韓立 王栓寶 宋勝女 劉蘇

摘 要：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧環(huán)境監(jiān)測是實現(xiàn)國家提出綠色環(huán)境的重要手段。其核心技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、嵌入式技術(shù)、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，能實現(xiàn)全自動跨區(qū)域多點實時環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、智能決策，提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和保護工作的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧環(huán)境監(jiān)測;智能決策

1 智慧環(huán)境監(jiān)測的必要性和重要性

“十四五”關(guān)于環(huán)保方面提出加快推動綠色低碳發(fā)展，持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，增強全社會生態(tài)環(huán)保意識，深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)。智慧環(huán)境監(jiān)測是把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測中，實現(xiàn)一體化的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測、報警系統(tǒng)、信息傳遞集中于一體。利用大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)深層次地分析和挖掘數(shù)據(jù)，對工作形成決策輔助支持，從而確保大氣環(huán)境監(jiān)測的精準(zhǔn)性、實時性，提升我國綠化環(huán)境，加強環(huán)保水平，為實現(xiàn)我國長遠發(fā)展的目標(biāo)提供有利條件。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧環(huán)境監(jiān)測是典型三層架構(gòu)，自上而下分別是應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層（見圖1）。

感知層完成數(shù)據(jù)的采集，可定時、定點對某一環(huán)境的各個參數(shù)以及具體分布情況進行監(jiān)測和研究，對樣本進行相應(yīng)地分析，以此發(fā)現(xiàn)環(huán)境中存在的不利因素。組成感知層的是多個信息采集節(jié)點即各種硬件傳感器智能卡、電子標(biāo)簽、識別碼、攝像頭等感知設(shè)備，將無線傳感器[1]網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于環(huán)境智慧監(jiān)測領(lǐng)域，具有易于布置、靈活通信、低功耗、低成本等特點。感知層能量采集技術(shù)可以克服傳統(tǒng)化學(xué)電池供電存在的易爆、污染環(huán)境、更換麻煩等缺點，還可根據(jù)工作環(huán)境中可能的能源種類，將兩種或兩種以上的能量轉(zhuǎn)換方式集成到同一器件，實現(xiàn)更有效地?zé)o線傳感器供電。

網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，利用無線網(wǎng)、移動網(wǎng)、固定網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)感知層所采集信息的傳輸與處理，實現(xiàn)多方的交互，是整個環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分，主要由監(jiān)測服務(wù)器、遠程控制服務(wù)器、中轉(zhuǎn)服務(wù)器組成。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，可采用安全系數(shù)更高的加密算法。數(shù)據(jù)整合技術(shù)對于減少原始數(shù)據(jù)的冗余，提高數(shù)據(jù)傳輸效率有很大的優(yōu)勢，并且利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)也能夠有效提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度，減少因信息模糊或失效等原因造成的損失。

應(yīng)用層主要包括環(huán)境監(jiān)測的特定應(yīng)用服務(wù)，用于完成信息的分析處理和決策，以實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測信息的識別、感知、分析和預(yù)測，發(fā)揮智能作用。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，完成對數(shù)據(jù)大屏的實時更新，實時了解環(huán)境狀態(tài)信息，通過大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)深層價值，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測水平的有力提升，推進環(huán)保工作的有效開展。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧環(huán)境監(jiān)測中的制約因素

（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范不完善，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和普及。受環(huán)境因素的影響和監(jiān)測體系復(fù)雜的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的限制，易出現(xiàn)多次重復(fù)檢測現(xiàn)象，造成資源的嚴(yán)重浪費，目前仍未能實現(xiàn)對環(huán)境變化過程的有效監(jiān)督。因此，需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加快系統(tǒng)建設(shè)，以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢[2]。只有提高生產(chǎn)率，制定形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才能使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有更加的普適性，實現(xiàn)對環(huán)境變化過程的全方位的有效監(jiān)督。

（2）環(huán)境監(jiān)測規(guī)模不能滿足全面應(yīng)用的要求，監(jiān)測能力有限，精確度不高，傳感器功能單一。起步階段的監(jiān)測系統(tǒng)采用的傳感器等設(shè)備功能簡單，監(jiān)測能力有限，精確度不高，數(shù)據(jù)單一，降低了監(jiān)測的可靠性，各參數(shù)之間的變化影響不易發(fā)現(xiàn)，實用性難以滿足全面應(yīng)用的要求。此外，現(xiàn)有的通信系統(tǒng)很難與較為先進的技術(shù)兼容，信息資源難以整合，無法綜合應(yīng)用。

（3）環(huán)境監(jiān)測從業(yè)人員和具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合素質(zhì)人員太少，技術(shù)人員能力有限。監(jiān)測工作需要專業(yè)人員來實現(xiàn)，但從業(yè)人員對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的掌握程序有限，缺乏專業(yè)知識和操作能力，無法有效解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用過程中的問題。不能充分體現(xiàn)計算機應(yīng)有的價值和性能，不能利用大數(shù)據(jù)挖掘出預(yù)警信息，不能更好地做智能決策，故需要重組優(yōu)化人員結(jié)構(gòu)，令其既懂監(jiān)測又懂計算機物聯(lián)網(wǎng)知識。

