物联网在水利建设中的应用20.docx

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物联网在水利建设中的应用20

物联网在水利建设中的应用20

本科毕业设计（论文）

题目物联网在水利建设中的应用

学院名称　理学院

　　　　　专业班级　光信08-3　

　　　　　学生姓名　姜鸿昌　

　　　　　导师姓名　曹刚

年月日

物联网在水利建设中的应用

作者姓名姜鸿昌

专业光信息科学与技术

指导教师姓名曹刚

专业技术职务副教授

山东轻工业学院本科毕业设计〔论文〕原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计〔论文〕，是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果。

设计〔论文〕中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计〔论文〕中加以说明，除此之外，本设计〔论文〕不含任何其他个人或集体差不多发表或撰写的成果作品。

对本文研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。

本声明的法律结果由本人承担。

　　　　　　　　　　　　　　　毕业设计〔论文〕作者签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

山东轻工业学院关于毕业设计〔论文〕使用授权的说明

本毕业设计〔论文〕作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计〔论文〕的规定，即：

学校有权保留、送交设计〔论文〕的复印件，承诺设计〔论文〕被查阅和借阅，学校能够公布设计〔论文〕的全部或部分内容，能够采纳影印、扫描等复制手段储存本设计〔论文〕。

指导教师签名：

　　　　　　　　　　　毕业设计〔论文〕作者签名：

　　　　　　　年月日　　　　　　　　　　　　　年月日

摘要

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。

物联网的英文名称叫〝TheInternetofthings〞。

顾名思义，物联网确实是〝物物相连的互联网〞。

物联网的定义是：

通过红外感应器、射频识别〔RFID〕、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监管和操纵的一种网络。

本文将介绍物联网差不多原理，以及其在相关水利系统中的应用。

关键词：

物联网水利系统RFID

ABSTRACT

InternetofThingsisanewgenerationofinformationtechnologyanimportantpart.TheEnglishnameofthingscalled"TheInternetofthings".Asthenamesuggests,thingsare"connectedtotheInternetofThings."Thedefinitioninternetofthings:

Theradiofrequencyidentification（RFID）,infraredsensors,laserscanners,globalpositioningsystemsandotherinformationsensingequipment,asagreedintheagreementandanyobjectsconnectedtotheInternet,theexchangeofinformationandcommunicationtoachievetheobjectoftheintelligentidentify,locate,track,monitorandmanageanetwork.Thispaperwillintroducethebasicprinciplethatinternetofthingsandtherelatedapplicationofwaterconservancysystem.

KeyWords：

TheInternetofthings、waterconservancysystem、RFID

第一章物联网进展背景

1.1物联网的进展背景

1、物联网的实际测试应用最早能够追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机——NetworkedCokeMachine。

2、比尔·盖茨在1995年的«以后之路»中提出物联网这一概念，但由于受限于无线网络、硬件及传感器的进展的限制，当时并未引起专门多关注。

3、在美国1999年召开的移动运算和网络国际会议第一提出物联网（InternetofThings）的具体概念；是由1999年MITAuto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时最早提出来的。

提出了RFID、将物品编码和互联网技术的解决方案。

当时基于RFID技术、互联网、EPC标准，等；在运算机互联网的基础上，利用无线数据通信技术、射频识别技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网〝Internetofthings〞〔简称物联网〕，它是在2003年掀起第一轮中国物联网热潮的基础。

1999年，在美国召开的移动运算和网络国际会议提出了〝传感网是下一世纪人类面临的又一个进展机遇〞物联网的重要性得到了学术界的充分确信。

4、2003年，美国«技术评论»提出：

传感网络技术将是以后改变人们生活的十大技术之首。

　5、2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会〔WSIS〕上，国际电信联盟〔ITU〕公布«ITU互联网报告2005：

物联网»，引用了〝物联网〞的概念。

依照ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时刻任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。

物联网概念的兴起，专门大程度上得益于国际电信联盟2005年以物联网为标题的年度互联网报告。

然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。

　6、2020年后，为了促进科技进展，查找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。

在中国，同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会〝知识社会与创新2.0〞提出移动技术、物联网技术的进展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形状、创新形状的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新〔创新2.0〕形状的形成，创新与进展更加关注用户、注重以人为本。

而创新2.0形状的形成又进一步推动新一代信息技术的健康进展。

　7、2020年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领导举行了一次〝圆桌会议〞，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出〝聪慧地球〞这一概念，建议新政府投资新一代的聪慧型基础设施，随后得到美国各界的高度关注。

