从零开始设计环保监测物联网系统(二)

IOT网关，接收sensor数据的总入口，主要是日志，安全防护，流控，协议转换等功能，

图1 IOT网关

之前有提到IOT网关是基于python的twisted框架实现的，初期的时候该IOT网关主要实现的功能是 数据接收和转换功能 和 安全防护 。

数据接收和转换功能 ，这里很简单，拟定好数据交互格式后，IOT网关按照约定好的格式进行解析，然后转发给后端服务进行进一步的处理

安全防护 ，设备的区分主要是依靠烧录到硬件的SN号来实现，SN号包含的信息比较多，如生产批次，设备型号等，受制于厂商我安全防护不能做的非常完善，同时sensor与IOT网关的交互不能非常复杂。安全防护这一块理论上是设备接入要一型一密或者一机一密，协议上还应该启用tls/ssl安全通信协议。

图2 鉴权

安全防护要做ssl这类的安全通信协议的话，要考虑设备厂商实现通信模块能力，设备功耗，设备性能（低端设备cpu性能可能比较差，可考虑对称加密形式），IOT网关也需要引入相应模块。

另外认证从性能方面考虑，后期在设备比较多的情况下，可以加入redis等内存型key-value数据库，缓存设备信息，提高鉴权模块性能。

实践中，我们的sensor基本都是依靠电池供电，因此我们的IOT网关基本是面向短链接（后期我们有监测设备，依靠外部电源直接供电，为长连接），因此在每次发起连接我们都要进行一次鉴权，鉴权通过后，设备方可上传传感器监测数据和设备自身状态。

图3 数据交互流程

这一块的调试工作长达半年左右，才基本稳定下来，主要集中在设备商处除了硬件稳定性，还有在调试中发现传输的字符串乱码（c语言处理问题），沾包（厂商开发人员tcp协议不熟），优化传输效率，关闭cork或者 Nagle 算法（传输包很小）。

因为IOT网关不能主动断连接，理论 *** 作中，IOT网关应该和sensor有心跳协议，保证连接的有效性。设备商在数据流程交互完成后，竟然没有close 连接，直接休眠，导致网关所在服务器的连接的文件描述符一直没有正常释放，后面为了预防这种现象，我开启了 *** 作系统层面的keepalve定时器，回收失效连接（系统默认时间是2小时左右，我缩短了失效时间），理论上来说应该是应用层面去实现心跳协议。

整个IOT网关的设计，是无状态，可伸缩的，单网关在普通型ecs上可轻松达到数百tps。

水利物联网主要应用于水利行业的信息监测点，在水利信息化及自动化控制领域可广泛应用，如防汛抗旱信息监测站、水资源信息监测站、水文信息监测站、农田水利信息监测站、农村饮水安全信息监测站、水土保持信息监测站等。—山东锋士 水利信息化

水文巡测设备
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数据显示记录器
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水利水文自动化系统设备
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水位测量仪器
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水深测量仪器
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降水观测仪器
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流速/流量/流向测量仪器
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蒸发观测仪器
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泥沙测验仪器
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水质监测仪器
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水温测量仪器
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冰凌测量仪器
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水文缆道/船测设备
具体还要参考某些专业网站的采购目录
比如中国农业仪器网

我国现有水库大坝98万余座，其中95%以上为土石坝，95%以上是上个世纪80年代以前建设的老坝，这些水库大坝在防洪、发电、供水、灌溉等方面发挥巨大效益的同时，所存在的安全风险不容忽视。因此大坝安全监测成为大坝安全管理的重要内容，是预测大坝风险的重要措施，大坝安全监测即通过仪器监测和巡视检查对大坝工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施及周围环境所作的监测及观察，具有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况等作用；主要包括对大坝变形、渗流、应力应变、环境量等监测内容。

监测内容：

在大坝安全自动化监测系统建设中，应根据坝型、坝体结构和地质条件等因素选定监测项目；主要监测对象包括坝体、坝基及有关的各种主要水工建筑物、大坝附近的不稳定岸坡和大坝周边的气象环境等，具体可分为以下几项：

