物联网智能监测站在水土保持监测中的应用

物联网智能监测站在水土保持监测中的应用

李中照

（南宁中桂水土保持科技有限公司广西南宁530023）

[摘要]：文章针对传统监测设备缺乏数据实时传输及共享的特点，根据水土保持监测任务的要求，生产建设项目水土流失特点及其危害，借鉴物联网智能传感器的成功经验，有效提高水土保持监测工作效率，及时反馈水土流失数据和信息。

[关键词]：水保监测；水土保持；物联网

随着传感技术、物联网技术的发展，在水利部对水土保持监测“天地一体化”系统的要求和铺展大背景下，水土保持监测迎来了新的挑战。如何更好地利用物联网高新技术为监测服务成为水保监测今后发展研究的主要方向。

1水土保持监测任务和内容

1.1水土保持监测任务

开发建设项目水土保持监测的任务主要包括以下几点：①及时了解掌握项目区水土流失发生的时段、强度和空间分布等情况，了解水土保持的防护效果，及时发现问题以便采取相应的补救措施，确保各项水土保持措施能正常发挥作用，最大限度的减少水土流失。②为同类型开发建设项目水土流失预测和指定防治措施体系提供依据。③为项目的水土保持设施专项验收提供依据。④为水土保持监督管理提供数据支撑。⑤促进水土保持方案的实施。

1.2开发建设项目水土流失特点

开发建设项目的水土流失特点主要表现为以下几个方面：①地域的不完整性：项目建设及其生产运行期间所占区域，一般都不是完整的一条小流域或一个坡面，因此，项目的水土流失也常以“点状”或“线型”或综合的形式出现。②流失形式的多样性：由于开发建设项目的组成、施工工艺和运行方式多样，且因地表裸露、土方堆至松散、人类机械活动频繁等，造成水蚀、风蚀、重力侵蚀等形式时空交错分布。③水土流失的潜在性：项目在建设、生产运行过程中造成的水土流失及其危害，并非全部立即显现，往往是在很多促侵蚀营力共同作用下，分阶段显现，甚至有一个不确定时段的潜伏期，且结果无法预测。④突发性：项目建设造成的水土流失一般在初期呈突发性，且具有历时短、强度大的特点。⑤流失强度变化大：据调查和监测数据表明，项目建设所造成的水土流失，通常情况下初期强度高出原始地貌自然侵蚀强度的很多倍，建设后期和自然恢复期，流失强度会逐步进入相对缓慢阶段。⑥水土流失的物质成分复杂：开发建设中工矿企业、公路、铁路、水利电力工程、矿山开采及城镇建设等，施工中会产生大量废渣、弃土、采矿废石、尾矿、污泥、工业垃圾和有害物质等。

1.3水土保持监测内容

开发建设项目水土保持监测属微观监测，主要监测内容包括两方面，一是土壤侵蚀面积、强度、程度、侵蚀量、土壤养分和污染物的流失与位移、土体位移与地貌变化等；二是扰动土地整治率、水土流失总治理度、渣土防护率、表土保护率、林草植被恢复率和林草覆盖率等与水土保持效果相关的内容。

2常用方法及设备存在的不足

2.1水土保持监测常用方法

开发建设项目通过设立典型观测断面、观测点、观测基准等，对建设和运行初期的水土流失及其防治效果进行监测。线型工程以巡视调查方法为主，少量设置观测点；点式工程可采取样地调查和地面定位观测等方法。大面积、长距离跨省的大型项目，可采用遥感监测等手段。

针对项目的水土流失特点，根据水土监测的要求和内容，监测采用的常用方法有：小区观测、控制站观测、简易水土流失观测场、简易坡面测量、风蚀量观测、重力侵蚀观测、调查监测、土壤理化性质监测、气候气象监测、保水保土效益监测等地面观测方法。

2.2监测设备

根据不同的监测方法，常用的主要监测设备有：GPS、雨量计、土壤水分测定仪、全站仪、泥沙自动监测仪、位移计、伸缩仪、观测桩、测钎、电子天平、烘箱、土壤容重测量仪等等。

