基于物联网及遥感技术的“四水”转化精密在线检测系统.pdf
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1、SOFTWARE2023软 件第 44 卷 第 7 期2023 年Vol.44,No.7基金项目:2020 年度徐州市科技计划项目重点研发计划(产业前瞻与共性关键技术)(KC20009);2021 年度徐州市政策引导类计划(产学研合作)高校院所服务地方发展项目(A 类)(KC21335);2021 年度徐州市重点研发计划(产业重点技术研发)项目(KC21108);江苏省电子信息职业教育研究重点课题(JSDX2021-I09);2022 年度省建设系统科技项目(2022ZD10003);江苏建筑节能与建造技术协同创新中心 2021 年专项基金项目(SJXTZD2103)作者简介:张超(1978)
2、,男,江苏徐州人,本科,高级工程师,研究方向:水文、水利、水电自动化测控、信息化等。基于物联网及遥感技术的“四水”转化精密在线检测系统张超1,3 朱元彩2,3(1.徐州市伟思水务科技有限公司,江苏徐州 221006;2.江苏建筑职业技术学院信电工程学院,江苏徐州 221116;3.徐州市水资源高效利用与生态安全应用技术工程研究中心,江苏徐州 221116)摘要:建立一种能够实时在线监测“四水”转化全过程各环节的系统,对于科学掌握水资源转化规律、正确评价和充分合理开发利用水资源具有重要意义。本文提出了一种基于物联网及遥感技术的“四水”转化在线检测系统,通过传感器、数据处理模块、通信模块等构成,并
3、结合遥感技术,实现了水循环即时在线检测和数据分析,可以为水资源规划与管理、农业节水灌溉、自然灾害综合治理、农业高产稳产、工农业布局调整等提供科学依据。关键词:物联网;遥感技术;四水;在线检测中图分类号:TP27 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2023.07.005本文著录格式:张超,朱元彩.基于物联网及遥感技术的“四水”转化精密在线检测系统J.软件,2023,44(07):021-025A Precision Online Detection System for Four Water Conversion Based on Internet of
4、Things and Remote Sensing TechnologyZHANG Chao1,3,ZHU Yuancai2,3(1.Xuzhou Weisi Water Technology Co.,Ltd.,Xuzhou Jiangsu 221006;2.Jiangsu Vocational and Technical College of Architecture,School of Information and Electrical Engineering,Xuzhou Jiangsu 221116;3.Xuzhou City Water Resources Efficient Ut
5、ilization and Ecological Security Application Technology Engineering Research Center,Xuzhou Jiangsu 221116)【Abstract】:Establishing a system that can monitor the entire process of four water conversion in real-time and online is of great significance for scientifically grasping the laws of water reso
6、urce conversion,correctly evaluating,and fully and reasonably developing and utilizing water resources.This article proposes an online detection system for the four water transformation based on the Internet of Things and remote sensing technology.It is composed of sensors,data processing modules,co
7、mmunication modules,and combined with remote sensing technology to achieve real-time online detection and data analysis of water circulation.It can provide scientific basis for water resource planning and management,agricultural water-saving irrigation,comprehensive management of natural disasters,h
