俞弦

【摘 要】隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，環(huán)境污染已經(jīng)變成整個社會不可忽視的一個重要問題，而如何對環(huán)境問題進行有效監(jiān)測也是大家關注的重點。物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)之后的又一個信息技術革命，可全面應用于環(huán)境監(jiān)測工作。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測行業(yè)中的應用定位以及技術特點進行了分析，并著重介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，提出促進物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測行業(yè)中發(fā)展的建議。

【關鍵字】物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)測；應用

中圖分類號： X84 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0075-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.034

【Abstract】With the continuous development of the economy， environmental pollution has become an important issue that cannot be ignored in the entire society. How to effectively monitor environmental issues is also the focus of attention. As a further information technology revolution after the Internet， the Internet of Things can be fully applied to environmental monitoring. This article analyzes the application orientation and technical characteristics of Internet of things technology in the environmental monitoring industry， and focuses on the environment monitoring system based on Internet of things technology， and proposes the promotion of Internet of things development in the environmental monitoring industry.

【Key words】Internet of Things； Environmental monitoring； Application

1 環(huán)境監(jiān)測重要性

伴隨現(xiàn)代社會科技和工業(yè)的高速發(fā)展，人們不可避免的在社會化生產(chǎn)過程中對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重破壞。而環(huán)境質(zhì)量與人民群眾的生活密不可分，越來越嚴峻的生態(tài)環(huán)境危機問題嚴重在各個方面影響了人民的日常生活，該現(xiàn)象引起了人民的擔憂和反思，也越來越得到各國各級政府的重視。

環(huán)境問題最明顯的表現(xiàn)形式為空氣污染，而空氣污染正是影響人體健康的一個主要環(huán)境風險?？諝馕廴境潭鹊募又乜稍黾又酗L、心臟病、肺癌以及慢性和急性呼吸道等疾病的患病幾率。空氣污染程度越高，人們的心血管和呼吸系統(tǒng)健康水平就越差，且不存在長期或短期受污染的差異?？諝馕廴景鈶B(tài)和固態(tài)等多種成分。高濃度的微細顆粒物污染，易誘發(fā)心臟病和中風死亡，以及呼吸系統(tǒng)疾病和癌癥等。所以，測量2.5微米或更小直徑微細顆粒物（PM2.5），被公認是關于空氣污染帶來的健康風險水平的最佳指標。

環(huán)境監(jiān)測，指的是人們借助先進的技術手段和科學方法，在一定的時間范圍內(nèi)對影響和可能影響人類以及動植物生存發(fā)展的環(huán)境質(zhì)量狀況、影響環(huán)境質(zhì)量的因素代表值進行監(jiān)視性調(diào)查、測定，從而掌握、研究、確定和預測環(huán)境受污染、受破壞等質(zhì)量狀況及其變化趨勢的行為和過程。環(huán)境空氣污染檢測的對象主要包含顆粒物質(zhì)（PM）、臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）等指標。通過對污染嚴重的環(huán)境中的大氣、土壤、生物、水資源等環(huán)境要素進行長時間、規(guī)律的監(jiān)測，在環(huán)境監(jiān)測的可控范疇內(nèi)，使用多種科學的方法對不同環(huán)境污染問題進行整理、預防、排查，并高效控制和根治已經(jīng)被污染的環(huán)境要素，按期跟進，防止污染進一步擴散。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用定位

隨著生活水平的大幅度提高，人們越來越重視自己的身體健康，也加強了對生活環(huán)境的關注程度，尤其是一些對健康產(chǎn)生風險的氣體物質(zhì)，并逐步在實施有效的監(jiān)管和治理。隨著日益嚴重的大氣污染，環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測行業(yè)得到逐步發(fā)展，近年來，環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)在我國普遍應用并小有成效?，F(xiàn)在主流的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)大多是應用物聯(lián)網(wǎng)技術，基于無線傳感器網(wǎng)絡技術，采集、傳輸和監(jiān)測指定的生活作業(yè)環(huán)境中的各項數(shù)據(jù)指標，比如有毒有害氣體，粉塵， PM2.5等，該系統(tǒng)可應用于石油化工，工廠?；穫}庫，學校，公園等環(huán)境?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可應用于城市網(wǎng)格大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)園區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測、室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測、特殊敏感場景環(huán)境檢測等多種智慧城市應用場景。

2.1 城市網(wǎng)格大氣環(huán)境監(jiān)測

運用現(xiàn)在普及程度最高，使用效果最佳的環(huán)保網(wǎng)格化監(jiān)控方法，對目標監(jiān)測地區(qū)實行網(wǎng)格化監(jiān)測，在不同位置、不同程度的污染源區(qū)域設置相對應的空氣質(zhì)量監(jiān)測終端設備，可以認識全地區(qū)的污染情況，也可以能對各個局部污染進行監(jiān)控，達成全區(qū)范圍內(nèi)宏觀到微觀的全方位監(jiān)控，同時，運用先進的大數(shù)據(jù)和云平臺技術，構建專業(yè)的空氣質(zhì)量模型，對收集到的數(shù)據(jù)按照空氣質(zhì)量變化的規(guī)律和趨勢進行科學研究預測，對造成空氣污染的主要污染源進行精確溯源，給從源頭上治理環(huán)境污染提供科學依據(jù)。

