夏文文左志芳

（1江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心 江蘇南京 210036 2揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇揚州 225000）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地表水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用

夏文文1左志芳2

（1江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心 江蘇南京 210036 2揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇揚州 225000）

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被更多的應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域，環(huán)保部門運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實行地表水環(huán)境自動監(jiān)控，是物聯(lián)網(wǎng)較早的一個應(yīng)用領(lǐng)域。本文概述了物聯(lián)網(wǎng)和環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的概念，介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地表水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地表水環(huán)境自動監(jiān)控中的應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)；地表水；自動監(jiān)控

地表水環(huán)境自動監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)是一套以在線自動分析儀器為核心，實現(xiàn)環(huán)境地表水水質(zhì)自動監(jiān)測為目的的現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)測手段，它是運用自動測量技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通信網(wǎng)絡(luò)組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被更多的應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域，地表水環(huán)境自動監(jiān)控是對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用，這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用是未來地表水自動監(jiān)控預(yù)警工作的重點，也是未來水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向。

1 物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)定義

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。最初在1999年美國麻省理工學(xué)院建立了“自動識別中心（Auto-ID）”，提出“萬物皆可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義，但隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了較大變化。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是通過射頻識別(RFID+互聯(lián)網(wǎng)）、紅外感應(yīng)器、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。

1.2 環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)是指在環(huán)保行業(yè)引入自動化和信息化的技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境保護科學(xué)化管理的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所涉及的專業(yè)包括傳統(tǒng)的環(huán)境工程、電氣工程、通信工程、自動化工程、環(huán)境監(jiān)測、計算機工程、管理學(xué)等學(xué)科，是一門多學(xué)科交叉的新興專業(yè)。

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)從結(jié)構(gòu)上分，可以分為三層結(jié)構(gòu)。首先是基礎(chǔ)層，即感知層，此層面主要包括污染治理設(shè)施（污染源）現(xiàn)場端的感知，主要包括現(xiàn)代化的傳感器、分析儀、智能儀表等。其次，是通信層，通信層的主要作用是實現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)的傳輸，主要包括兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，有線傳輸和無線傳輸。最后，數(shù)據(jù)應(yīng)用層，數(shù)據(jù)應(yīng)用有兩方面的含義，一方面是通過數(shù)據(jù)分析，得出相關(guān)的結(jié)論支持環(huán)保管理決策，另一方面是通過遠程控制來優(yōu)化環(huán)保治理設(shè)計的工藝運行條件。

目前在國內(nèi)的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)以各種形態(tài)展現(xiàn)出來了，比如重點污染源監(jiān)控、重點河流斷面的水質(zhì)自動監(jiān)測工作、各主要城市空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)等等。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地表水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地表水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：一是作為物聯(lián)網(wǎng)“感知層”的在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，二是作為通信層的傳輸網(wǎng)絡(luò)，包括有線傳輸和無線傳輸兩種方式。三是數(shù)據(jù)應(yīng)用，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫后，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)管理，可以實時數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)監(jiān)控并進行統(tǒng)計分析，生成監(jiān)測數(shù)據(jù)報表等。

2.1 自動監(jiān)測系統(tǒng)

作為物聯(lián)網(wǎng)“感知層”的地表水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)一般由6個子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：采水單元、水樣預(yù)處理及配水單元、分析監(jiān)測單元、控制單元、數(shù)據(jù)采集及通訊單元以及輔助單元。主要監(jiān)測項目包括水質(zhì)五參數(shù)、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總有機碳、總磷、總氮等。該系統(tǒng)是以在線自動分析儀器為核心，運用自動測量技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通信網(wǎng)絡(luò)組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系。

2.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸網(wǎng)絡(luò)

地表水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸單元由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊和遠程傳輸模塊組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊完成對水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測儀器工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的采集、顯示和處理。

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要用來完成各子站與中心站的數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制及遠程診斷功能。由于自動監(jiān)測點位數(shù)量較多、分布較分散，通常的網(wǎng)絡(luò)接入方式有很多種，主要包括：光纖、有線電話、無線GPRS/CDMA等。

