王 磊

（山西省忻州市環(huán)境監(jiān)測站 山西忻州 034000）

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程環(huán)境監(jiān)測技術的分析

王 磊

（山西省忻州市環(huán)境監(jiān)測站 山西忻州 034000）

順應信息化時代物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術在各大領域的應用越來越廣范，環(huán)境監(jiān)測中應用物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)屢見不鮮。我國已經(jīng)進入了經(jīng)濟發(fā)展的快車道，積累的環(huán)境問題也日益顯現(xiàn)。本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術并且基于物聯(lián)網(wǎng)的技術架構構建一個方位全面，層次多元，覆蓋廣泛的遠程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術中的傳感器和無線傳輸技術對相應的環(huán)境參數(shù)進行檢測，針對環(huán)境污染檢測的隨機性,增加遠程環(huán)境監(jiān)測的科學性和準確性,從而能降低環(huán)境監(jiān)測的難度并且精簡了人力投入,最重要的是可以有效提升遠程環(huán)境監(jiān)測的質量,為深入的改善環(huán)境污染的現(xiàn)狀提供技術方面的支持。

物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)測；應用分析

引言

我國的生態(tài)環(huán)境問題隨著30多年來的經(jīng)濟快速發(fā)展日益顯現(xiàn)，進入頻發(fā)階段。例如，全國部分水系污染及飲用水安全問題，有的區(qū)域土壤污染比較嚴重，經(jīng)常出現(xiàn)范圍大、時間長的灰霾天氣等。國務院辦公廳于2015年8月12日當天印發(fā)《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設方案》，該方案提出現(xiàn)階段至2020年，初步地建成陸海統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的關于生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測網(wǎng)絡。為此構建一個基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是勢在必行的，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)代化水平，推動環(huán)境監(jiān)測信息化建設是我國現(xiàn)階段生態(tài)文明建設的主要任務之一。

1 環(huán)境監(jiān)測與物聯(lián)網(wǎng)的相關概念

環(huán)境監(jiān)測的概念是貫穿在環(huán)境質量整個監(jiān)測的過程中的[1],以前的的環(huán)境檢測對象都是相對單一的,但是隨著環(huán)境問題的嚴重化趨勢越來越明顯,環(huán)境監(jiān)測的范圍必須要擴大發(fā)展方向,要加上對于環(huán)境質量與環(huán)境污染的監(jiān)測。其中環(huán)境監(jiān)測的主要流程包括現(xiàn)場調查、樣品收集與處理、樣品保存、數(shù)據(jù)處理與綜合評價。數(shù)據(jù)分析后必須以報告的形式進行數(shù)據(jù)的綜合評價,這樣的形式也為今后的環(huán)境監(jiān)測工作提供必要的依據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)簡單來說就是通過先進技術將待識別物體與互聯(lián)網(wǎng)技術相融合,可以做到對這些事物的識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理。[2]物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義就是物物相連。

2 環(huán)境監(jiān)測中物聯(lián)網(wǎng)的作用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術與空氣質量監(jiān)測

近年來人們越來越關系空氣質量，“灰霾天氣”中PM2.5、有害氣體含量等成了大眾所關心的話題。傳統(tǒng)的監(jiān)測是監(jiān)測人員直接觀察并記錄，從數(shù)據(jù)入手分析各污染物的含量是否滿足國家標準。這種方式往往耗費許多的人力和物力資源，缺乏動態(tài)性。由此本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣遠程式的監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)原理是利用物聯(lián)網(wǎng)的相關技術實現(xiàn)對空氣情況實現(xiàn)實時監(jiān)測、傳輸和處理等。物聯(lián)網(wǎng)技術對空氣的質量有一個實時全面的監(jiān)測，根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)對空氣污染成分分析及對污染來源進行追溯，確保預防工作和消除污染措施的落實，因此物聯(lián)網(wǎng)技術在空氣質量的監(jiān)測和溯源應用中的的作用十分重大。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術與水污染監(jiān)測

水污染監(jiān)測亦是環(huán)境監(jiān)測重要部分，水質的監(jiān)測概念很大涉及也較廣。傳統(tǒng)的水質自動監(jiān)測站，主要對水溫、pH值、溶解氧、電導率、濁度和氧化還原電位等指標實施監(jiān)測并提供水質自動檢測報告。[3]我國水質監(jiān)測與檢測主要是檢測生活飲用水和水污染兩方面，但傳統(tǒng)的檢測方式在檢測中要每段時間反復得取水，顯然這種方法并不能實時得了解水質。而基于物聯(lián)網(wǎng)技術的水質自動監(jiān)測系統(tǒng)，能實時、連續(xù)、準確地監(jiān)測目標水域的水質和它的變化狀況，檢測得到的數(shù)據(jù)會自動傳輸?shù)秸{度中心并且自動存儲方便隨時取出分析，并且如果發(fā)現(xiàn)水質問題會自動報警，十分的便捷。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程環(huán)境監(jiān)測技術的系統(tǒng)設計

