前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的邊緣計算在水利信息化項目中運用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
隨著新基建、數字中國建設目標的確立，信息化建設已在各行各業逐步開展，水利行業根據其獨有的行業特性，以信息化技術為抓手，歷經多年建設發展，取得了不少建設經驗。邊緣計算作為常用的信息化技術手段之一，匹配水利信息化建設特點，以實際水利信息化建設項目為參考，在項目應用中，優勢明顯。背靠十四五規劃經濟社會發展前景與目標，水利部于2021年10月26日會議，提出“將智慧水利建設作為推動新階段水利高質量發展的六大實施路徑之一”。由此可見國家對智慧水利、水利信息化建設的決心之堅定、需求之迫切。行業信息化建設，離不開信息化專業技術的發展，專業技術的發展與應用才是信息化建設的穩固基石。邊緣計算技術，作為信息化常用技術，早已在各行業信息化建設中嶄露頭角，其技術特點可靠、便捷、經濟，為市場所認可與接納，其工藝效果亦值得項目技術后評價的探討與思考。
一、什么是邊緣計算
在介紹邊緣計算之前，首先我們給出一個邊緣節點的定義，節點顧名思義在信息化架構中是指數據源與云中心之間具有計算資源和網絡資源的一個點，那么邊緣節點則特指距離數據源較近的節點。比如，手邊的手機、電腦就是人與云中間的邊緣節點；家里的上網路由器就是設備與互聯網的邊緣節點。所以邊緣計算的概念，就是指數據源附近進行的數據整理、數據分析以及數據處理，減少龐大基礎數據的流轉，從而減輕網絡負擔，減少網絡流量，提高網絡響應時間的技術。邊緣計算現今已然不是什么新生詞，最初是由世界上最大的分布式計算服務商之一AKAMAI與IBM在2003年合作時提出“邊緣計算”這一概念，當時在其一份內部研究項目中即提出“邊緣計算”的目的和解決問題，并通過AKAMAI與IBM在其WebSphere上提供基于邊緣Edge的服務。在物聯技術層面看，邊緣計算技術帶來突破是將許多數據的分析、處理和控制交由本地設備的計算層來完成而無須再與云端交互，這樣可實現減輕云端計算量、減少網絡堵塞，大大提高提升處理效率，可以為用戶提供更快的響應，將需求在邊緣端解決。研究實驗針對移動邊緣計算(MEC)，設計了計算遷移和數據緩存的聯合優化模型,并基于改進的遺傳算法(GA)對該模型的時延優化特性進行了優化。仿真表明：提出的方案比傳統方案更能有效地降低用戶請求的時延。在數據處理層面看：邊緣計算在數據源的附近，提供數據計算、分析、處理的能力，為數據源提供近端處理服務，而云計算，則是通過數據分解、傳輸至云中心，對應各單元進行批量處理。在技術特點層面看：邊緣計算的特點表現為鄰近性、低時延、高帶寬、分布性、數據入口完整等。計算層距離數據源距離近，減少了數據傳輸中的消耗和風險，所以產生的服務反饋也較快，在一些數據傳輸不穩定或實時業務應用行業中具有很強適用性，并且其安全保護等方面也有保障，其算力相對強勁，并行計算及存儲能力突出，單位投入性價比、靈活性和可擴展性較強。
水利信息化建設，由于水利工程特殊性，多部署于山間、林間及田間等偏遠區域，供電、網絡等基礎資源建設有限，信息化建設難度大、問題多，在有限的基礎資源保障上，只有通過一定的技術調整和改良，才能滿足實際應用需要。邊緣計算架構正好在其原理上與水利信息化相契合，近數據源的分析處理，可有效節約數據傳輸和能源需求上的消耗，分布式的架構符合水利工程零星散落的特點，獨立信息源獨立計算、分析與處理，僅將部分關鍵數據傳輸云端，不占用過多資源可減少對數據傳輸的依賴。邊緣計算就近計算、就近處理，提升系統可靠性和適用性。