3 地表水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

地表水環(huán)境自動監(jiān)控是對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用，這一應(yīng)用覆蓋了多方面的內(nèi)容，包括自動監(jiān)控數(shù)據(jù)的應(yīng)用、質(zhì)控和運維管理應(yīng)用以及監(jiān)控預(yù)警信息管理等。

3.1 自動監(jiān)控數(shù)據(jù)平臺

水質(zhì)自動監(jiān)控平臺是水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、匯總、分析、展示的綜合平臺，將所有自動監(jiān)測點位的基礎(chǔ)信息、監(jiān)測信息等集中在數(shù)據(jù)平臺，通常包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)對比等多種功能模塊，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)共享，為環(huán)境管理以及智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范化、標準化運營管理提供全方位的應(yīng)用服務(wù)，是技術(shù)管理部門為實現(xiàn)水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的日常監(jiān)控、運行管理、綜合分析等工作的重要支撐。例如江蘇省水質(zhì)自動監(jiān)控數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)了對全省196個水質(zhì)自動站點位的自動監(jiān)控，覆蓋了江蘇省主要省市交界斷面、國控斷面、出入湖主要河流和飲用水源地，實現(xiàn)了對全省水質(zhì)的實時監(jiān)控和預(yù)警。

3.2 自動監(jiān)控質(zhì)控和運維管理平臺

基于物聯(lián)網(wǎng)理念的水環(huán)境自動監(jiān)控質(zhì)控平臺能有效的統(tǒng)計運營商的到站巡檢內(nèi)容、巡檢頻次，能對標樣進行有效管理，動態(tài)顯示標樣發(fā)放情況、庫存情況及標樣考核結(jié)果是否合格，對試劑更換、耗材備件更換進行自動判斷，自動監(jiān)控運營管理部門從環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)可自動獲得需要執(zhí)行的發(fā)放或更換計劃，“人”與“物”的動態(tài)溝通使水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)能更加穩(wěn)定、高效的運行，水站在線率、數(shù)據(jù)捕獲率和數(shù)據(jù)有效率大大的提高。

3.3 自動監(jiān)控預(yù)警信息管理

通過多指標、高頻次、全覆蓋的水環(huán)境自動監(jiān)控體系建設(shè)，可以實現(xiàn)流域主要河流、湖體、水源地的實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，及時掌握主要流域重點斷面水體的水質(zhì)狀況，實時感知污染信息，預(yù)警預(yù)報重大或流域性水質(zhì)污染事故，解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動監(jiān)控技術(shù)的融合，實現(xiàn)區(qū)域污染預(yù)警體系。

4 結(jié)語

綜上所述，當前著力發(fā)展以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)是提高環(huán)境監(jiān)測管理能力，保證流域水環(huán)境安全的重要技術(shù)。但水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)不應(yīng)僅局限于現(xiàn)有的功能，而應(yīng)逐漸提升到智能化的水平，即從“工具”的層面上升到“智囊”的水平?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的水環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該可以協(xié)助技術(shù)人員管理流域水質(zhì)信息，還應(yīng)具備評價優(yōu)先控制污染物以及發(fā)出健康風(fēng)險評價及重大污染預(yù)警的功能。隨著網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，為數(shù)據(jù)收集、處理和發(fā)布提供了極好的展示平臺，自動監(jiān)控系統(tǒng)的迅猛發(fā)展為信息共享架起了一個快速通道，從而實現(xiàn)水環(huán)境自動監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由數(shù)字化向智慧化轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)水站集成智慧化。

[1]Lu Yan, Yan Zhang, Laurence T. Yang and Huansheng Ning. TheInternet ofThings∶From RFID to the Next- Generation Pervasive Networked Systems.Auerbach Publications,Taylor＆Francis Group,2008.

[2]李國剛,李旭文,溫香彩.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2011,27(01)∶5-10.

[3]張樹禮,郝軍,張巍.環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用研究[J].中國環(huán)境管理,2012,(4).

[4]揚子江.物聯(lián)網(wǎng)∶提升環(huán)境監(jiān)控能力的抓手[J].環(huán)境保護,2010,(8)∶3-6.