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標(biāo)題: 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例：智慧水務(wù) [打印本頁]

作者: 簡單愛123 時(shí)間: 2017-10-18 17:24
標(biāo)題: 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例：智慧水務(wù)

智慧水務(wù)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括水環(huán)境治理設(shè)施監(jiān)測、水務(wù)信息資源中心、水務(wù)綜合監(jiān)管平臺(tái)（監(jiān)測監(jiān)控、治水監(jiān)督、應(yīng)急指揮、綜合服務(wù)、決策支撐及集成開發(fā)）、水務(wù)專題應(yīng)用（包括防汛、環(huán)保、排水）等，監(jiān)管體系如圖1所示。

圖1 智慧水務(wù)監(jiān)管體系

2技術(shù)架構(gòu)

圖2展示了基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的水務(wù)分層架構(gòu)模型。按照物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，我們將智慧水務(wù)架構(gòu)抽象為4個(gè)層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層。

圖2 水務(wù)分層架構(gòu)模型

3關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策

任何架構(gòu)和設(shè)計(jì)決策，最終都是解決業(yè)務(wù)問題的重大關(guān)鍵。智慧水務(wù)開發(fā)和實(shí)施過程中面臨著如下的技術(shù)挑戰(zhàn)：

“物”的多樣性和差異性。水務(wù)的監(jiān)測對(duì)象包括：閘門、泵站、排海管網(wǎng)、水質(zhì)檢測站等。監(jiān)測指標(biāo)涉及PH值、COD、流量等。監(jiān)測數(shù)據(jù)來自于不同的工業(yè)傳感器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能終端設(shè)備、電子標(biāo)簽，它們運(yùn)行于不同類型的操作系統(tǒng)或者微控制器上，使用不同的數(shù)據(jù)協(xié)議，如Modbus、DNP3、DL101、OPC等。
“物”所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多樣性。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過不同的方式接入到骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)中，比如RFID、WIFI、藍(lán)牙等。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議的多樣性。在鎮(zhèn)海水務(wù)項(xiàng)目中，我們采用的協(xié)議有MQTT、HTTP（REST）、WebSocket。
數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的實(shí)時(shí)性。在應(yīng)急響應(yīng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，對(duì)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性有較高的要求。
海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)、分析。

除此之外，各單位都存在一些已建或在建的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，難以互連互通。

圖3 智慧水務(wù)SCADA系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)

那么，我們是如何解決和應(yīng)對(duì)這諸多挑戰(zhàn)的呢？接下來將重點(diǎn)介紹4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。它們是：

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)——解決眾多傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和處理問題；
海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)——解決物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題；
實(shí)時(shí)通信——解決數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性問題，從“感知層”到“展示層”的上行通信，以及從“展示層”到“感知層”的下行通信；
數(shù)據(jù)交換與共享——解決不同單位和系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換與共享的問題。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

智慧水務(wù)項(xiàng)目的各類監(jiān)測設(shè)備主要是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器，如水質(zhì)PH值、COD等的檢測、流量計(jì)、水位計(jì)等。Modbus協(xié)議是水務(wù)水利工業(yè)傳感協(xié)議的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，此外，OPC協(xié)議應(yīng)用也較為廣泛。雖然是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但由于各單位已經(jīng)存在一些原有的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備來自不同的廠家，系統(tǒng)也不是一個(gè)開發(fā)商提供的，所以對(duì)Modbus協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式不完全一致，增加了系統(tǒng)開發(fā)和集成的難度和工作量。

針對(duì)此類共性需求，項(xiàng)目中我們自主研發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通俗的講就是一個(gè)通用的數(shù)據(jù)采集和通信網(wǎng)關(guān)。它內(nèi)置了對(duì)主流數(shù)據(jù)協(xié)議的支持，并且提供自定義插件來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，即對(duì)于非內(nèi)置支持的協(xié)議，可支持協(xié)議的二次定制開發(fā)。開發(fā)人員只需要繼承DataSource基類，實(shí)現(xiàn)特定的override方法，即可迅速完成一個(gè)新“數(shù)據(jù)源”程序的開發(fā)。然后將動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）通過管理工具發(fā)布到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，即可實(shí)現(xiàn)與特定類型設(shè)備和傳感器的通信，如圖4。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)工作原理示意圖

海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

智慧水務(wù)項(xiàng)目一期接入了諸多的監(jiān)測廠、站、節(jié)點(diǎn)等，不同類型監(jiān)測指標(biāo)的采集頻率也不完全相同。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有節(jié)點(diǎn)一天上報(bào)的監(jiān)測數(shù)據(jù)約為4.32億條，1年下來就是1500億條記錄，約7.2TB。

基于以上的容量規(guī)劃，經(jīng)過技術(shù)調(diào)研和可行性驗(yàn)證，我們最終選擇采用MongoDB數(shù)據(jù)庫作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的持久化存儲(chǔ)。

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