10万个传感器正密切监视中国庞大的引水工程

10万个传感器正密切监视中国庞大的引水工程

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作为一项杰出的技术成就，中国庞大的南水北调工程堪称人类史上的一次壮举。3条处于不同完工阶段的人工运河，正将水源源不断地从南部多雨地区输送至干旱的北方，为2亿人口提供丰富的水资源。

庞大的物联网悄然监控着已完工的中间路线，这着实令人叹服。超过10万个独立传感器分散在长达1400公里的水路上——这条水路将丹江口水库至北京和天津的广阔区域连为一体。在过去一年里，这些传感器不停扫描以寻找结构性损坏，跟踪水质和流量，并密切留意入侵者。

“到目前为止，物联网监控系统已发现并跟踪了十几名入侵者，并在第一时间向当地警方提供了所有证据。”物联网技术负责人兼中国科学院上海微系统与信息技术研究所教授杨旸表示。系统甚至还挽救了几名溺水者的生命。他的团队将吸取从该网络中获得的经验，并将其应用到其他大型基础设施项目上，例如东线和西线工程。

杨旸及其团队——包括上海微系统与信息技术研究所副教授张武雄，用了两周时间沿河而行，评估了相关需求，于2012年正式开始规划中央运河的物联网。

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他们看到了许多挑战，包括：水路横贯地区为地震多发区；必须对水流加以控制，以杜绝浪费；必须定期检查水质，以预防污染物或毒素；在一些地方，当地村民为了抓鱼或游泳，还会攀爬运河围栏，造成一定安全隐患。

杨旸和他的团队将这些挑战分为3类——基础设施、水、安全性，并决定在运河沿岸及120个隧道内安装130多种联网传感器。

技术人员使用嵌入式传感器来测量地下、混凝土堤坝、桥梁，以及50座控制水流量的大坝的应力、张力、振动、位移和渗水。他们还将用于测量水质和流速的探头连接到桥梁的钢支撑柱上，并在整条运河沿岸以500米的间隔安装摄像头。传感器部署就绪后，如何将数据传回控制室就成了令团队工作人员备感头疼的问题。运河的某些流域已接入光纤互联网，但另一些无网络覆盖，且位于无蜂窝网络服务或服务质量低下的偏远地区。为了解决这一问题，杨旸和他的团队开发了智能网关，它是一种定制无线设备，可不间断地从本地传感器接收数据，并使用任一可行方式——光纤、以太网、2G、3G、4G、Wi-Fi或无线个域网——定期将数据传输至云服务器。

“智能网关可获悉云连接的可用性。成功传输后，它在下一次仍会连接至该网络，如连接失败，它还会尝试连接其他网络。” 张武雄说。智能网关可将数据传输到最近的服务器——该服务器可能是47个区域分支服务器中的任何一个。正常情况下，它会根据分支位置有关机构的建议，每5分钟、每30分钟或每天传输1次。（如果发生地震或化学品溢漏等事故，设备还会持续向云端发送数据。）

这些数据将被存储或转发到丹江口水库至北京之间各省市的5个管理服务器中的任一个，直到它们抵达北京主服务器中心。另外，杨旸及其团队还设计了一个平台和接口，可让服务器工作站的工作人员通过网站及时响应任何警报。该平台还能帮助北京的中央管理团队了解远程站点的情况并实时做出决策。张武雄说，由于这一网络独立于互联网，因此数据遭受黑客袭击的可能性较低。

“在我看来，这是物联网应用于关键基础设施的典范。”IEEE物联网活动委员会主席兼互联网安全和IT咨询公司OpenTechWorks的董事会主席亚当•德罗伯特（Adam Drobot） 表示，“一项工程自修建伊始就需要好好养护，而不能出了问题后再着手解决。”

杨旸说，监测南水北调工程过程中的一项艰巨挑战是从黄河河床下的一条绵延4公里的庞大隧道内获取传感器数据，因为无线信号在这样的深度非常微弱。他希望能开发一款水上机器人，作为移动中继器将数据传输到地表。