物联网技术在智慧水务监测系统中的应用与优化

引言

物联网技术作为新兴的信息技术之一，将多种传感、RFID、GPS、无线通信网等技术融合到一起，可以实现整个物理世界的全面感知、传递与智慧处理。物联网技术与智慧水务系统有机结合，打造采集、传输、存储、分析、决策一体化的智能检测系统，感知水资源变动状态，及时发现水务系统异常情况，支撑水务系统的决策。

一、物联网技术在智慧水务监测系统中的应用

1. 水源地监测

水源地作为水资源起源地，水源地水质的好坏、水量的多少直接会影响当地人们的用水安全及社会安定。水源地中应用物联网技术主要通过将各类传感器安装于水源地中，对水源地中各类指标进行监测，如在地表水水源地中安装pH 值传感器，对水源地的 pH 值、溶解氧值、浊度、COD 值、氨氮值等指标进行监测；安装水位传感器、流量传感器等，对水源地的水位、流量进行监测；安装视频监控红外传感器等，对水源地的周边非法入侵、排污等进行监测预警等。通过各类传感器将监测的数据通过无线通信设备（GPRS、LoRa、NB-IoT 等）传输至数据中心，管理人员通过终端实时监测水源地的各项监测数据，如超出预设阈值自动预警，便于相关工作人员进行及时处置，保障水源地安全。

2. 水厂生产监测

在水厂制水阶段，通过物联网技术实现对制水过程的实时监测、精确控制，提升制水效率，优化制水效果。在取水环节，利用压差、流量等传感器，实现取水管道压力、水量监测，确保取水水量稳定；在混凝、沉淀环节，利用浊度仪、pH 计等传感器，实现对水体浊度、水体 pH 值等的实时监测，及时调整混凝剂投加量，提高沉淀效果；在过滤环节，利用压差传感器，实现对滤池进出口压差的实时监测，及时判断滤料污染，及时进行反冲洗；在消毒环节，利用余氯传感器，实现对水体余氯值的实时监测，根据余氯监测结果，调整消毒剂投加量，确保出水达标。此外，通过对水厂水泵、风机等关键设备的振动、温度等传感器的安装，实现对设备运行状态的实时监测，对设备故障进行预判，实现设备的防维修，降低设备停机时间，提高水厂生产效率。

3. 供水管网监测

供水管网是水厂与用户间的桥梁和纽带，其工作状态直接影响着供水是否稳定和安全。物联网技术应用于供水管网的监测，主要包括供水管网压力监测、管网流量监测、管网漏水监测等。在供水管网关键节点（管网起点、网头、网尾、支点、大用户接入点等）安装压力传感器、流量传感器，通过传感器采集数据，进行管网压力、流量的监测，分析管网的水力工况，及时发现管网的压力流量异常问题，为管网优化调度提供条件。同时通过安装在管网漏水点的检测传感器（如声波传感器、光纤传感器）监测管网是否漏水。若管网中存在漏水现象，则管网漏水的位置会产生声波或光纤信号，传感器感知到声波或信号时，通过无线通信网将信号发送至数据中心，系统通过 GIS（地理信息系统）等技术的结合，实现管网漏水定位，便于检修人员及时检修，避免造成水资源和经济浪费。

4. 用户用水监测

物联网对用户用水检测主要是通过智能水表实现对用户用水量的检测、监控，智能水表具备传感器，而且内置了无线的通信模块，对用户用水量信息进行自动采集，并将用户的用水量信息通过 NB-IoT 通信网络发送到水务管理部门的远程系统平台，方便水务管理部门对用户用水进行实时监控，并能对用户用水情况进行远程抄表，有效规避了重复抄表所带来的繁琐与差错，通过对用户用水信息的检测，还能掌握用户的用水规律、用水习惯等，为用户提供精准的用水指导，便于用户节约用水，而且用水量出现异常波动（突然增大、突然减小）时自动进行预警提示，以便水务管理部门和用户能及时查看是否存在漏水等情况，从而保障用户用水安全。

二、物联网技术在智慧水务监测系统中的优化策略

1. 数据融合与智能分析优化

针对数据处理能力不足方面，一方面，制定数据标准和规范，对采集到的各类传感器数据统一处理、统一格式，消除“数据孤岛”，实现数据共享、整合。另一方面，引进大数据处理技术与人工智能技术，构建高效的处理分析平台。利用大数据分布式存储技术 （Hadoop，Spark 等 ） 解决海量监测数据存储难题；采用数据挖掘算法、机器学习算法等对海量数据进行二次加工，挖掘数据背后的规律与趋势，如通过用户用水数据挖掘用户用水需求、通过管网运行数据挖掘管网泄漏预测等；通过专家系统将水务管理专家经验知识与数据分析相结合，提升数据分析结果精度与可利用性，为水务部门管理提供决策参考与依据。

2. 设备升级与运维优化

一方面加大物联网设备研发投入，支持企业、科研院所研发适合于复杂环境、高精度、高耐用性的物联网设备，如研发耐干扰、耐腐蚀、耐高温、耐低温的水质传感器等，提高监测环境下传感器监测精度及稳定性；研发低功耗、长续航的物联网设备，降低物联网设备更换频率，降低设备维护成本。另一方面，建立设备运维管理体系。应用物联网技术，对设备实施远程监测，实时获取设备运行状态信息（电压、电流、温度、振动等），通过监测设备运行数据，对设备的失效风险进行预警，实现对设备的预知性维护。建立设备故障快速响应机制，设备故障时系统自动报警，提醒维修人员及时对设备进行维护，缩短设备故障停机响应时间，保证监测系统的正常运行。

3. 安全防护体系优化

为保障智慧水务监测系统的安全，要建立完善的安全防护体系。一是强化数据传输安全防护。采用数据加密技术 （ 对称加密、非对称加密 ）、数据传输安全加密技术，防止数据传输过程中被窃取和篡改；采用虚拟专用网 （VPN）、防火墙等通信技术手段建立系统的安全防护通道，防止非法访问和攻击。二是强化数据存储安全防护。对数据中心服务器进行安全加固，安装安全杀毒软件、IDS、IP 等技术，实时监测服务器运行状态，防范病毒攻击、恶意入侵；采用数据备份恢复等技术将监测数据备份，防止数据丢失和损坏。三是强化物联网设备安全防护。在设备出厂前，对设备操作系统和应用软件进行安全探测和加固，修补安全漏洞；设置设备访问权限，采用身份认证技术 （ 如：密码认证、指纹认证、RFID 认证等技术 ） 对用户进行身份验证，杜绝非法人员对设备的操作和控制。

结语

物联网技术与智慧水务监测系统的应用与优化具有良好的发展前景，相信通过学界与产业界的不断努力与创新，物联网技术在智慧水务监测系统领域一定能发挥出更为强大的优势，推动我国水务行业数字化转型与可持续发展，为我国节水型社会和国家水安全做出积极贡献。

参考文献：

[1] 杨琪 ， 王一峰 . 探析物联网技术在智慧水务中的应用 [J]. 数字通信世界 ，2025（4）.

[2] 徐建功 ， 周光锐 . 基于物联网技术的智慧水务供水系统构建与应用研究 [J]. 信息产业报道 ，2024（10）：0176-0178.

[3] 史轶 . 物联网系统在智慧水务中的设计与应用 [J].2024（9）：227-229.