2.3传统监测设备存在的不足

传统的监测设备如全站仪、GPS、雨量计等已有着体积小，便携等优点，从监测仪器本身的角度考虑，一体化和小型化已部分实现，微型仪器不再是人们长期追求的目标。例如手持GPS、土壤水分测定仪等，可方便的携带并随时测量读取数据。

监测系统及仪器的可靠性是一项重要指标，可靠性和故障率的数学模型已有较成熟的计算方法。生产技术的发展对监测系统的要求愈来愈高，例如高精度的称重、纳米量级的长度和位移测量、水分子含量测量等，因此要求在原有的基础上不断提高技术性能指标，扩大应用范围。现有的传统监测设备存在不同程度的短板，制约了水土保持监测系统集成化、数据平台化的发展。

3物联网智能监测站在水土保持监测中的应用

3.1物联网技术

物联网是互联网的延伸，终端不再是计算机（PC、服务器），而是嵌入式计算机系统及其配套的传感器。这是计算机科技发展的必然结果，为人类服务的计算机呈现出各种形态，如穿戴设备、环境监控设备、虚拟现实设备等等。只要有硬件或产品连上网，发生数据交互，即为物联网。它是一个与模电数电、单片机、网络技术、无线技术、传感器技术和终端技术（APP）息息相关的综合性应用学科。

物联网开启了“万物互联”时代，使得“物”与“网”连接起来，结合现在各种协议通讯、大数据、大平台的出现，物联技术把不同领域的数据糅合到了一起，进行数据分析、处理、反馈，大大提高了工作效率。

虚拟物联网技术使传统监测仪器发生了革命性的改变。用户可以通过物联网APP自定义自己的仪器，方便快捷地创建仪器软操作面板，或自由地将各测试模块组成完整的监测系统，从而节省大量的硬件资源，扩展了传统仪器的功能。

智能物联网监测系统由于成本和价格不断降低，功能和集成度不断提高，具有更高性能和性价比。与传统的设备相比，除了提高精度外，还具有自动采集数据、存储、信息实时共享交换、远程输入输出、控制、故障检测、诊断和自动修复、自动校正功能。

3.2智能监测站在水保监测中的应用

以某公司研发的FM2型智能监测站在风电场水土保持监测项目中的应用为例。风电项目施工存在原地貌破坏严重、道路区扰动面积大、建设周期较长、水土流失严重的特点。FM2智能监测站集成多个先进传感器，可实时采集降雨量、风速、风向的气象资料，监测站可实时监土壤温度和含水量数据，可通过监测摄像头实时了解项目现场的水土流失情况，实现高清图像及气象数据的实时采集和远程监控。数据和图像每15分钟更新一次，通过4G网络实时同步至云端，用户可通过微信小程序，随时查看实时气象数据、降雨量和土壤含水量、现场影像和设备运行情况等；设备无需拉设电线，内置高容量、低功耗电池，阴天仍可连续工作14天；用户可通过地图直观了解FM2的准确安装位置，便于同时管理多个设备。精度上，FM2智能监测站土壤含水量精度可达±5%，降雨量分辨率0.5mm，图像分辨率可达4K。云平台的数据共享技术，解决了雨季不能实时观测现场情况，数据无法及时传输共享的难题。

4结语与建议

本文针对生产建设项目建设过程中施工期扰动大，水土流失严重，水土保持监测不能及时有效地监管等问题，将物联网技术的智能传感器应用在水土保持监测工作中，能有效解决水土保持监测工作存在的数据共享不及时，监管不方便等问题，提高了水土保持监测工作的工作效率，可提醒施工单位应合理安排施工时序，不断改进施工工艺，采用新技术新方法，尽量减少对地表的扰动范围，减轻对原地貌的扰动程度。物联网智能传感器的推广，解决多硬件集成成本问题的同时，也提高了监测设备的稳定性，数据共享的及时性。

建议水行政主管部门推广普及物联网智能设备，有效解决只看文本、地图数据，不能实时了解现场监测数据和影响的问题，结合“天地一体化”系统，提高水土保持监管的工作效率。