我國作為一個水資源缺乏的國家，水資源應該得到充分合理的利用，水文參數監測是水資源合理利用的基礎，水域水文參數資料涉及到我國的核心經濟利 益。相比于國外的水文監測工作而言，國內水文監測還處于起步階段。目前的水文監測工作還是采用比較原始的工作方式，即人工采樣, 采用手持便攜式監測儀或實驗室分析。這種工作方式存在采樣頻率低、無法實時監控、不能反映水體水質參數的連續動態變化等缺點。同時，由于水文參數監測( 如溶解氧、PH 值等) 往往存在分布范圍廣、不易到達、取樣時間不固定、取樣困難等特點[1]，采用現有人工取樣、有線或者無線組網等方式組成測試系統通常都會存在施工困難，維 護保障不容易，以及升級困難等弱點。

隨著網絡技術和通信技術的快速發展，物聯網技術由于其短距離傳輸、低復雜度、低功耗、自組網等特點，被廣泛應用在工業控制環境檢測與預報、建筑 物狀態監控、醫療護理、智能家居、空間探索以及軍事等領域。物聯網終端節點成本低廉，可以很方便地實現不同水域部署，并能保證數據采集的廣度和精度，可為 大范圍水文資料監測提供數據基礎[2]。為此，針對水文參數總體及局部監測的需求，本文提出了以水文參數檢測傳感器作為終端測試節點，以物聯網技術作為通 信平臺，并以Linux 系統作為軟件基礎平臺來構建水文參數監測系統，從而實現對區域水文參數的遠程實時檢測。

1 硬件監測平臺構建

基于物聯網技術的水文參數監測系統的硬件架構主要包括水文參數終端節點( 水溫測試、溶解氧測試等)、網關路由節點( 中心網關、邊緣網關)、遠程中心監控節點等三個主要部分, 每種節點完成不同的功能。基于物聯網技術的水文參數監測系統與傳統水文參數監測系統的不同，主要表現在新的水文監測系統的終端節點的電源管理、網絡路由算 法、網絡通信協議以及中心監控軟件系統的不同。基于物聯網技術的水文監測系統結合了最新網絡技術和水文參數監測技術，通信工作頻段兼顧了中國和國際標準， 主要包括780

圖1 水文監測物聯網系統拓撲圖

在基于物聯網的水文監測系統中，終端節點由許多功能相同或不同的水文監測傳感器節點組成，水文監測傳感器是整個監測系統的硬件基礎，可用于實現多種水文參數的檢測。目前的系統設計中包括水溫(Campbell 公司的109溫度傳感器)、水位( 壓力式水位傳感器)、PH 值(CS525)、溶解氧(Hamilton公司的243111-OXYGOLD G ARC 225 溶解氧傳感器)，并預留了其它水文參數測試的軟硬件終端接口，如流速、渾濁度等參數。終端節點通過傳感器可將水文參數轉變為數據調制信號，然后對射頻信號進行調制，并產生已調信號，然后將已調信號通過終端節點的天線發送到網關節點進行數據的融合和匯聚。

每一個水文監測終端節點都包含數據采集模塊( 傳感器，在本系統設計中主要指水溫、水位、PH 值、溶解氧傳感器)、數據處理和控制模塊( 微處理器、存儲器)、通信模塊( 無線收發器) 和供電模塊，主要設計要求是低功耗，高可靠性，具有自組網功能。由于終端節點體積小，因而電源容量也非常有限，從而在設計中必須充分考慮到節點的節能優化 技術，提高單位節點的工作時間，節省節點的能耗以及采用合理的網絡協議。在設計中綜合考量終端節點的可靠性、經濟成本等多方面因素，終端節點可采用 Chipcon 公司的CC2430 芯片作為控制核心，該芯片以IEEE 802. 15. 4 協議為基礎，整合了射頻(RF) 前端、內存和微控制器[5], 在本系統中可分別對水溫、水位、PH 值、溶解氧等水文參數傳感器進行控制，并最終實現參數測試。同時，也可以根據需要進行其他參數測試，所需要的工作只是加入不同的水文參數測試終端節點而 已。

網關路由節點用于實現整個水文監測物聯網區域子網段的自協調組網以及信息處理。在水文監測物聯網建立過程中，因具體應用環境不同，其工作測試的 重點也不同，故對不同的子網段，需要單獨進行設置。首先應由各個網關節點初始化該段子網，以避免各個終端節點之間的相互干擾，以及與其他工作相同頻道設備 間的信號干擾。網關節點通過給每個終端節點網絡指定不同的物理地址來區分不同節點，當整個網絡應用后，網關節點會定時發送查詢命令，在發現新的網絡節點 后，系統會自動加入網絡節點列表，同時發送新的路由表。

除具有自組網特點外，網關節點還負責第一步的信息分析及處理，并將處理后的數據存儲到嵌入式數據庫以備查詢。網關節點通常個數有限，一般對功耗要求不嚴格，可以采用多種通信方式與其他網絡節點進行通信( 如Internet、衛星或移動通信網絡等)。在水文監測物聯網系統中采用星型拓撲設計，可以在一個較大的水域范圍內設置中心網關路由節點，以分別實現對邊緣網關節點的水文數據包信號的中繼和轉發[6]。