有分析认为，IBM公司的这一构想极有可能升至美国的国家战略，并在世界范畴内产生阻碍。

当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。

IBM认为，IT产业下一层次的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，确实是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，同时被普遍连接，形成物联网。

在策略公布会上，IBM还提出，假如在基础建设的执行中，植入〝聪慧〞的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时刻内为中国打造一个成熟的聪慧基础设施平台。

IBM期望〝聪慧的地球〞策略能掀起〝互联网〞浪潮之后的又一次科技产业革命。

IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为运算模式每隔15年发生一次变革。

这一判定像摩尔定律一样准确，人们把它称为〝十五年周期定律〞。

1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人运算机的普及为标志，而1995年前后那么发生了互联网革命。

每一次如此的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。

而互联网革命一定程度上是由美国〝信息高速公路〞战略所催熟。

20世纪90年代，美国克林顿政府打算用20年时刻,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构，制造了庞大的经济和社会效益。

　　而今天，〝聪慧地球〞战略被许多美国人认为与当年的〝信息高速公路〞有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。

该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。

　8、　2020年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，关于物联网应用也提出了一些看法和要求。

自温总理提出〝感知中国〞以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入〝政府工作报告〞，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。

　　物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它差不多是一个〝中国制造〞的概念，它的覆盖范畴与时俱进，差不多超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范畴，物联网已被贴上〝中国式〞标签。

1.2国内外形势背景、技术背景

截至2020年，发改委、工信部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的进展。

国内外形势背景：

每一次大危机都会催生一些新技术，而新技术是使经济专门是工业走出危机的庞大推动力。

2020年，全球金融危机爆发后，各国经济进展速度迅速下降，专门是美国经济遭受了严峻打击。

2020年物联网更是引起了全球的广泛关注。

技术背景:

除国内外形势的进展需求外，技术的逐步成熟，也催生着物联网的快速进展。

随着互联网技术的进一步广泛应用，国际和国内多家研究机构，在物联网技术方面有了一定的技术储备，在物流、零售、工业自动化操纵等方面差不多有了一些成功的应用案例。

在如此的背景下，2020年物联网得到了快速进展，中国业内人士称之为〝感知中国〞的〝进展元年〞。

随着物联网的不断进展，其应用范畴越来越广，今后会涉及到人们生活的各个方面，聪慧星球将不再是妄图。

人们生活的将会更方便，处理情况将会更加快捷。

第二章物联网的原理、架构

2.1物联网的原理

物联网是以运算机互联网为基础，通过射频识别、无限通信技术等；构造一个覆盖世界万物的物联网。

射频识别即RFID〔RadioFrequencyIDentification〕技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

在这物与物的网络中，物品间可进行自主交流，并不需要人工干预。

事实上质是利用射频自动识别〔RFID〕技术,通过运算机互联网实现物品的自动识别和信息互联与共享。

RFID正是能让物品说话的一种技术。

在〝物联网〞的构想中，RFID中储备着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品的识别，进而开发新的技术，实现信息交换和共享。

传感器技术，这也是运算机应用中的关键技术。

大伙儿都明白，到目前为止绝大部分运算机处理的差不多上数字信号。

自从有运算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号运算机才能处理。

RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流治理有着宽敞的应用前景。

〝物联网〞概念的问世，打破了之前的传统思维。

过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：

一方面是机场、公路、建筑物，而令一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。

而在互联网时代，水利操纵，公路操纵，机场操纵，生活用品等世间万物将与芯片宽带相结合，到时候地球将是一个聪慧星球。

2.2物联网技术架构

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。

感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。

感知层用于实现数据采集与感知，要紧用于物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。

物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术实现〝物〞的识别通信协议的研究机构要紧有加利福尼亚大学伯克利分校等。

西安优势为电子有限责任公司研发的〝唐芯一号〞是国内自主研发的首片短距离物联网通信芯片Perpetuum公司对无线节点的自主供电差不多研发出通过采集振动能供电的产品，而Powermat公司也推出了一种无线充电平台。

感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其要紧功能是识别物体，采集信息。

感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离有线和无线通信技术等。

感知层的作用即是辨论物体，给物体贴上标签。

方便网络层处理分类信息。

网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络治理系统和云运算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层猎取的信息，实现数据的传输与运算。

网络层用于实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相互融合。

通过十余年的快速进展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，差不多能够满足物联网数据传输的需要。

网络层解决的是感知层所获得的数据在一定范畴内，通常是长距离的传输问题，这些数据能够通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等网络传输。

