張闖

摘要 從感知、傳輸、支撐、應用和用戶5個層次對環(huán)保物聯網進行了詳細的描述，同時從系統劃分的角度敘述了環(huán)保物聯網的構成和功能組成，并就其在我國當前的應用中存在的問題進行了分析和探討，提出了相應的解決辦法。

關鍵詞 環(huán)保物聯網；系統架構；應用；發(fā)展現狀；問題；中國

中圖分類號 TP391.44；TN929.5 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0331-02

Application and Current Status of Environment Protection IOT in China

ZHANG Chuang

（Environmental Monitoring Center of Liaoning Province，Shenyang Liaoning 110161）

Abstract The concept of what was environment protection IOT was described on five respects，which including sensing，transmitting，supporting，applying and using.At the same time，the function and structure of environment protection IOT were also given from system dividing. The existed problems and the methods how to resolve were put forward at the last part of this paper.

Key words environment protection IOT；system structure；application；developing status；problems；China

在我國經濟快速發(fā)展的同時，環(huán)境問題也日益突出，嚴重制約了經濟的健康發(fā)展以及人民生活水平的提高。由于我國目前仍然處于工業(yè)化的上升期，經濟發(fā)展給環(huán)境帶來了嚴重的影響?！笆晃濉逼陂g，雖然環(huán)保工作取得了一定成績，局部有所改善，但總體形勢依然十分嚴峻。為實現“十二五規(guī)劃”制定的污染物排放量減排長遠目標，迫切需要健全節(jié)能減排統計、監(jiān)測和考核三大體系，不斷完善統計、核算、監(jiān)測方法，提高能源統計的及時性、準確性和全面性，方便環(huán)保部門及時有效地對污染源排放量進行監(jiān)督，并做到信息公開化，實現全民共同監(jiān)督。環(huán)保物聯網技術的發(fā)展，使上述目標的實現成為可能[1-2]。

1 環(huán)保物聯網系統功能概述

通常意義上講，物聯網的架構為3層，但如果進一步細分，由下至上，環(huán)保物聯網可劃分為5層，分別為感知層、傳輸層、支撐層、應用層和用戶層。其中，感知層主要是各類智能監(jiān)控終端、傳感器和在線設備，對環(huán)境質量和污染源等相關數據進行實時的采集；傳輸層由有線和無線網絡組成，實現環(huán)境信息的傳遞，現在基本由電信運營商網和應急狀態(tài)下的衛(wèi)星網構成；支撐層主要是 IT 基礎設施，包括服務器、操作系統、數據庫和各類通用軟件系統，為環(huán)保業(yè)務提供平臺支撐；應用層包括各類具體的業(yè)務應用系統，具體包括污染源一體化實時監(jiān)控、環(huán)境質量動態(tài)監(jiān)測、排污許可證管理、環(huán)境風險應急處理、污染源動態(tài)管控等；用戶層是包括各種角色的最終用戶，如政府企業(yè)、環(huán)保機構及社會公眾[3-5]。

如果從功能的角度，或者從系統的角度，也可以將環(huán)保物聯網劃分為3個子系統，每個子系統完成特定的功能，同時又互相聯系，通過每個系統的接口層實現數據和指令的成熟。

1.1 智能感知終端子系統

智能感知終端子系統包括各類在線設備、傳感器、分析設備及數據采集傳輸儀。其中，在線設備和傳感器、分析設備通過物理化學方法，完成現實世界中各種物理量（如COD、PM2.5、噪聲）到模擬量或數字量的變換；數據采集傳輸儀通過模擬或數據接口，實現與上述設備的數據交換，并按照國家標準（目前為HJ/T212）規(guī)定的格式，將信息上傳至服務器，傳輸方式為以太網或者2G/3G/4G網絡。但就目前情況而言，采集和傳輸已經有融為一體的技術發(fā)展趨勢，二者在物理結構上，也可能是同一臺設備。

