和依據(jù)，是水土保持信息化的根本性工作。

中國信息化發(fā)展正在向以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云儲存和云計算等技術(shù)為代表的第三階段邁進[4]。其中，被稱為“物物之間的網(wǎng)絡(luò)”的物聯(lián)網(wǎng)，能實現(xiàn)物物之間的相互聯(lián)接和智能通信，是智能識別、云計算和普適計算的相互融合[5]。

1 水土保持監(jiān)測信息化發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

黨的十八大將生態(tài)文明建設(shè)上升到國家發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的高度，水利系統(tǒng)以“信息化帶動現(xiàn)代化”為戰(zhàn)略指導(dǎo)，并將水土保持信息化工作列為重點工作之一。目前，已初步建成了層級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺[6]，分別建立了黃河流域、海河流域、長江流域以及淮河流域等信息化管理體系;同時，各省也部署和設(shè)立了完善的水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)[7-10]。截至目前，中國水土保持監(jiān)測信息化工作已經(jīng)取得了一定的成效，建成了包含水土流失數(shù)據(jù)、項目管理、重要法規(guī)和文件以及行業(yè)監(jiān)測機構(gòu)和從業(yè)人員等的數(shù)據(jù)庫;完善了水土保持監(jiān)測信息的歸類及相應(yīng)業(yè)務(wù)信息綜合應(yīng)用的拓展方面的服務(wù)[6]。

1.2 存在的問題

首先，缺少穩(wěn)定的水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取，水土監(jiān)測信息化基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善。就水土流失的普查來說，目前國際上通用的周期一般都是5年一次[11]，而我國由于經(jīng)費等各方面原因，缺少定期的普查工作。同時，在新的信息化背景要求下，水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏及時性、高效性、完整性已經(jīng)成為制約中國水土保持監(jiān)測工作信息化的因素。其次，中國水土監(jiān)測信息化程度不高，相比于其他行業(yè)，水土保持監(jiān)測信息化相對滯后，早期建設(shè)的監(jiān)測中心和監(jiān)測站，由于時間較長，部分設(shè)施設(shè)備缺乏更新，存在老化的問題;同時，流域區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)也存在一定的差異，給整體信息化發(fā)展帶來了一定程度的影響[6]。最后，信息化技術(shù)落后于主流信息化的發(fā)展，缺少和現(xiàn)代新興技術(shù)的結(jié)合。進入21世紀(jì)以來，隨著平板電腦、智能手機等智能終端的不斷普及，人類社會開始了以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺的智能化社會新紀(jì)元，而水土保持監(jiān)測技術(shù)主要還是以“3S”技術(shù)為主要手段，遙感技術(shù)（RS）存在水土監(jiān)測空間上的不連續(xù)性，同時其影像效果易受氣候等因素的影響;而GIS忽略了地物的時間特性;GPS技術(shù)一般針對小流域，不具有系統(tǒng)性、整體性分析的優(yōu)勢[12]。

總體來說，中國水土保持監(jiān)測信息化與主流科技發(fā)展和信息化水平存在一定程度的脫節(jié)，且應(yīng)用基礎(chǔ)薄弱。如何適應(yīng)新的信息技術(shù)發(fā)展要求，充分利用當(dāng)前的創(chuàng)新型技術(shù)，已成為其面臨的重要問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況介紹

2.1 基本概念

在諸多技術(shù)中，能實現(xiàn)“智能識別、大數(shù)據(jù)收集、智能計算”，聯(lián)接設(shè)備和終端相融合的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，以其成熟的核心技術(shù)和巨大的發(fā)展空間，正受到越來越多的關(guān)注。將其應(yīng)用于水土保持監(jiān)測，對提高水土保持監(jiān)測信息化程度，對更加有效地開展水土保持監(jiān)測工作具有重要意義[13]。

1999年，美國麻省理工學(xué)院提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物”之間的聯(lián)網(wǎng)，是一種智能的網(wǎng)絡(luò)，其是把物品通過相應(yīng)的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來的一種信息技術(shù)[14，15]。物聯(lián)網(wǎng)利用紅外感應(yīng)器、GPS、射頻識別（RFID）以及激光掃描器等信息傳感設(shè)備和技術(shù)，能按預(yù)先約定好的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，實現(xiàn)信息交換和通信，以達到對物體的智能化識別、定位、監(jiān)控、分析和管理[16，17]。

2.2 國內(nèi)外研究

近年來，在美國，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被認為是下一代的革命性技術(shù)，被稱為下一個萬億級的通信業(yè)務(wù)，具有巨大的市場潛力[18]。為了更好地研究和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2009年，歐盟物聯(lián)網(wǎng)研究機構(gòu)發(fā)布了物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的相關(guān)研究報告，肯定了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式和重要意義。巨大的發(fā)展空間和廣闊的市場前景，使得物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被許多發(fā)達國家和地區(qū)視為新的經(jīng)濟增長點。已有專家預(yù)言，物聯(lián)網(wǎng)是在計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)浪潮之后的又一個新的信息產(chǎn)業(yè)高峰[19]。

