十万传感器的智能(néng)化力量

“南水北调”的中線(xiàn)工程，一直由庞大到令人惊叹的物(wù)联网网络默默监控。1400 公里的水道上散布着 10 万多(duō)个传感器，连接着丹江口水库与京津两地。在过去的一年中，这些传感器一直在扫描中線(xiàn)运河的结构损坏，跟踪水质和流速，同时监视运河的「入侵者」们——无论是人类还是动物(wù)。

运河流经的區(qū)域属于地震多(duō)发區(qū)，自然灾害非常容易损害基础设施建设。需要人為(wèi)控制水流以避免浪费水资源。还需要定期检查水质，以确保污染物(wù)或毒素不会进入城市饮用(yòng)水供应系统。在一些地區(qū)，当地村民(mín)会爬上篱笆钓鱼或在水中游泳，这些行為(wèi)造成了安全隐患。

运河沿線(xiàn)安装了 130 多(duō)种不同类型的联网传感器。基础设施传感器被嵌入在运河附近的土地中、混凝土护坡和桥梁中，以及用(yòng)来控制水流的 50 座水坝中，用(yòng)来测量应力、应变、振动、位移、土压力和渗水等参数。

运河上安装的联网传感器包括：摄像机（左）、入侵检测传感器（右上）和水位传感器（右下）。

测量水质和流速的探头被安装在桥梁底架的钢支撑柱上。运河沿線(xiàn)每隔 500 米安装有(yǒu)一个摄影机。

这些传感器带来了一个问题：收集到数据之后，如何将它们发送出去？虽然运河的一些路段可(kě)以用(yòng)光纤互联网来连通，但不是所有(yǒu)區(qū)域都如此，且一些地方位置偏遠(yuǎn)，那里的蜂窝网络服務(wù)时好时坏，或根本就不存在。為(wèi)了解决这个问题，杨旸和他(tā)的团队开发了所谓的智能(néng)网关（Smart Gateway），从本地传感器连续接收数据，然后使用(yòng)当前可(kě)得的任何信号将其传输到云服務(wù)器。这种云服務(wù)器可(kě)能(néng)是光纤、以太网、2G、3G、4G、Wi-Fi 或 ZigBee。

智能(néng)网关将单个传感器收集到的数据传输给 47 个區(qū)域分(fēn)支服務(wù)器之一，例如位于河北省沂水北部的这个控制室。

智能(néng)网关会定期向最近的服務(wù)器发送数据，它可(kě)能(néng)是运河沿線(xiàn)的 47 个區(qū)域分(fēn)支服務(wù)器中的任何一个。在正常情况下，传输时间间隔為(wèi) 5 分(fēn)钟、32 分(fēn)钟或每天一次，这取决于该地區(qū)的位置和水资源情况。如果发生地震或化學(xué)泄漏等特殊事件，数据将被即时连续地发送到云端。数据将在云端被存储起来，或被转发到五个管理(lǐ)服務(wù)器（位于丹江口水库和北京之间的几个省级城市）中的任意一个，最终到达北京的主服務(wù)器中心。

“南水北调”工程所面临的最大挑战，是在黄河下方建造一条長(cháng)约 4 公里、直径约 7 米的巨大隧道。

如今传感器正变得越来越丰富，技术手段也越来越多(duō)样，智能(néng)化环境的发展空间也会越来越大。这个问题有(yǒu)望最终利用(yòng)水下机器人来更有(yǒu)效和高效地对其进行监测。