在實際環(huán)保應用中，各級污染源企業(yè)在數據傳輸時目前廣泛應用的還是符合HJ/T212標準的數據采集傳輸儀，或簡稱數采儀，主要完成的功能包括人機交互、業(yè)務邏輯、數據庫存儲3個方面，具體如下：通過數字或模擬接口，調用內置的驅動程序，完成與在線設備或傳感器的數據交換，實現環(huán)境質量數據的獲取；按照HJ/T212標準與平臺交互，對接收的指令進行解析和對上傳的數據進行協議封裝，同時通過擴展協議，實現技術人員對數采儀設備的遠程控制和狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷；技術人員通過人機界面或者遠程方式，完成對儀器的系統配置，如量程、補償系數等，這些配置信息掉電不會丟失；根據實現方式的不同，采用文件、數據庫或者序列化的方式實現對測量數據和配置信息的存儲；技術人員可通過人機界面，實時獲取監(jiān)測數據的變化情況及趨勢，同時也可以通過條件檢索，查詢一定時間段的歷史數據。

1.2 基于云計算的支撐子系統

傳統的環(huán)保IT架構中，各業(yè)務平臺獨立建設，均由相應的服務器資源、存儲資源、網絡資源等構成，各業(yè)務平臺重復建設以上設備，導致CAPEX較高；同時由于需要滿足不同的安全性或者技術要求，在硬軟件的選擇上也存在多種組合（如服務器：IBM/ SUN/ HP，操作系統UNIX/ Linux/ Windows/AIX，數據庫：Oracle/ SYBASE/SQL等）和運維手段（B/S，C/S）等，導致OPEX較高。

目前，在環(huán)保業(yè)務應用中，已經普遍采用了云計算技術取代傳統的硬件部署模式，通過虛擬化的技術手段，實現對物理資源分配單元的細化，從而達到提高系統分布密度和使用效率，降低對物理設備的需求投入和需求能耗的目的。endprint

具體而言，是構造資源池系統，對外提供各類IT資源，包括計算資源、網絡資源、存儲資源。計算資源由虛擬機資源、物理機資源組成；存儲資源主要由磁盤陣列提供；網絡資源包括公網IP資源、帶寬資源、虛擬防火墻資源、負載均衡資源等，由NAT設備、路由器/交換機、防火墻、負載均衡器等設備提供。計算資源、存儲資源、網絡資源、本地備份資源之間相互協作對外提供完整的資源使用環(huán)境。

借助于云服務模式，可達到以下的效果：提高資源利用率，降低能耗；實現更快速的資源管理；減少在IT維護方面的人員投入；更快速地應用部署；按需索取的資源利用方式；新增預算及投入可控。

1.3 以污染源在線監(jiān)控為核心的應用子系統

該子系統主要通過集成多個相應的服務模塊，實現為不同的角色服務。主要包括污染源檔案管理、一體化實時監(jiān)控、有效性審核、風險源管理、排污許可證管理與排污交易、查詢與評價和系統管理等部分，協助政府環(huán)保部門對污染源進行綜合查詢、數據統計、趨勢分析、專題分析、數據瀏覽、報告生成等操作。同時，輔助環(huán)保業(yè)務部門對區(qū)域內的污染源監(jiān)控設備進行狀態(tài)評估和健康管理，準確掌握區(qū)域內污染物排放量及趨勢變化。目前，多個軟件系統已經打破原有信息孤島的局面，實現橫向貫通。