8、igh and stable agricultural production,and adjustment of industrial and agricultural layout.【Key words】:Internet of Things;remote sensing technique;four water;online detection基金项目论文0 引言水资源是人类生存和发展的基础,包括大气水、逐年可更新的地表水、土壤水和更新周期很长的深层地下水,统称“四水”。“四水”之间存在相互补排转化关系,其转化关系概念性模型示意图如图 1 所示。目前,国内尚无成熟的监测系统对“四水”转化全
9、过程各环节实行在线实时精确监测,因此,建立一套能够实时在线监测“四水”转化全过程各环节的系统,对于科学掌握水资源转化规律,22软 件第 44 卷 第 7 期SOFTWARE正确评价和充分合理开发利用水资源具有重要意义。1 技术方案1.1 系统框架系统整体框架如图 2 所示。本系统采用分布式网络结构,由多个传感器节点、数据处理模块、通信模块、服务器等组成1。系统软件构架的原理如图 3 所示。系统软件采用模块化设计,利用智能算法、依托于云端服务、大数据技术,辅以独特的滤波处理技术,结合网络技术、数据库技术、中间件技术等,形成一个巨大的智能网络系统,对系统所属前端设备进行即时在线监测,数据信息进行分
10、析,使数据实时、高速、双向传输及跨行流动,提高系统的可靠性和智慧化水平,实现全面互联、综合集成、智慧应用2。前端UI展示层业务层数据层数据库运行环境HtmlCSSjQuery图片日志记录模板引擎渲染内容管理用户管理系统设置统计报表系统日志权限控制储存过程数据缓存自定义函数事务读写数据库阿里云主机独立服务器第三方虚拟主机Ajax交互POST请求Get请求My SQLOracleMS SQL图 3 软件构架原理图Fig.3 Software architecture schematic diagram1.2 技术实现(1)传感器节点:包括水位、水温和土壤温湿度等传感器。这些传感器通过蓝牙或者 Wi
11、-Fi 等无线技术与数据处理模块进行通信,实现实时数据采集和传输。(2)数据处理模块:主要负责传感器数据的处理和分析,对数据进行滤波、归一化、聚类等操作,提取出有用的信息,并将处理后的数据传输给服务器端。(3)通信模块:负责传输数据和远程控制,通过 GPRS/5G 等网络技术将数据传输到服务器端进行存储和管理。同时具备接收来自服务器端的指令,实现对传感器节点的远程控制和管理。(4)服务器端:负责数据的存储、分析和处理,对监测数据进行统计、分析、绘图等操作,提供在线数据查询、报表生成、预警提示等功能,还可以通过机器学习算法对数据进行分析和预测,帮助用户做出决策3。1.3 技术优势(1)实时在线监
12、测:传感器节点实时采集监测数据,并通过通信模块传输到服务器端进行实时在线监测,进而使水循环系统能够进行即时在线检测和数据分析,从而提高水资源管理的效率和准确性。(2)高精度监测:传感器节点具有高精度的监测能力,完成对水位、水温、土壤湿度等参数的高精度监测,进而提高数据的准确性和可信度,更好地指导水资源的管理和利用。(3)多维数据分析:数据处理模块对监测数据进行滤波、归一化、聚类等操作,提取出有用的信息,实现对多维数据的分析。(4)远程控制和管理:通信模块实现对传感器节点的远程控制和管理,用户通过互联网图 2 整体框架结构图Fig.2 Overall framework structure di
13、agram图 1“四水”转化循环示意图Fig.1 Schematic diagram of the Four Water conversion cycle地下径流库塘湿地蒸发河流湿地湖泊湿地地表径流泥炭湿地降雨电脑Web界面用户通过不同终端查看和控制B/S显示服务提取数据显示和统计SQLServer数据服务C/S数据接收交互将数据处理并入库用户通过B/S发送交互命令C/S服务响应并返回执行结果监听不同通道传输数据和控制设备西门子控制协议TCP协议短信北斗485串口RTU通过3种通道模式发送和接收数据RTU控制器各种传感器设备RTU采集传感器数据和传感器发送数据通过光纤数据直连交互数据通过西门子
14、控制协议直连交互数据23张超 朱元彩:基于物联网及遥感技术的“四水”转化精密在线检测系统远程查询和控制传感器节点,从而提高了管理效率和便捷性。使用户更加方便地进行水资源管理和利用,同时提高了管理的及时性和精准性。(5)智能预警和决策支持:服务器端通过机器学习算法对数据进行分析和预测,提供智能预警和决策支持,帮助用户做出科学决策。使得管理者更加全面和准确地了解当前的水资源状况和未来的变化趋势,从而更好地做出科学的管理决策。2 数据采集系统采用多种数字化、智能化传感器收集环境数据。并支持实时检索、查询这些数据。如表 1 所示是气象梯度数据(举例),气象梯度数据是指在不同海拔高度上获取的气象数据,通
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