物聯(lián)網(wǎng)能借助ZigBee等免費的無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并且能在有線網(wǎng)絡(luò)和手機通信網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋的復(fù)雜地形中實施信息共享[20-22]。

3 物聯(lián)網(wǎng)在水土保持監(jiān)測信息化中應(yīng)用的必要性

3.1 有利于加強對水土保持監(jiān)測的管理

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水土保持監(jiān)測，能夠改善水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)收集、分析、共享和政策制定等各個方面，勢必對水土保持監(jiān)測信息化產(chǎn)生巨大和深遠的影響。在此基礎(chǔ)上，水土保持管理者能以更加精細、動態(tài)和靈活的方式實現(xiàn)對水土保持監(jiān)測的管理，達到“智慧”狀態(tài)，從而不斷提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，以更好地服務(wù)于生態(tài)文明建設(shè)的需求[23]。

3.2 實現(xiàn)大數(shù)據(jù)收集

信息化和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能為水土保持監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施配套數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的現(xiàn)代化裝備，為生態(tài)文明社會建設(shè)提供涉及水土變化的大數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能實現(xiàn)水土保持信息的實時動態(tài)監(jiān)測。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的發(fā)展具有信息的冗雜性、多樣性、精細性等多種優(yōu)點，同時也具有手段和方式的靈活多樣性等特點[24]，能充分滿足水土保持監(jiān)測信息化的要求。

3.3 有利于水土保持監(jiān)測工作更好地開展

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用能提供水土流失的實時數(shù)據(jù)，能為生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)提供數(shù)據(jù)支持和參考，能減少工程建設(shè)中的水土流失，能有效監(jiān)測工程建設(shè)中的不合理行為，從而為決策制定者和管理者提供參考，為水土保持科研人員與水土保持管理部門提供數(shù)據(jù)參考，進而保證科研工作順利開展，使水土保持管理部門的政策符合社會建設(shè)需求[25]。

利用物聯(lián)網(wǎng)能實現(xiàn)水土保持監(jiān)測的可視化操作，通過相關(guān)硬件和軟件的開發(fā)和應(yīng)用[26]，可以實現(xiàn)智能操作，使相關(guān)人員隨時掌握水土流失狀況，大大提高水土監(jiān)測過程中的信息化程度。

3.4 新時代信息化背景的要求

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展充分利用了當(dāng)前創(chuàng)新的各種信息技術(shù)，包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、微電子技術(shù)、微傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、移動通信技術(shù)、云儲存和云計算及大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)等多種高新技術(shù)。其能對多種技術(shù)進行融合使用，以實現(xiàn)和滿足人類對各種信息資源廣泛收集、開發(fā)和利用的需求，同時以知識和信息含量更高級的處理方式來提高經(jīng)濟社會的發(fā)展質(zhì)量，進而推動信息社會、智慧社會的形成[27，28]。

4 物聯(lián)網(wǎng)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用策略

物聯(lián)網(wǎng)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用仍然是空白，但由于其已在社會生活的其他方面得到了廣泛應(yīng)用[21，22]，因此，為物聯(lián)網(wǎng)在水土保持監(jiān)測中的運用提供了有利參考和依據(jù)?？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，必須強化水土監(jiān)測與信息技術(shù)的深度融合，深化水土監(jiān)測信息資源開發(fā)利用與共享，堅持公共服務(wù)與業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)同發(fā)展，加強立體化監(jiān)測、精細化管理、智能化決策和便捷化服務(wù)能力建設(shè)，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

①針對重點流域、工程項目進行精細化監(jiān)測。重點流域、工程項目水土保持監(jiān)測工作迫切需要信息獲取手段從點監(jiān)測發(fā)展為點面相結(jié)合的監(jiān)測，手動監(jiān)測發(fā)展為手動和自動相結(jié)合的監(jiān)測，靜態(tài)監(jiān)測發(fā)展為靜態(tài)和動態(tài)相結(jié)合的監(jiān)測，地面監(jiān)測發(fā)展為天地一體化監(jiān)測。因此，要將物聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)測相結(jié)合，利用物聯(lián)網(wǎng)具有的覆蓋空間廣、靈活性強及多路傳感器采集等特點，以推動水土保持監(jiān)測工作實現(xiàn)質(zhì)的發(fā)展[13]。

②充分利用先進的儀器設(shè)備和最新的硬軟件。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能帶動一系列新技術(shù)設(shè)備的產(chǎn)生及軟硬件的開發(fā)。

