10萬(wàn)個(gè)傳感器正密切監(jiān)視中國(guó)龐大的引水工程

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作為一項(xiàng)杰出的技術(shù)成就，中國(guó)龐大的南水北調(diào)工程堪稱人類史上的一次壯舉。3條處于不同完工階段的人工運(yùn)河，正將水源源不斷地從南部多雨地區(qū)輸送至干旱的北方，為2億人口提供豐富的水資源。

龐大的物聯(lián)網(wǎng)悄然監(jiān)控著已完工的中間路線，這著實(shí)令人嘆服。超過(guò)10萬(wàn)個(gè)獨(dú)立傳感器分散在長(zhǎng)達(dá)1400公里的水路上——這條水路將丹江口水庫(kù)至北京和天津的廣闊區(qū)域連為一體。在過(guò)去一年里，這些傳感器不停掃描以尋找結(jié)構(gòu)性損壞，跟蹤水質(zhì)和流量，并密切留意入侵者。

“到目前為止，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)已發(fā)現(xiàn)并跟蹤了十幾名入侵者，并在第一時(shí)間向當(dāng)?shù)鼐教峁┝怂凶C據(jù)?！蔽锫?lián)網(wǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人兼中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所教授楊旸表示。系統(tǒng)甚至還挽救了幾名溺水者的生命。他的團(tuán)隊(duì)將吸取從該網(wǎng)絡(luò)中獲得的經(jīng)驗(yàn)，并將其應(yīng)用到其他大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目上，例如東線和西線工程。

楊旸及其團(tuán)隊(duì)——包括上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副教授張武雄，用了兩周時(shí)間沿河而行，評(píng)估了相關(guān)需求，于2012年正式開始規(guī)劃中央運(yùn)河的物聯(lián)網(wǎng)。

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他們看到了許多挑戰(zhàn)，包括：水路橫貫地區(qū)為地震多發(fā)區(qū)；必須對(duì)水流加以控制，以杜絕浪費(fèi)；必須定期檢查水質(zhì)，以預(yù)防污染物或毒素；在一些地方，當(dāng)?shù)卮迕駷榱俗ヴ~或游泳，還會(huì)攀爬運(yùn)河圍欄，造成一定安全隱患。

楊旸和他的團(tuán)隊(duì)將這些挑戰(zhàn)分為3類——基礎(chǔ)設(shè)施、水、安全性，并決定在運(yùn)河沿岸及120個(gè)隧道內(nèi)安裝130多種聯(lián)網(wǎng)傳感器。

技術(shù)人員使用嵌入式傳感器來(lái)測(cè)量地下、混凝土堤壩、橋梁，以及50座控制水流量的大壩的應(yīng)力、張力、振動(dòng)、位移和滲水。他們還將用于測(cè)量水質(zhì)和流速的探頭連接到橋梁的鋼支撐柱上，并在整條運(yùn)河沿岸以500米的間隔安裝攝像頭。傳感器部署就緒后，如何將數(shù)據(jù)傳回控制室就成了令團(tuán)隊(duì)工作人員備感頭疼的問(wèn)題。運(yùn)河的某些流域已接入光纖互聯(lián)網(wǎng)，但另一些無(wú)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，且位于無(wú)蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或服務(wù)質(zhì)量低下的偏遠(yuǎn)地區(qū)。為了解決這一問(wèn)題，楊旸和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了智能網(wǎng)關(guān)，它是一種定制無(wú)線設(shè)備，可不間斷地從本地傳感器接收數(shù)據(jù)，并使用任一可行方式——光纖、以太網(wǎng)、2G、3G、4G、Wi-Fi或無(wú)線個(gè)域網(wǎng)——定期將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器。

“智能網(wǎng)關(guān)可獲悉云連接的可用性。成功傳輸后，它在下一次仍會(huì)連接至該網(wǎng)絡(luò)，如連接失敗，它還會(huì)嘗試連接其他網(wǎng)絡(luò)?！?張武雄說(shuō)。智能網(wǎng)關(guān)可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶罱姆?wù)器——該服務(wù)器可能是47個(gè)區(qū)域分支服務(wù)器中的任何一個(gè)。正常情況下，它會(huì)根據(jù)分支位置有關(guān)機(jī)構(gòu)的建議，每5分鐘、每30分鐘或每天傳輸1次。（如果發(fā)生地震或化學(xué)品溢漏等事故，設(shè)備還會(huì)持續(xù)向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。）

這些數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)到丹江口水庫(kù)至北京之間各省市的5個(gè)管理服務(wù)器中的任一個(gè)，直到它們抵達(dá)北京主服務(wù)器中心。另外，楊旸及其團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一個(gè)平臺(tái)和接口，可讓服務(wù)器工作站的工作人員通過(guò)網(wǎng)站及時(shí)響應(yīng)任何警報(bào)。該平臺(tái)還能幫助北京的中央管理團(tuán)隊(duì)了解遠(yuǎn)程站點(diǎn)的情況并實(shí)時(shí)做出決策。張武雄說(shuō)，由于這一網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于互聯(lián)網(wǎng)，因此數(shù)據(jù)遭受黑客襲擊的可能性較低。

“在我看來(lái)，這是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的典范?！盜EEE物聯(lián)網(wǎng)活動(dòng)委員會(huì)主席兼互聯(lián)網(wǎng)安全和IT咨詢公司OpenTechWorks的董事會(huì)主席亞當(dāng)?德羅伯特（Adam Drobot） 表示，“一項(xiàng)工程自修建伊始就需要好好養(yǎng)護(hù)，而不能出了問(wèn)題后再著手解決?！?/p>

楊旸說(shuō)，監(jiān)測(cè)南水北調(diào)工程過(guò)程中的一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)是從黃河河床下的一條綿延4公里的龐大隧道內(nèi)獲取傳感器數(shù)據(jù)，因?yàn)闊o(wú)線信號(hào)在這樣的深度非常微弱。他希望能開發(fā)一款水上機(jī)器人，作為移動(dòng)中繼器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乇怼?/p>