以山東水利某灌區信息化建設為例，由于灌區覆蓋面積大，覆蓋范圍內干渠、支渠、斗渠錯綜復雜，閘站、泵站、測流站零星分散，且鄉間地頭基礎資源供電、網絡建設相對欠發達，可靠性低，如采用單一云架構，現有基礎資源恐難以保障信息化系統的穩定可靠，投資量大。在項目建設時，我信息化建設團隊通過調研分析，方案優化，決定采用云架構+邊緣計算布局，在前端數據源附近建設計算節點，通過光纖專線就近進行數據交互及處理，云端及控制中心以權限控制指令對下進行監控調度，既保證了安全性，也減少了傳輸資源消耗。邊緣計算節點的計算層內容包括渠道水位自動調節、閘門自動起落、自動時段測流、鄉鎮用水計量、灌區災害預警等多項功能，展現出信息化工程建設意義，為當地灌區管理部門排憂解難，以信息化技術手段提升了灌區管理、治理的能力。邊緣計算與現有自動化系統架構從原理上本根同源，但技術上又有較大差別，自動化系統的核心是“控制”，基于I/O信號的轉換而成，邊緣計算則是基于數據進行的，核心意義則是“算法”“策略”“調度”“路徑”的應用，所以，所展現出的技術不同。傳統自動化系統的LCU（localtolconrunit），其實就是邊緣計算的一個雛形，其利用PLC運算能力和繼電控制回路對現地I/O信號進行管理和控制，以邏輯命令產生電氣聯動，實現自動化控制。現今邊緣計算則更關注的是整個系統的計算和調整，更注重系統運行的規劃計算。簡言之，自動化系統是對“信號點”的控制，邊緣計算是對“信息量”的控制。邊緣計算看似是對傳統自動化系統的一次迭代升級，數據的計算量和處理量都遠超傳統自動化系統，但也因其龐大的計算量，導致現有邊緣計算的延遲暫時無法超越自動化系統，邊緣計算號稱低延遲計算，但其計算周期仍為100ms級，在面對某些特殊工業化領域如高精度加工業，AI機器人等需要100μs延遲以內的控制命令時，其暫時無法取代自動化系統?；氐剿畔⒒?，因為水利信息化對控制命令的實時性沒有100μs的要求，現有水利控制系統多數還需2000ms控制令以過濾信號浪涌，所以邊緣計算已充分滿足其對信號延遲性的要求。
三、邊緣計算在信息化建設中的發展思考
隨著物聯網的快速發展以及5G場景應用的普及,萬物互聯是時代發展的趨勢,邊緣感知設備數量的大量增加,使得信息化建設面臨的數據已達到ZB級別。以云計算架構為核心的集中式數據處理思路,其技術方式已經無法保障邊緣感知設備的數據處理，主要表現在:線性增長的集中式云計算能力無法匹配爆炸式增長的海量邊緣數據;從網絡邊緣設備傳輸海量數據到云中心致使網絡傳輸帶寬的負載量急劇增加，造成較長的網絡延遲;網絡邊緣數據涉及個人隱私，使得隱私安全問題變得尤為突出;有限電能的網絡邊緣設備傳輸數據到云中心消耗較大電能。因此，在數據源末端必須要建立能夠分擔云計算壓力的邊緣計算節點，其與云計算模式相結合，二者相輔相成。作為數據鏈路的中轉，邊緣計算節點可以有效解決上述問題，是萬物互聯、信息化建設的技術趨勢。
四、結語
邊緣計算其實是在自控技術、信息技術和物聯網技術這個背景下發展起來的技術，“Edge”這個概念最早也是因自動化/機器人廠家所提及而誕生，其本身是自動化系統的一種迭代，原理暨建立“貼近用戶與數據源的IT資源”。邊緣計算暨是傳統自動化技術的一種延伸設計，是自動化技術與IT技術融合的一種趨勢。其實IT與OT在技術上也是在相互融合，自動化技術已經不滿足于單純的信號控制，開始向IT層面延伸，而傳統的IT技術也開始逐步向底層邏輯和控制探索，IoT作為當前較為前沿的技術方向，類似于邊緣計算這類融合性技術的誕生會更加頻繁，但無論多么前沿的技術，其必須考慮的問題是應用端，“應用”才是前沿科技最核心的技術問題，才能展現前沿技術的價值。
作者：李鵬飛 單位：中通服咨詢設計研究院有限公司