专门是当三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的功能，有利于物联网的加速推进。

网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。

网络层也包括信息储备查询、网络治理等功能。

网络层中的感知数据治理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，其包括传感网数据的储备、查询、分析、挖掘、明白得及基于感知数据决策和行为的理论和技术。

云运算平台作为海量感知数据的储备、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。

在产业链中，通信网络运营商将在物联网的网络占据重要地位，而正在高速进展的云运算平台将是物联网进展的又一助力。

网络层承担着物联网中处理传递的重要作用，其作为物联网的中枢神经有着物联网中最重要的作用。

随着移动通信和云运算平台的不断进展，网络层将提供更高更快的处理速度和储存能力。

应用层是物联网和用户〔包括人、组织和其他系统〕的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

应用层即应用网络，即输入/输出操纵终端，可基于现有的手机、PC等终端进行。

应用层要紧包含应用支撑平台子层和应用服务子层。

其中，应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能；应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业的应用。

应用层解决的是信息处理和人机界面的问题。

又网络层传来的数据在这一层进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。

物联网尽管是〝物物相连的网〞，但最终是要以人为本的，最终依旧需要人的操作与操纵，只是那个地点的人机界面已远远超显现实中人与运算机交互的概念，而是泛指与应用层序相连的各种设备与人的反馈。

物联网的应用层利用通过分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务，可分为监控型〔物流监控、无人监控〕、查询型〔智能检索、远程抄表〕、操纵型〔智能交通、智能家居、路灯操纵〕、扫描型〔手机钱包、高速公路不停车收费〕等。

应用层是物联网进展的目的，软件开发、智能操纵技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。

各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。

应用层将网络层传来的信息通过接口传给人，以实现人对物的操纵。

物联网的行业特性要紧表达在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、都市治理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测、水利监测，水利操纵等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业差不多积存一些成功的案例。

随着感知层，网络层，应用层的不断改善，物联网将会更加便于服务于人。

介时人类生产生活各个方面将会变得更加轻松，社会将会更加和谐。

2.3物联网的特点

物联网与传统网络是不同的它有其固定的特点。

第一，它是各种感知技术的广泛应用。

物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器差不多上一个信息源，不同类别的传感器所捕捉的信息内容和信息格式不同。

传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。

物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。

在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保证数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能操纵。

物联网将传感器和智能处理相结合，利用云运算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。

从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发觉新的应用领域和应用模式。

物联网的特点表达在四个方面：

1.连通性

连通性是物联网的本质特点之一。

ITU认为，物联网的〝连通性〞有三个维度：

任意时刻的连通性〔AnyTimeConnection〕;

任意地点的连通性〔AnyPlaceConnection〕;

任意物体的连通性〔AnyThingConnection〕

2.技术性

物联网是技术进展的产物，代表着以后运算与通信技术的进展趋势，而其进展又依靠众多技术的支持，专门是RFID技术、传感技术、纳米技术、智能嵌入技术

3.智能性

物联网使得人们所处的物质世界得以极大程度地数字化、网络化，使得世界中的物体不仅以传感方式也以智能化方式关联起来，网络服务也得以智能化。

物联网具有智能化感知性，它能够感知人们所处的环境，最大限度地支持人们更好地洞悉、利用各种环境资源以便做出正确的判定。

4.嵌入性

物联网的嵌入性表现在两个方面：

各种各样的物体本身被嵌入在人们所生活的环境中；

由物联网提供的网络服务将被无缝地嵌入到人们日常工作与生活中。

物联网有三大特性：

全面感知、可靠传输、智能处理。

全面感知也确实是利用RFID、传感器、二维码，甚至其他的各种机器，能够随时采集物体动态。

感知的信息是需要传出的，通过网络将感知的各种信息进行实时传送，现在无处不在的无线网络差不多覆盖了各个地点，在这种情形下，感知信息的传送变得专门现实。

智能处理是指利用云运算等技术及时对海量信息进行处理，真正达到了人与人的沟通和物与物的流通。

物联网的特点以及特性，是物联网不同于互联网的缘故，物联网的固有特性与特点决定了物联网的广泛应用，以及在所有领域的专属作用。

第三章物联网在相关水利建设中的应用

3.1物联网在温室水表上的应用

１　总体设计

温室无线智能水表物联网应用系统由无线智能水表、中继器、村镇用水治理软件、用水治理中心数据公布软件组成。

在此系统中，村镇用水治理站通过无线电台与中继器进行连接，中继器通过无线模块与无线智能水表进行连接，从而实现了水

表的无线充值、水量的远程采集以及水表阀门的远程操纵，能够实现温室大棚用水的中央统一调度，提高温室大棚的水利用效率。

系统通过无线通信模块将水表中的水量数据传输到村镇用水治理站，同时各个村镇用水治理站能够通过以太网或ＧＰＲＳ网络将水表数据发送到用水治理中心平台上，平台将接收到的用水数据进行解析后并将其存入到数据库中，同时可通过Ｗｅｂ页面进行展现，用户能够进行网络充值和水量查询。

