行业 | 物联网在智慧水务中的应用

随着科学技术的发展，以互联网为代表的计算机网络技术给我们的生活带来了巨大的变化，然而在网络世界中，很难感知现实世界，时代呼唤着新的网络技术，物联网正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术，它综合了传感器、低功耗、通讯及微电子等技术，主要解决物品与物品(ThingtoThing，T2T)，人与物品(HumantoThing，H2T)，人与人(HumantoHuman，H2H)之间的互连，与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，从而使得物品连接更加的简化，而H2H是指人之间不依赖于PC而进行的互连。同时引申出来的还有M2M的概念，可以解释成为人到人(MantoMan)、人到机器(MantoMachine)、机器到机器(MachinetoMachine)之间的互联。

这种通过局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，也就是我们现在所说的物联网。

物联网应用：智能电网智能电网为整合发电、输电、配电及用户的先进电网系统，从技术的根本看来，智能电网由4大技术层层架迭而成。底层为能源的转换、运输、储存和使用，传感器和致动器层为感知环境和控制;通信层类为传输感知和控制信号的系统;决策智慧层则相当于中心，导入大量再生能源并网发电、结合智能型电表进行需求面管理，减少二氧化碳排放、抑制尖峰负载及节约能源。建置智能型电网的关键技术包括：

(1) 跨网络的整合通讯技术

(2) 先进的控制方式

(3) 感测、读表及量测

(4) 先进的电力设备及电网组件

(5) 决策支持及人机接口

能够远程查看家电耗电情况控制家电开关在配电网各处均有传感器，能快速检测故障问题也为我们省去许多时间，也包含超导传输线以减少电能的传输损耗，另外具有整合新能源，如风能、太阳能等的能力，当电能便宜时，消费者可以开启某些家用电器，如洗碗机，工厂可以启动在任何时间段都可以进行的生产过程。在电能需求的高峰期，它可以关闭一些非必要的用电装置来降低需求，对于家庭即公司来说都是个节能减碳的好方法。

新技术革命的到来，使得世界正在从移动互联网向万物互联的新时代过渡，彼时，不光人与人，人与物、物与物之间都能实现互联，由此产生的海量数据将会彻底改变人们的生活，甚至重塑整个商业社会。而这其中，以传感器为核心的传感技术是数据采集的入口，是物联网的神经末梢，是所有系统获取数据信息的唯一方式和手段，也是实现大数据分析的基础与核心。

目前，物联网传感器已经渗透到诸如工业生产、农业种植、商业服务等各个领域，从智慧城市到智能制造，从智慧医疗到智能家居，传感器早已无处不在，并将随着各个领域的逐渐普及，迎来更大的发展。

在工业领域，自动化生产过程中，传感器是必不可缺的基础元器件，制造商要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，保障产品达到最好的质量。而且如果能进一步将传感器技术和物联网平台技术结合，还可能在设备出现故障之前就提前发现问题，这即是所谓的“预测性维护”，由此，制造商可以从被动服务变成主动服务，并由此开拓以服务为中心的新商业模式。

在传统农业中，人们获取农田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，不但不够及时、精确，还会消耗大量的人力。例如，人们从很早就注意到了二氧化碳浓度、温湿度对食用菌等温室作物生长的影响，但基本沿用老办法，让工作人员每天去每个大棚里用检测仪检测二氧化碳浓度，然后开启风机，打开侧窗、天窗。但是现在，通过使用无线传感网络可以有效快速获取精确的作物环境和作物信息，如果能进一步将系统与天窗、风机等产生联动，将大大节省人力，提高效率。此外，在监视农作物灌溉情况、土壤空气变化、畜禽舍环境状况以及大面积的地表检测等方面，传感技术正在发挥着越来越重要的作用。

在智能穿戴领域，传感器可以辨别方向，导航，辅助运动，通过传感器随时随地测量、记录和分析人体的活动情况，用户可以知道跑步步数、游泳圈数、骑车距离、能量消耗和睡眠时间，甚至分析睡眠质量等。在医疗穿戴领域，健康预警、病情监控，借助传感器技术，医生可以提高诊断水平，家人也可以与患者进行更好的沟通。例如由血压传感器构成的可穿戴医疗设备，可以对用户身体数据进行追踪和监测，分析提炼出医学诊断模型，预测和塑造用户的健康发展状况，为用户提供个体化心血管专项贴身医疗及健康管理方案，同时也帮助家人关怀亲人的健康状况。