3.1 架構設計

物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。[4]其自下而上可以分為三個層次：

（1）感知層目的是全面感知：利用傳感器技術等感知、捕獲采集物體的各種信息；

（2）網(wǎng)絡層就是傳輸數(shù)據(jù)：通過各種互聯(lián)網(wǎng)將得到的數(shù)據(jù)信息進行遠距離的傳輸；應用層即智能處理：利用各式各樣的智能數(shù)據(jù)處理技術，對下兩層采集、傳輸上來的數(shù)據(jù)和信息進行分析及處理,使用具體的作業(yè)場景來實現(xiàn)信息的存儲、數(shù)據(jù)的挖掘、應用的決策等。

3.2 具體系統(tǒng)組成設計

（1）感知層主要目的就是收集相關數(shù)據(jù)，根據(jù)具體的環(huán)境監(jiān)測的對象我們應該先確定需要采集的信息，例如對大氣空氣質量的監(jiān)測我們就需要監(jiān)測各種氣體的濃度和溫度等參數(shù)。為了采集這些信息布置相應的傳感器，傳感器組成的網(wǎng)絡應確保對監(jiān)測區(qū)域有一個很好的覆蓋。這些個傳感器節(jié)點構成無線傳感器網(wǎng)絡再通過ZigBee技術等近距離無線傳輸技術來確保采集到的數(shù)據(jù)可以向上層傳送。

（2）網(wǎng)絡層，這部分是將上一步的數(shù)據(jù)等打包再傳送到環(huán)境檢測中心等終端，也就是說網(wǎng)絡層是聯(lián)通感知及應用層的一座必不可少的橋梁。網(wǎng)絡層的工作方式為：先存儲于現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫之中、再上傳至位于公網(wǎng)云計算網(wǎng)絡中的中間件服務器。中間件服務器接收現(xiàn)場服務器根節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)集，并存儲于數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)向公網(wǎng)中數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫的傳輸和遷移。[5]在網(wǎng)絡傳輸方面涉及到一系列的遠距離網(wǎng)絡技術譬如GPRS、3G、4G等，綜合各方面的優(yōu)勢，通過對比選擇一種適合系統(tǒng)且經(jīng)濟實惠的遠距離網(wǎng)絡傳輸技術來對下層采集到的數(shù)據(jù)進行有效并且安全的傳送，數(shù)據(jù)全面、不重不漏的傳送是一個需要解決的問題。

（3）應用層對于該系統(tǒng)的應用層方面主要的目的就是利用遠程監(jiān)測平臺完對環(huán)境監(jiān)測的各種信息數(shù)據(jù)的接收、處理和顯示等，這一部分是對下面兩層的工作情況進行一個全面立體的展示，通過各種數(shù)據(jù)庫以及組態(tài)軟件對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，然后有一個動態(tài)的曲線、趨勢之類的展示，目的就是讓環(huán)境監(jiān)測的相關工作人員能夠一目了然的看懂所監(jiān)測的環(huán)境的具體信息，好做出一些相關的結論和分析。

以上框架設計好之后就著手搭建相應的軟硬件的平臺來確保改遠程環(huán)境監(jiān)測功能的良好實現(xiàn)。

系統(tǒng)框架如圖1：

圖1

結語

在信息化時代將物聯(lián)網(wǎng)相關技術應用到環(huán)境監(jiān)測方面是一個很好的創(chuàng)新舉措，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術優(yōu)勢對需要監(jiān)測的環(huán)境進行遠程監(jiān)測，實現(xiàn)了智能化的感知、智能化的處理和智能化管理。一方面大大提高了環(huán)境監(jiān)測的準確性和實時性并且確保了環(huán)境監(jiān)測工作的全面性，另外一個方面這個系統(tǒng)也很大程度的精簡了工作的人員數(shù)量，積極響應國家的創(chuàng)新政策?；谖锫?lián)網(wǎng)的環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)可以更好的更加全面的對相關環(huán)境進行監(jiān)測，并且與專業(yè)人員的合理配合可以更加透徹的了解相應的環(huán)境狀況對于環(huán)境治理工作的開展有很大的積極作用。

[1]石晶晶.環(huán)境監(jiān)測技術的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究[J].建材與裝飾,2017,(19):154-155.

[2]包順華,李世成.物聯(lián)網(wǎng)技術應用及發(fā)展研究[J].中國新通信,2017,19(15):87.

[3]張玨.基于無線傳感器網(wǎng)絡的水質在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].重慶大學,2010.

[4]孫其博,劉杰,黎羴,范春曉,孫娟娟.物聯(lián)網(wǎng):概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報,2010,33(03):1-9.

[5]張文軍,王建平,范世平,楊春滿,李麗莉.深井凍結施工遠程監(jiān)測與故障診斷物聯(lián)網(wǎng)的設計[J].煤炭科學技術,2015,04:82-87.