（一）位移监测

内部位移包括分层竖向位移、分层水平位移、界面位移及深层应变观测。对于混凝土面板坝还有混凝土面板位移监测，具体包括表面位移、挠度、应变及接缝开度监测。另外，如果大坝位于地震多发地带或者附近有不稳定的岸坡，还应进行必要的抗震、滑坡、崩岸等监测，可选择位移传感器/GNSS、静力水准仪、自动测斜仪、倾角传感器、裂缝计等设备。

（二）渗流监测

大坝渗流也是水库大坝重要监测项目之一，大多采用渗压计进行监测，监测项目包括以下几种：

混凝土坝渗流监测包括： 坝基和坝体扬压力、坝基和坝体渗漏量、绕坝渗流和地下水位监测。

土石坝渗流监测包括： 坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流、渗流量监测。

（三）应力应变监测

大坝应力应变、压力等受力监测项在大坝安全监测应用中较为普遍，常用的监测设备有埋入式应变计、钢筋计、土压力盒等。

混凝土坝： 应力应变监测包括混土的应力和应变、钢筋应力、钢板应力等。

土石坝： 应力监测包括孔隙水压力、土压力、混凝土面板应力监测。

（四）环境监测或水文监测

大坝所在位置的环境对大坝和坝基的结构安全状态有着重大影响，需对大坝上下游水位、水温、气温、库区雨量等进行监测。

大坝结构安全自动化监测系统作为大坝安全管理的重要组成部分，集成了物联网技术、传感器技术、无线网络传输技术和数据分析统计技术，通过利用动力水准仪、自动化测斜仪、裂缝计、渗压计、倾角传感器、雨量计等结构变形监测和环境监测传感器对坝基、地表、水工建筑物等多项安全数据进行实时自动采集，数据通过物联网网关做初步边缘计算后，再把处理过的数据通过4G无线网络传输到安锐测控云平台进行计算分析和统计，当某个数据超出设定的安全阈值时，可通过联动策略进行预警和联动控制，以确保大坝结构的安全。

大坝结构安全自动化监测系统作为大坝安全管理的重要组成部分，它能从多个角度避免大坝结构病害的发生，同时通过长期在线监测获得大坝动态数据变化规律，及时处理有损大坝营运性能的病害问题，为完善大坝工程设计与指导施工提供可靠的数据。

耀华DS17是一款智能家居中控设备，其内置了WiFi模块，可以连接到家庭网络，实现远程控制。因此，可以说耀华DS17具备物联网的基本要素，即联网能力。但是，要判断是否真正带有物联网功能，需要考虑以下四个方面：
首先，物联网是指通过互联网连接各种智能设备，实现数据共享和自动化控制。耀华DS17只是一个中控设备，它本身并不是智能设备。因此，如果将其作为物联网的一部分，还需要连接其他智能设备，如智能灯、智能插座等，才能实现物联网的功能。
其次，物联网需要具备互联互通的能力，即不同设备之间可以相互通信和协作。耀华DS17支持与其他设备进行通信，但需要使用特定的协议和接口。因此，要想实现耀华DS17与其他设备的联动，需要确保这些设备也支持相应的协议和接口。
第三，物联网需要具备数据处理和分析的能力，即可以对大量的数据进行收集、分析和处理，从而提高智能化程度。耀华DS17具备一定的数据处理能力，可以通过内置的传感器收集环境数据，并对数据进行处理和分析。但是，它的处理能力有限，无法处理大量的数据。因此，如果需要实现更高级别的智能化应用，需要配合其他的数据处理和分析平台。
最后，物联网需要具备安全保障的能力，保证设备和数据的安全。耀华DS17内置了一定的安全机制，如用户权限控制和数据加密等，可以保证设备和数据的安全。但是，随着物联网的普及，安全问题也日益突出，因此，需要不断加强安全保障措施，确保物联网的安全性。
综上所述，耀华DS17具备基本的物联网能力，但要实现更高级别的智能化应用，需要配合其他的智能设备和数据处理平台。同时，需要加强安全保障措施，确保物联网的安全性。

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