无锡示范区发布首届物联网十大应用案例(八)|水产养殖_
中科怡海：“37个感知点”确保太湖无锡水域无湖泛
“太湖天下秀”，太湖素有未曾雕琢的自然美。然而，近年来太湖面临蓝藻之虞，如何科学有效治理太湖蓝藻问题成为各界关注的焦点。中科怡海高新技术发展江苏股份公司“感知太湖 智慧水利”智能监测系统，依托无锡水利局信息中心指挥控制平台，应用物联网技术，以感知点为触角、3G无线网络为神经、中央处理平台为大脑，实现智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理服务。2010年该应用案例建立以来，有效监测管理太湖水质，太湖未出现大面积湖泛，为我国水环境治理提供了成功范本。
“感知太湖 智慧水利”系统破题蓝藻治理难
蓝藻是一种结构简单的单细胞生物。一方面，它是众多水生生物的食物，保证了生物的多样性。另一方面，蓝藻大量繁殖会耗尽水中氧气，造成鱼类的死亡，产生恶臭，影响水质，带来不利影响。
2007年，太湖蓝藻大面积爆发，形成湖泛，不仅气味刺鼻，也影响到无锡居民的日常用水，引发社会各界高度关注，如何有效治理蓝藻成为焦点话题。
然而，造成蓝藻爆发的根本成因尚未定论，因此问题难以彻底解决。当前，国内外处理蓝藻问题的方法主要分为物理、化学、生物三大种类。
化学方法主要是在水中投放相关化学用剂，达到直接或间接杀死蓝藻的目的。然而，由于不同水体的成分大不相同，且环境变量影响大，一些化学品在杀死蓝藻的同时亦会杀死其他水生生物，甚至产生有害物质，存在化学药物二次污染的风险。生物方法采用种植水生植物或投放微生物，来控制蓝藻湖泛的发展和爆发。但这一方法作用周期较长，且易对原有生态平衡造成危害。
“太湖是无锡市饮用水来源地，化学与生物方法风险太大。”中科怡海高新技术发展江苏股份公司董事长陆波说，随着近年来物联网技术的纵深发展，物理方式智能化解决蓝藻问题成为可能。
据陆波介绍，中科怡海“感知太湖，智慧水利”系统基于无锡水利局信息中心现有指挥控制平台，利用物联网技术对蓝藻进行感知和智能车船调度，实现相关业务数据的集中管理，构建具有智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理及服务系统。
其中，中科怡海“蓝藻传感器”分布于湖面、沿岸和入湖河道，实现对太湖蓝藻情况的实时感知，获取的信息通过信息专网汇入到系统的“大脑”——中央管理平台。
信息专网包括面向固定设置的自适应多址接入、高速接入方案和面向移动目标的移动网络覆盖与卫星网路定位导航技术。它将保障整个系统任意两点间的双向信息交流和从顶至下的远程可操控性。
中央平台根据数据模型计算得出爆发湖泛的可能性，一旦某一水域出现警报，平台将会依据数据计算，自动发出指令调动打捞船，并引导它进入指定地点进行打捞工作，真正实现了实时监控、智能预警及智能调度。
“与国外同行相比，中科怡海系统极大地减少了建设成本。欧美等国为追求精度，往往不计成本地在湖中广泛部署传感器。”中科怡海高新技术发展江苏股份公司技术总监马恩恩说，而中科怡海在对无锡区域太湖湖流、风向、地理位置进行科学计算后，仅在易发生蓝藻聚集爆发的区域安装部署了37个感知点。其中沿岸23个，湖面3个，藻水分离站8个，资源化利用基地3个。
调研发现，国外蓝藻专用传感器成本在50万元左右，虽然该传感器监测蓝藻精度达90%以上，但监测范围只有3.14平方米左右同时大量的布置传感器易造成“设备污染”。而“中科怡海系统”一个集成感知站点仅有40万元左右，精度达到85%。同时依托后台数据模型，37个感知点的监测范围可覆盖6亿平方米的太湖水面，平均1个点可达1621.6万平方米，性价比出众。
“系统建立以前，我们需要雇人每天对太湖进行水陆两次巡逻监控，耗时耗力，还存在安全隐患。”无锡市水利局副局长邹永明说，“系统建立后，不仅省下每年100多万的人力成本，还可以实现连续不间断的实时监控。”
“海计算”技术感知太湖零距离
杨湾藻水分离站位于无锡太湖水域“喇叭口”附近。由于地形特殊，每年蓝藻繁殖最旺盛的季节，大批蓝藻会随水流聚集到此处，极易形成湖泛。
杨湾藻水分离站监控室内，值班人员正通过巨型屏幕墙对各个监测点进行实时监控。当切换到三山观测站点时，一台形似“火星车”的设备出现在屏幕中。
“这就是我们的蓝藻传感器。”中科怡海高新技术发展江苏股份公司陆波董事长介绍说，“水上部分，是一个集成了太阳能电池板、光学摄像头、设备控制主板以及3G无线传输设备的智能前端平台。水下部分，是一根白色的管子，上面安装了六种精密的探头，能够实时感知太湖水质硝酸盐、PH值、溶解氧等六项重要指标的变化。”这台多功能“火星车”，融合了多项高科技设备和中科怡海创新技术。
