來育梅王 偉（.聚光科技（杭州）股份有限公司，浙江 杭州 3005；.杭州水處理技術研究開發(fā)中心有限公司，浙江 杭州 300）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的環(huán)境監(jiān)測應用研究

來育梅1王 偉2
（1.聚光科技（杭州）股份有限公司，浙江 杭州 310052；2.杭州水處理技術研究開發(fā)中心有限公司，浙江 杭州 310012）

隨著信息技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術也獲得了極大的提高，目前物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)使用到了各個領域中，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著越來越重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)技術由于集成了遠程的監(jiān)控與遙測、自動化采集與傳輸?shù)茸钚录夹g，對環(huán)境的監(jiān)測工作將起到重要的作用，將會徹底改變現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測工作的理念與方式。本文就基于物聯(lián)網(wǎng)技術的環(huán)境監(jiān)測應用進行了全面的分析。

物聯(lián)網(wǎng)技術；環(huán)境；監(jiān)測；應用研究

在我國經(jīng)濟取得巨大成就的同時，也要看到我國的環(huán)境污染也已經(jīng)成為了一個很大的問題，特別是最近幾年，我國環(huán)境質(zhì)量下降的同時又出現(xiàn)了一些新的或是隱性的環(huán)境問題，比如外來物種的侵入等，這些問題的出現(xiàn)既是我國經(jīng)濟取得巨大發(fā)展的證明，同時也是我國經(jīng)濟發(fā)展不足的表現(xiàn)。環(huán)境監(jiān)測向自動化、信息化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展是一個大的趨勢，我國目前在這方面的技術還很落后，物聯(lián)網(wǎng)技術的出現(xiàn)為我國環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展提供了一個很好的契機。

一、環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)基本概念

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過這么多年的發(fā)展，其概念的提出已經(jīng)有很多的版本，但不論哪種版本，其基本的內(nèi)容包含以下幾個方面：物聯(lián)網(wǎng)首先要部署一些具有智能化、自動化、信息化的數(shù)據(jù)采集與計算處理能力的芯片與軟件，然后通過網(wǎng)絡技術將這些芯片與軟件進行互聯(lián)，以達到信息與數(shù)據(jù)的共享、傳輸、協(xié)同處理等功能，從而實現(xiàn)人與人、物與物或人與物之間的互動。

隨著信息技術、網(wǎng)絡技術、自動化技術、芯片技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始應用到生活的各個方面，很多地方的環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)開始廣泛使用物聯(lián)網(wǎng)技術。

2 環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的組成結構

物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測中的應用與其它領域的應用有共同之處，但是由于環(huán)境監(jiān)測的特殊性，物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測中的應用技術有其自身的特點，比如環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)量大、精度要求高、數(shù)據(jù)要求高可靠性傳輸、網(wǎng)絡健壯性要求高等。

從目前物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測中的應用實際來看，其結構主要分為三層：應用層、網(wǎng)絡層、采集層。

采集層是環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的基礎層次，其主要功能是利用一些智能設備，比如攝像頭、傳感器、電子碼等對外界的環(huán)境參數(shù)進行采集。對環(huán)境參數(shù)的采集只是實現(xiàn)了對外界環(huán)境的感知，更主要的還要進行數(shù)據(jù)的傳輸與共享，所以采集層主要由采集設備與傳輸網(wǎng)絡兩部分組成。傳輸網(wǎng)絡是由在空間上分布的各類智能采集設備所組成的網(wǎng)絡，這些采集設備負責采集其所在地的各類環(huán)境參數(shù)。傳輸網(wǎng)絡在所有節(jié)點部署了一個或幾個智能采集設備，并同時為這些設備配備了能源系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)等，這些共同組成了采集層的網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。從中可以看出，其中最主要的便是智能化的采集設備，其分布的規(guī)模、采集的精確度等決定了整個環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的功能與效率。