③加強人才培養(yǎng)。人才是科技發(fā)展的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)是糅合了多種技術(shù)的信息技術(shù)，因此，需要培養(yǎng)相關(guān)的專業(yè)人才，提高管理者的科技水平[29，30];同時，要學(xué)習(xí)國外的先進經(jīng)驗，加大與科研院校的合作力度，充分發(fā)揮和利用其人才優(yōu)勢，以為水土保持監(jiān)測的發(fā)展提供保障和指導(dǎo)。

④建立信息共享平臺、重視公眾參與。物聯(lián)網(wǎng)能連接各種終端設(shè)備，這就為公眾的有效參與提供了方式。

參考文獻：

[1]趙院，李智廣，曹文華，等.全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)實踐[J].中國水利，2008（19）：21-23.

[2]羅志東，曹文華，趙院，等.水土保持信息系統(tǒng)運行維護管理探討[J].中國水土保持，2015（3）：37-39.

[3]張平.水土保持監(jiān)測的基礎(chǔ)作用、存在的問題及對策[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2016（2）：41.

[4]王春玲，孟丹，王冬梅，等.我國水土保持信息化建設(shè)的現(xiàn)狀與建議[J].中國水土保持，2016（3）：69-72.

[5]黃玉蘭.物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建與技術(shù)實現(xiàn)策略的探究[J].電信科學(xué)，2012（4）：129-134.

[6]羅志東，李智廣，史明昌.水土保持信息化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)初探[J].水土保持通報，2007（4）：30-33.

[7]黃自強.黃河流域的水土流失及其防治對策[J].中國水利，2000（5）：30-31.

[8]王道坦，陳太文，張螢雪.海河流域水土保持概況及發(fā)展對策[J].海河水利，2013（5）：16-18.

[9]牟艷娟，顧再柯.貴州省水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實踐[J].中國水土保持，2009（6）：18-19.

[10]胡續(xù)禮.淮河流域水土保持監(jiān)測分區(qū)及其站點布局研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[11]李智廣，劉憲春，喻權(quán)剛，等.加強水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)健全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運行機制[J].水利發(fā)展研究，2008（4）：32-36.

[12]薛月園，周俊.3S技術(shù)在水土保持與荒漠化防治中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代園藝，2015（8）：161-162.

[13]李奇林.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J].湖南水利水電，2016（3）：85-88.

[14]Miorandi D，Sicari S，Pellegrini FD et al. Internetof things： Vision，applications and research challenges[J]. Ad Hoc Networks，2012（7）： 1497-1516.

[15]Li Z，Wang N，F(xiàn)ranzen A，et al. Practical deployment of an in-field soil propertywireless sensor network[J]. Computer Standards &Interfaces，2014（2）：278-287.

[16]Domingo MC. An overview of the internet of underwaterthings[J]. Journal of Network and Computer Applications，2012（6）：1879-1890.

[17]Mitton N，Simplot-Ryl D. From the Internet of things to theInternet of the physical world[J]. Comptes Rendus Physique，2011（7）：669-674.

[18]王巖.物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中信息傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2012.

[19] Roman R， Najera P， Lopez J. Securing the Internet of Things[J]. Computer， 2011（9）：51-58.

[20]普海濤.聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于上下文感知的智能交互關(guān)鍵技術(shù)研究[D].濟南：山東科技大學(xué)，2011.

[21]杜娟，劉少壘.基于SWOT分析的吉林省物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策研究[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2012（5）：115-118.

[22]陳秋怡.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響因素及作用機制研究[D].南京：南京財經(jīng)大學(xué)，2013.

[23]劉紅軍.物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)下旅游系統(tǒng)創(chuàng)新研究[D].貴陽：貴州財經(jīng)大學(xué)，2013.

[24]劉琦.物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同信息服務(wù)體系構(gòu)建研究[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2012.

[25]楊卓.文獻水土保持監(jiān)測基本方法淺析[J].南方農(nóng)業(yè)，2016（15）：216-217.

[26]蔡克繩.基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)急物流信息系統(tǒng)的構(gòu)建與評價研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2014.

[27]盧志軍.感知農(nóng)業(yè)“物聯(lián)網(wǎng)”[J].新農(nóng)村，2014（1）：38.

[28]蔣秀蓮，蔣兆楠.物聯(lián)網(wǎng)在高校的應(yīng)用研究[J].電子商務(wù)，2012（10）：47-48.

[29]黨維勤.黃河流域水土保持監(jiān)測進展及問題與對策[J].中國水利，2012（20）：57-59.

[30]何興照，喻權(quán)剛，梁劍輝.黃河流域水土保持監(jiān)測評價能力建設(shè)[J].中國水土保持科學(xué)，2008（3）：28-32.