“火星车”的眼睛不仅是一个视频监控设备，同时它安装了光学感知芯片，具有光学识别的功能。“蓝藻数量多少，人肉眼就能分辨。因此，我们加入了视频系统。该系统基于模式识别的自适应蓝藻爆发智能感知方法，采用图像处理与模式识别的相关技术对拍摄的水面照片进行处理分析，从而得出蓝藻爆发的相关概率，形成了感知太湖的第一层触觉神经。”
淹没在水下的六大传感器则是“火星车”的鼻子与舌头，他们深入“第一现场”的数据采集，使得整套系统结论更加精确。当视频监控设备以及传感器设备得到第一手信息后，“海计算”开始介入。与云计算的后端处理相比，“海计算”指的是智能设备的前端处理，是一种简单、可依赖的互联网需求交互模式。
安装在“火星车”上的控制主板是负责“海计算”的专门设备。陆波董事长介绍说，“通过 海计算 对收集到的信息进行自主分析，再将有效的信息通过网络传入主服务器，大幅减轻主服务器的压力，降低传输成本，提高工作效率。”
据悉，采取传统人工取水、实验室化验的办法测量蓝藻，需要12个小时才能得出结论。而蓝藻从临界值到全面爆发一般只需2个小时左右，这导致在危机爆发前难以采取必要的措施进行排查。而通过“海计算”和3G无线网络测量时间大幅减少，相关数据每半小时即可更新一次，为预防湖泛发生争取了至少一个半小时的宝贵时间。
如此智能高效的系统，具体操作却非常简单。“我们建立了专门的管理系统网站，通过输入用户名与密码,用户可以对整套系统进行远程监管。用户也可以使用手机客户端或者直接发送短信进行监管。”陆波打开了手机中的APP应用，应用首页显示不同感知站点的名称，以及其监测范围内的蓝藻爆发指数。点击任意站点，可以得到站点监测水域内的位置、温度、PH值、电导率、溶解氧等一系列更详细的信息。用户还可以点击视频接口，查看实时的视频监控图像。
“蓝藻爆发指数是中科怡海通过多年信息收集，结合庞大数据模型分析得出的。若指数超过40%，我们就会通过终端系统调动打捞船开往指定地点进行打捞作业”，马恩恩说，“这样的打捞点一共有61处，每艘打捞船都装有专门的GPS定位系统。终端系统会根据每艘船与打捞地点的位置做出智能选择，指挥最近的打捞船前往打捞。打捞结束后，终端系统还将根据具体实际情况，指挥打捞船驶往相应的藻水分离厂 卸货 。”
据悉，蓝藻可以直接固定大气中的氮，而氮可提高土壤肥力，帮助作物增产。太湖蓝藻体内含氮量高达10%左右，1立方米蓝藻可生产4公斤氮，相当于8公斤尿素。因此，藻水分离出的蓝藻将被运往化肥厂加工成液体化肥，实现变害为宝。“自2010年系统建立以来，太湖水质连年好转。”邹永明说。
“感知系列”产品前景广阔
调研显示，“感知太湖 智慧水利”系统是依托前端传感设备与后台数据模型共同搭建的智慧数字感知系统，填补了我国基于物联网技术，综合治理蓝藻湖泛问题领域的空白。
目前，该项目已入选国家水利部“水生态系统保护与修复中央试点（示范）项目”。“感知太湖 智慧水利”系统已走出无锡，走出太湖，在安徽巢湖、苏州、江阴长江流域等多个地区推广应用。
据了解，该系统整合了众多研究机构、监测设备厂商、GIS厂商、中间件厂商，实现从标准制定到设备设计再到维护升级的全过程产业链。
同时，该系统有效控制蓝藻湖泛的发生，带动了水利、环保、旅游等相关产业发展。该系统的应用成功还形成一个新的物联网湖泊治理产业，对江苏物联网产业跨越发展起到重要推动作用。
据介绍，作为中科怡海“智慧城市”建设中的一部分，“感知太湖”系统中的多个模块，可以运用到防汛抗旱、水质水文监测管理、水资源管理、智能车船调度等重要领域，技术推广、延伸前景广阔。（新华社分析师 朱程）
企业简介：中科怡海高新技术发展江苏股份公司依托于中科院强大的科研平台，积极引进国际一流技术专家，致力于传感器网络研究、物联网行业解决方案顶层架构的研发、实施与应用推广，现已形成“智慧环保”、“智慧城建”、“智慧水利”、“智慧教育”、“智慧会务”等自主产权的物联网整体解决方案和核心传感器产品。近年来，中科怡海承建了“感知太湖智慧水利”国家物联网示范工程、“感知环境智慧环保”国家物联网示范工程，承担了国家863项目等一系列国家、省市课题研究项目。中科怡海拥有世界领先的研发成果与专利产品，部分应用获得国家相关部委的认可，正在率先建立相关行业的物联网应用国家标准。
案例简介：2007年，太湖“蓝藻事件”引发各方高度关注。中科怡海高新技术发展江苏股份公司充分运用物联网技术，于2010年开始在太湖分批建设“感知太湖 智慧水利”物联网蓝藻智能监测。该系统基于无锡水利局信息中心现有指挥控制平台，利用物联网技术对蓝藻进行感知和智能车船调度，实现相关业务数据的集中管理，构建具有智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理及服务系统。自项目建成以来，有效提高太湖水域监管部门的决策水平及工作效率，大幅降低蓝藻监管成本，太湖水质连年好转。