（4）系統(tǒng)管理水平較低。我國尚不完善的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，受體制等諸多因素束縛，系統(tǒng)管理水平有待提高[3]。為使其整體管理水平更加適應(yīng)實際工作的要求，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)尤應(yīng)把完善物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和相關(guān)的管理制度作為重任。

（5）檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)三層中的感知層和應(yīng)用層產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，但是形成數(shù)據(jù)無法共享，不能整合資源，統(tǒng)籌安排，對數(shù)據(jù)不能進行深層次分析與挖掘，不能為監(jiān)測技術(shù)提供科學(xué)條件。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的優(yōu)化措施

（1）深度挖掘環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供智能決策?，F(xiàn)場終端設(shè)備監(jiān)測點、監(jiān)測數(shù)據(jù)類型多樣化，通過大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從大量的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取出有用的信息，數(shù)據(jù)共享，結(jié)合類分析法、環(huán)境質(zhì)量證級法、環(huán)境預(yù)測法對數(shù)據(jù)進行分析，通過圖表形式顯示給用戶，當(dāng)達到臨界值時可設(shè)為預(yù)警點，并產(chǎn)生預(yù)警提示功能，為不同的用戶提供智能決策，提升環(huán)保質(zhì)量。

（2）構(gòu)建完善的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立統(tǒng)一的終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)測平臺物聯(lián)網(wǎng)工作信息平臺，使環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享。監(jiān)測平臺以監(jiān)測服務(wù)器為中心，根據(jù)不同監(jiān)測人員的需求對接收到的環(huán)境監(jiān)測信息進行不同的處理，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，建立分析模型，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，制定預(yù)警方案和解決方案，建立起事前預(yù)警、事中監(jiān)測、事后處理的完整系統(tǒng)。三層的軟硬件都充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)先進技術(shù)的優(yōu)勢完善監(jiān)測技術(shù)且配合工作，加強技術(shù)控制，增加監(jiān)測范圍，完善監(jiān)測要素[4]，以保證物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中各個環(huán)節(jié)的銜接和功能的完整，達到監(jiān)測環(huán)境污染、保護環(huán)境的目的。

（3）優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)界面設(shè)計。實時獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)傳遞、預(yù)警預(yù)測以及信息決策，設(shè)置不同的訪問權(quán)限以保證數(shù)據(jù)的安全，對監(jiān)測點進行充分地考察，了解監(jiān)測需求，自動對數(shù)據(jù)進行分析，確定預(yù)警類型，制定清晰的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)的采集、存儲共享，深度數(shù)據(jù)挖掘，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，優(yōu)化整合環(huán)境監(jiān)測信息，跟蹤顯示數(shù)據(jù)圖表。

（4）建立智慧環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。智慧環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)對環(huán)境決策起著指導(dǎo)性的作用，建立數(shù)據(jù)庫存儲大量環(huán)境信息用于大氣環(huán)境的分析和治理。據(jù)根準(zhǔn)確的信息資源、可靠的數(shù)據(jù)分析，開展數(shù)據(jù)挖掘，提升動力環(huán)境監(jiān)控效能，對監(jiān)測節(jié)點和工作人員做出具體的指導(dǎo)和方案。

（5）培養(yǎng)高素質(zhì)的智慧環(huán)境監(jiān)測隊伍。國家加強專業(yè)人才培養(yǎng)建設(shè)，培養(yǎng)既懂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又懂環(huán)境監(jiān)測的綜合素質(zhì)人才，提高知識和技能水平。在高校環(huán)境監(jiān)測專業(yè)增加大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)課程，培養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測人員的信息素養(yǎng)，確保環(huán)境監(jiān)測人員掌握運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能力，不斷促進環(huán)境監(jiān)測工作有效性的提升

（6）提升智慧環(huán)境監(jiān)測保障。政府應(yīng)加大資金投入，推進制度體系的發(fā)展和完善，強化專業(yè)人才的技能支撐，提升質(zhì)量管理的思想意識，提高傳感器等設(shè)備的精準(zhǔn)度和適用范圍，努力研發(fā)先進的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，加強物聯(lián)網(wǎng)共享平臺的建設(shè)，建立健全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)共享平臺。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧環(huán)境監(jiān)測，可以實現(xiàn)動態(tài)管理和控制，進一步提升監(jiān)測水平。通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘進行輔助決策，為環(huán)境保護管理部門及需求者提供信息支撐，在環(huán)境監(jiān)測中實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無線化，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

[參考文獻]

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[2]何剛，王金翔.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].科技資訊，2018（30）：108-109.

[3]蔡靖，牛麗紅.淺議環(huán)境檢測技術(shù)存在的問題及對策[J].中外企業(yè)家，2020（6）：163.

[4]王海峰.環(huán)境檢測技術(shù)中的問題與對策研究[J].智能城市，2019（24）：128-129.

（編輯 姚 鑫）