網(wǎng)絡層是利用移動網(wǎng)、無線網(wǎng)、廣電網(wǎng)、有線網(wǎng)等對采集層所采集的數(shù)據(jù)進行實時的傳輸與處理，是整個環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分。采集層所組成的傳輸網(wǎng)絡只能在特定的區(qū)域內(nèi)進行組網(wǎng)，覆蓋范圍是有限的，在這種情況下數(shù)據(jù)的傳輸?shù)榷荚谟邢薜姆秶鷥?nèi)進行，對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的作用并不大。而網(wǎng)絡層則是實現(xiàn)將采集層所采集的數(shù)據(jù)進行大范圍的傳輸與共享，只有實現(xiàn)了這種數(shù)據(jù)的實時傳輸與共享，并且實現(xiàn)多方的交互，環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的存在才有意義，才能在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮應有的作用。從以上表述中可以看到，網(wǎng)絡層實現(xiàn)的關鍵是采集層與網(wǎng)絡層的接口技術。

應用層主要是完成環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的各項特定功能，以及為了實現(xiàn)這些特定功能所要處理的與網(wǎng)絡層之間的接口、相關數(shù)據(jù)的處理等。將采集層的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡層傳輸，在應用層對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，向環(huán)境監(jiān)測提供實時、準確、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。從以上表述可以看出，應用層最主要的技術包含大批量數(shù)據(jù)的分析處理能力、與網(wǎng)絡層的無縫接口、對網(wǎng)絡層和采集層的協(xié)調(diào)互動。

二、環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)存在的問題

目前物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中已經(jīng)獲得了很大的發(fā)展，但是在使用的過程中還存在著一些問題制約著發(fā)展。

1 安全性

在環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的各個層次中，都存在著安全性的問題。首先，數(shù)據(jù)采集層的傳輸網(wǎng)絡其組網(wǎng)技術相對簡單，由于其能源系統(tǒng)的限制，對于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加密程度較弱，無法防范數(shù)據(jù)的泄露問題；其次，網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)傳輸，由于使用的是無線、有線、廣電等方式時行通信，也不可避免地面臨著黑客、病毒以及網(wǎng)絡自已的缺陷而造成的數(shù)據(jù)泄露的情況；最后，在應用層，由于在此層面上要求數(shù)據(jù)的共享，所以數(shù)據(jù)的安全性也在降低。

環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)各個接口之間在保證互聯(lián)互通的同時，如何確保整體的安全性，已經(jīng)成為了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要制約因素。

2 技術標準

目前物聯(lián)技術發(fā)展的很快，但是相應標準的制定卻未能跟上這種發(fā)展的腳步，環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)也面臨著這個問題。環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)各個層面、各個接口之間標準的不統(tǒng)一，已經(jīng)嚴重制約著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

3 產(chǎn)業(yè)化

我國的環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方面的應用與其它領域的應用相比還很弱小，并沒有形成規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)。造成這種情況的原因是多方面的，首先，物聯(lián)網(wǎng)的建設涉及到各個環(huán)節(jié)、不同的廠商，各廠商之間未形成共贏的局面；其次，由于環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈較長，其成本無法有效地控制；最后，產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)相對分散，無法形成一個統(tǒng)一而有力的服務提供商。

三、環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢

未來環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢主要有兩個方面：橫向與縱向。從縱向方面來看，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，可以深入挖掘物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測方面的智能化、自動化、信息化技術；從橫向方面來看，目前物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測方面的應用還很單一，物聯(lián)網(wǎng)未來可以向土壤監(jiān)測、大氣監(jiān)測、電磁監(jiān)測、海洋監(jiān)測等方面發(fā)展，以涵蓋更廣闊的范圍。

結語

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及科學的不斷進步，特別是信息技術與無線通信技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術在各個領域都獲得了極大的應用，物聯(lián)網(wǎng)技術進入環(huán)境監(jiān)測領域是未來發(fā)展的趨勢。

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