在智能家居领域，传感器同样发挥着巨大的作用。比如，热红外传感器可以检测到人体的存在，当我们在看电视的时候，离开电视机三分钟后，传感器检测不到人体了，电视机就自动进入休眠状态，再过两分钟要还没有人，就可以自动关机了。同理，传感器也可以在智能空调中起到作用，它能判断人在屋内的位置，并把空调的风向转向相应的对象。家庭安防也离不开传感器，在家里安装一个超声波传感器后，一旦有人进来，整个超声波波形发生改变，接受器就会及时发出警报。

目前，业内对传感器都有着共同的需求，即智能化、小型化、微功耗和低成本。具体来说：

智能化：在感知末端，传感器不再仅仅是一个转换元件，必须与MCU集成，能对采集信息进行加工和处理，按照一定的策略对信息进行采集、加工、判断、传输，同时达到一定的标准，以满足传感器的互换性;

小型化：要求其能藏身设备当中或不被人察觉; 微功耗：部署位置和应用的多样性，要求传感器需要自带电源或者尽可能少消耗电源，所以，微功耗是物联网传感器的必备要求;

低成本：物联网的海量连接超出大众想象，只有低成本的传感器，才可能进行大规模的应用和部署。

以压力传感器和智慧城市场景为例，像城市供排水和消防监测应用，可用的工业压力传感器价格至少在15至25美元上下，对于海量应用来说其成本完全是不可接受的，在成本要求严苛的条件下，当下只能是有限使用或作为试点工程。

各类传感器的的出现, 为我们带来了全新的生活方式。而实现万物互联，都有赖各类传感器功能性融合和创新来实现，因此，要开发出更精确，小型化，低功耗和成本的传感器，才能满足需求。

传感器市场增长迅速，相关企业将率先盈利 正如移动互联网市场博兴推动了半导体产业大发展一样，物联网市场的扩张也极大利好了传感器行业。

最新研究报告显示，全球物联网传感器市场预计将在2018年至2023年间保持33.6%的年复合增长率，整个市场收入规模将从52.8亿美元猛增至224.8亿美元。

业内预测，随着物联网产业发展，未来10年，物联网传感器市场规模将增逾300%。北美地区目前依然是物联网传感器最大市场。不过，凭借在工业生产、城市建设及消费级终端里的物联网推广应用，亚太地区传感器市场被认为将在2018年至2023年间保持最高年复合增长率。

物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。

在水务行业中，可以通过数采仪、无线网络等在线监测设备实时感知城市供水管网的运行状态，并且采用可视化的方式有机整合运营调度部门与供水管网设备，形成统一的智慧水务平台，并可将及时采集到的各种管网运行、水质、外业人员信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果与辅助决策建议，从而支持水务企业的数据管理和应用。

通过物联网的网络传输，可以实现数据的传递和处理数据采集获取的信息。水务企业可以采用各种传感器，如水浊度传感器、水位传感器、水压传感器等来获取设备的各类信息，通过设备控制台或专用控制箱（PLC）来采集数据，并且通过网络传输，可提前对异常状态自动报警，如极限低水位报警和联锁保护，高水位报警等。加装摄像头可以对设备状态进行实时和多角度的监测，尤其是偏远地区和人不容易到现场查看的地方（包括水库、污水井、狭窄空间等）。

通过建立统一的智慧水务监管平台，可以实现对供水设备、水处理设备的智能识别、监控和管理，形成集设备在线能耗诊断、水量水质监测、远程动态监测为一体的设备检测和监测完备体系。随着传感器数量的增多，其数据收集量将更广、更具代表性，对设备的横向数据（不同设备之间的数据）与纵向数据（单一设备的历史数据）进行统计，有助于设备制造单位和设备用户进行研究分析，实现设备的集中检测，推进精细化管理，提升设备的运行效率，实现安全水质、不间断供水的目标。