2.2 工業(yè)園區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測

可以在重點工業(yè)企業(yè)附近設置終端傳感器，實時對環(huán)境，尤其是污染排放指標進行監(jiān)測，還可以配合攝像頭，進行自動觸發(fā)攝像頭進行照相取證，為后續(xù)執(zhí)法工作提供有力證據(jù)。

2.3 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測

針對人員密集的室內(nèi)場景，如：學校、地鐵、商場等場所，可放置室內(nèi)型終端傳感器。通過對環(huán)境數(shù)據(jù)的收集，可通過云端計算給出通風、制冷、加熱、加濕等建議或機器指令，使用戶感知提升，能耗降低。

2.4 特殊敏感場景環(huán)境監(jiān)測

主要是在特殊敏感場景，例如 酒廠監(jiān)測溫濕度；地下管廊監(jiān)測氧含量，CO2等影響作業(yè)人員健康狀態(tài)的環(huán)境數(shù)據(jù)，進行安全提示，保證生產(chǎn)安全。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中的技術特點

基于無線傳感器網(wǎng)絡技術的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，采用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，終端設備區(qū)別于傳統(tǒng)的氣體傳感器存在零點漂移與溫度漂移、精度差、范圍小等問題，對城市環(huán)境中CO、O3、NO2、SO2氣體的監(jiān)測使用高精度電化學傳感器，零點漂移與溫度漂移幾乎為0，精度可達0.1ppm，對O3、NO2、SO2的測量范圍可達0～20ppm， 對CO的測量范圍可達0～1000ppm；

區(qū)別于傳統(tǒng)的風速風向測量，對城市環(huán)境中風速風向的測量采用超聲波風速風向測量方案，具有無啟動風速，反應速度快，量程廣、盲區(qū)小、線性度好、精度高和無機械磨損、易于安裝維護、不需校正等優(yōu)點；

區(qū)別于無法區(qū)分熱輻射與環(huán)境溫度的傳統(tǒng)的溫度測量傳感器，系統(tǒng)多使用的溫濕度傳感器可排除熱輻射干擾，只測量城市環(huán)境溫度，誤差不超過0.1℃；

對城市環(huán)境中PM2.5與PM10的檢測可采用高精度激光傳感器，PM2.5的測量精度可達0.3ug/m3，測量范圍可達0～500ug/m3， PM10的測量精度可達0.5ug/m3，測量范圍可達0～2000ug/m3。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)架構

環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)包括設備層、平臺層和應用層。

設備層通過新類型的傳感器的引入，擴展終端設備的服務能力，滿足實際項目的各種需求。處于三層架構中最底層的設備層，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的地基，具備物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心功能。作為物聯(lián)網(wǎng)的最基礎的一層，設備層起到非常重要的作用。設備層由數(shù)據(jù)采集子層、短距離通信技術和協(xié)同信息處理子層構成。

平臺層由數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)處理層（包括實時處理和離線處理）、數(shù)據(jù)儲存層、數(shù)據(jù)服務層、監(jiān)控報警服務、平臺管理服務（設備管理、權限管理、統(tǒng)一認證管理和日志管理）組成，功能統(tǒng)一，具有非常強的擴展性，可以通過新類型的網(wǎng)關的增加、開發(fā)，從而接入新類型的終端；同一類型的網(wǎng)關也可以多實例部署，實現(xiàn)負荷分擔，多實例之間N+1模式備份，具有較好的容錯性，保證對外服務的連續(xù)性。

應用層主要是物聯(lián)網(wǎng)的各類應用和第三方系統(tǒng)。應用層不需要處理和分析數(shù)據(jù)，只是通過數(shù)據(jù)服務層提供的查詢接口獲取到平臺層中已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)并在界面進行展示。應用層不僅提供設備管理、安全管理、日志管理、告警管理等平臺通用功能，還能根據(jù)項目的需要，進行專業(yè)的功能實現(xiàn)，針對項目提供多種視圖的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和分析。

5 總結

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以引導城市設計，引導公共空間合理布局；可以對以PM2.5為主的污染物濃度的擴散與分布特征進行分析，進而總結污染物擴散的基本規(guī)律；可以促進城市環(huán)境數(shù)據(jù)開放化，輔助市民健康生活。

隨著信息化技術的大力推廣，物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測行業(yè)中的應用已經(jīng)開始起步，但仍有很多關鍵技術在等待突破。物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測行業(yè)發(fā)展中是必不可少的一個環(huán)節(jié)，這需要整個社會的推動，促進環(huán)境監(jiān)測行業(yè)得到信息化，智能化的發(fā)展。

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