（系统结构如以下图）

２　中继站设计

中继器负责接收村镇用水治理站运算机发出的指令，然后将指令转发到无线智能水表中，并依照指令将智能水表中的水量数据上传到村镇用水治理站。

系统中的中继器要紧采纳MSP430F19单片机进行开发，使用２个串口实现与无线电台

和无线模块的连接。

中继器使用串口１连接无线电台，实现与村镇用水治理站的无线电台通信。

使用串口２与无线模块连接，实现与无线智能水表的短距离无线通信，通信距离约为1000ｍ。

中继器硬件结构图如图２所示。

中继器中的P2口

连接拨码开关，通过拨码来配置中继器的地址，那个地址是监控软件通信的重要参数。

中继器的通信协议制定如下：

数据以１６进制的数形式进行传输，一包完整的数据包括：

引导符号＋中继器地址＋数据区＋终止标记。

数据采纳十六进制形式表示。

具体如下：

ＰＣ发送数据协议组成：

引导字符＋中继地址＋数据区＋终止字符。

3农业信息化与自动化是我国农业以后的进展趋势，智能水表在居民用水治理已比较普遍，农业用水量较大，大口径智能水表还专门少见。

目前物联网应用国家专门重视。

那个设计迎合了当前的要求，为我国的农业信息化提供了一种专门好的手段。

研究开发了一套村镇用水治理系统，包括无线智能水表、中继器、村用水治理软件、ＷＥＢ用水数据公布软件。

随着系统的不断完善，其应用将越来越广泛。

智能水表的推广将会大大提高水资源的利用效率，方便治理农村用水。

解决的专门多用水过程中的问题。

3.2物联网在数字水利中的应用

〝数字水利〞是指依靠现代通信、视频监控报警、物联网、运算机、遥感、GIS、GPS、多媒体技术和大规模储备技术以及智能数字采集技术，将水利工作信息纳入一个即时的可治理、可监控、可调度的科学平台;从而为决策人员提供水资源调度、灾情评估、洪水预警等决策依据，其中作为数字水利系统的核心中枢的监控指挥调度平台成了整个〝数字水利〞建设环节中的重要操纵性节点。

今年中央一号文件指出，力争通过5年到10年努力，从全然上扭转水利建设明显滞后的局面，到2020年，差不多建成防洪抗旱减灾体系，重点都市和防洪爱护区防洪能力明显提高，抗旱能力显著增强，〝十二五〞期间差不多完成重点中小河流（包括大絓-大河支流、独流入海河流和内陆河流）重要河段治理，全面完成小型水库除险加固和山洪灾难易发区预警预报系统建设。

　　一、水利建设带来安防商机

　　一号文件强调把水利工作摆上党和国家事业进展更加突出的位置，着力加快农田水利建设，推动水利实现跨过式进展，力争今后10年全社会水利年平均投入比2020年高出一倍。

2020年我国水利投资是2000亿元，高出一倍确实是4000亿元，今后十年每年超过4000亿，以后十年投资超过4万亿。

同时提出从土地出让收益中提取10%用于农田水利建设，充分发挥新增建设用地土地有偿使用费等土地整治资金的综合效益，能够推测该项措施使地点的配套资金能够达到要求，水利行业将进入以后进展的十年黄金期。

　　国家水利固定资产投资按投资方向要紧为防洪工程、水资源工程、生态及专项、水电及专项工程。

这为安防行业带来了庞大商机。

　　二、水利安防现状及市场需求

　　近年来，水利部门将分布于各地的重点水利实施差不多开始配备安防系统进行监控，将重要水利防洪工程和操纵闸站建设成具有数字化、网络化、智能化相结合的视频监控系统，能够为各级防汛部门提供实时和直观的汛情图像信息。

　　从产品需求上来看，目前各地实施水利工程建设时，安防差不多是必须配套的子项目。

除去立即投入建设的水利工程外，一些差不多运行的水利工程还将补充安防子系统，但就全国水利工程安防系统应用情形来说依旧偏低，因此以后几年，水利安防产品需求将显现强劲势头。

三、物联网安防发挥大作用

　　物联网的成功应