2 環(huán)保物聯網存在的問題

從20世紀末期開始，物聯網技術就開始在環(huán)保領域應用。2007年，國家財政部會同其他有關部門，頒布了多項財稅政策和制度方法，初步形成了財稅政策體系以支持節(jié)能減排，并下撥專項資金用于節(jié)能減排體系的建設，在全國范圍內遴選出重點排污企業(yè)，并為之配套在線監(jiān)控設備，建成覆蓋國家、省、市3級監(jiān)控中心和污染物排放監(jiān)控網絡；在“十二五”規(guī)劃中，對COD、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等污染源約束指標進行了明確規(guī)定，同時制定了量化的節(jié)能減排目標，用于進一步的指導和規(guī)范節(jié)能減排工作。借助于以上措施，保障了環(huán)保監(jiān)控體系信息化建設，同時，在全國范圍內也初步形成了環(huán)保物聯網應用體系。但是，由于技術基礎相對薄弱等各方面原因，與發(fā)達國家相比，我國環(huán)保物聯網技術的應用還處于初級階段，很多方面很不成熟，存在的主要問題有以下幾個方面。

2.1 前端感知方面

目前，市場上已經應用的在線監(jiān)控設備、智能感知設備和數采儀技術含量低，功能單一，測量精度難以保證，可靠性、環(huán)境適應性和智能化程度等有待提高和改善。

2.2 支撐平臺方面

很多在信息領域或工業(yè)上已經得到大量應用的成熟IT技術在環(huán)保領域的應用還不是很普及，而且由于行業(yè)限制以及重業(yè)務輕管理的思維方式，使得新的IT技術在環(huán)保領域的更新速度較為緩慢，例如目前對社會各界廣泛關注的PM2.5的監(jiān)測，幾乎沒有成熟的分析、預測模型，使得預報的精度難以保證，大數據等技術手段也僅僅停留在概念階段。

2.3 上層應用方面

環(huán)保物聯網是復雜系統，需要將信息技術與環(huán)保業(yè)務密切結合，而當前一個非常突出的問題是由于歷史原因，不同的環(huán)保管理部門各自上了大量獨立的軟件系統，由于沒有統一的規(guī)范或者標準，而且這些系統是不同的公司、不同時期的產物，無法橫向貫通，導致信息孤島現象嚴重，不僅造成資源和成本的浪費，更與其他已有系統難于融合協作，信息共享困難。

2.4 人才培養(yǎng)方面

由于環(huán)保領域工作人員的專業(yè)限制，缺少既懂環(huán)保又懂信息技術的人才來統籌和推動環(huán)保物聯網的頂層設計與具體實施，而從事信息技術的開發(fā)人員，由于環(huán)保專業(yè)知識的欠缺，又很難確切理解環(huán)保的業(yè)務需求，從而阻礙了新技術在環(huán)保領域的應用。

2.5 國家政策法規(guī)層面

環(huán)保物聯網的發(fā)展，離不開國家法律法規(guī)的進一步完善，政策指令的進一步引導，以及各方資金的持續(xù)投入，以形成良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。

3 結語

縱觀全球，環(huán)保物聯網的發(fā)展方興未艾，國外已經有了很多具體的應用案例，在污染防治、生態(tài)保護等領域發(fā)揮著巨大作用。而在我國，環(huán)保物聯網還未大量運用的主要原因是由于物聯網自身的理論、技術還不夠完善，暫時還無法真正體現出新技術對于環(huán)保工作的顛覆性促進作用，但相信隨著科技人員的不懈努力，物聯網各項技術的日趨完善，大量成熟的產品和應用將越來越多地出現，同時也將環(huán)保物聯網在我國的應用推向新的高度。

4 參考文獻

[1] 羅倩.遼寧太子河流域非點源污染模擬研究[D].北京：中國農業(yè)大學，2013.

[2] 彭湃.農業(yè)非點源污染典型防治措施評價研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2013.

[3] 夏軍，翟曉燕，張永勇.水環(huán)境非點源污染模型研究進展[J].地理科學進展，2012（7）：941-952.

[4] 陳勇，馮永忠，楊改河.農業(yè)非點源污染研究進展[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2010（8）：173-181.

[5] 張新，程熙，李萬慶，等.流域非點源污染景觀源匯格局遙感解析[J].農業(yè)工程學報，2014（2）：191-197.endprint