安徽省安慶生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 葉偉

隨著通信和信息技術(shù)的飛速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提高，物聯(lián)網(wǎng)在各個方面的應(yīng)用越來越普遍。其中，重點污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)是體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在生態(tài)環(huán)保行業(yè)的主要應(yīng)用。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后的又一次信息技術(shù)變革，物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，生態(tài)環(huán)境保護是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的典型行業(yè)。作為“智慧環(huán)?！倍x中的一項關(guān)鍵技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已成為推動環(huán)境管理升級、培育發(fā)展趨勢戰(zhàn)略、節(jié)能環(huán)保新型產(chǎn)業(yè)的主要途徑，具有促進我國環(huán)境保護事業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實意義。

一、智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)概述

智慧環(huán)保是生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及其數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的定義?！爸腔郗h(huán)保”是“數(shù)據(jù)環(huán)?！钡难由欤菍⒏黝惿鷳B(tài)環(huán)境在線監(jiān)測、污染監(jiān)控設(shè)施和遙感設(shè)備放置在不同環(huán)境條件下的定位點或線路中，對生態(tài)環(huán)境目標(biāo)感知的實時數(shù)據(jù)及影響幅度、范圍等信息進行監(jiān)測、監(jiān)控、跟蹤，對采集的信息基于移動設(shè)備傳輸?shù)胶笈_軟件系統(tǒng)，再對獲取的信息進行智能分析，自動生成圖表、圖像和信息報告，再將監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的問題和智能分析成果立即傳送到實際運營服務(wù)平臺并發(fā)送到各個智能終端，實際運營服務(wù)平臺最終將聚合的信息內(nèi)容和圖像集中到云服務(wù)平臺上。

進入新時代，我國數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢日新月異，正逐步融入社會生產(chǎn)制造過程的各個領(lǐng)域。生態(tài)印發(fā)環(huán)境部《推進生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系與監(jiān)測能力現(xiàn)代化的若干意見》一文明確提出“推動物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能、5G通信等新技術(shù)在監(jiān)測監(jiān)控業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，促進智慧監(jiān)測發(fā)展”。利用現(xiàn)代技術(shù)手段加強生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測預(yù)警和污染源的監(jiān)控溯源，對及時發(fā)現(xiàn)和解決生態(tài)環(huán)境問題具有顯著的現(xiàn)實意義。在實際應(yīng)用的過程中，關(guān)鍵的是在重要環(huán)境隱患區(qū)域、部位安裝全自動監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)在生態(tài)環(huán)境檢測中及時開展巡查?？v觀我國環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進步的全過程，從起步的污染源自動監(jiān)測、視頻監(jiān)控，發(fā)展到環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)測、環(huán)境遙感監(jiān)測，再進步到污染物走航監(jiān)測、雷達掃描監(jiān)測、機器人監(jiān)測等，監(jiān)測智能化的進展是與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分不開的。可以預(yù)期，在“十四五”期間，我國生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展將迎來重大的發(fā)展機遇。

二、系統(tǒng)框架與架構(gòu)

（一）系統(tǒng)框架

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有三個關(guān)鍵方面。第一個是認(rèn)知層，主要是一些早期的生態(tài)環(huán)境保護檢測的集合和設(shè)置；第二個是傳輸層。在這方面，關(guān)鍵是傳輸。創(chuàng)新傳輸設(shè)備是優(yōu)良光纖線路的應(yīng)用，包括Mode和3G、4G、5G等。最后一個方面是網(wǎng)絡(luò)層。關(guān)鍵是要充分發(fā)揮后臺管理的作用，建立與之相關(guān)的制度。此外，智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一些系統(tǒng)軟件架構(gòu)主要由四個層次構(gòu)成。第一個是數(shù)據(jù)庫，主要用于收集與自然環(huán)境污染物相關(guān)的自動監(jiān)管數(shù)據(jù)信息，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖斯芾矸?wù)站，為后續(xù)一系列工作的開展奠定基礎(chǔ)。第二個是信息共享服務(wù)工程。這個組成部分的關(guān)鍵是為各項環(huán)保工作的進展提供相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。比如GIS服務(wù)項目、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)信息等。第三個是應(yīng)用支撐服務(wù)平臺。其運營的核心內(nèi)容是在各項任務(wù)中進行有機化集成，為數(shù)據(jù)和信息的傳遞提供服務(wù)平臺。第四個是業(yè)務(wù)流程的表現(xiàn)層，保證關(guān)鍵工作職責(zé)適用于移動的自然環(huán)境。如圖1所示。

圖1 智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺軟件主要采用SOA構(gòu)建，可以達到更高的要求。軟件的關(guān)鍵涉及四個層次的內(nèi)容：第一，是公共文化服務(wù)層。其具體工作的關(guān)鍵是大數(shù)據(jù)平臺的接口服務(wù)項目。ESB解決方案系統(tǒng)可以滿足新項目系統(tǒng)軟件的要求。第二，是業(yè)務(wù)流程功能層。關(guān)鍵是ESB提供的服務(wù)接口，加載相關(guān)的自然環(huán)境數(shù)據(jù)和信息，為各行各業(yè)的人們提供各種業(yè)務(wù)流程服務(wù)項。第三，是頁面服務(wù)項目層。它的工作思路是在程序界面中顯示一些數(shù)據(jù)信息，對客戶的使用進行一定程度的控制，并通過管理方法顯示一些相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。第四，是頁面展示層。其運營的關(guān)鍵功能是與客戶互動。

智能環(huán)保的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要由重點和移動重點服務(wù)平臺組成，前端的分析設(shè)施檢測到的信息內(nèi)容傳輸?shù)缴衔粰C，再根據(jù)終端設(shè)備的數(shù)字電路或移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)礁鱾€業(yè)務(wù)流程服務(wù)平臺，開展各類環(huán)境信息內(nèi)容互動工作。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

三、智慧環(huán)保下的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用

（一）云計算數(shù)據(jù)中心

現(xiàn)階段，我國的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多采用云計算技術(shù)，該技術(shù)可以管理與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的水質(zhì)、空氣、土壤、地下水、噪聲、生態(tài)、污染源等各種指標(biāo)，進行自動檢測，對一些異常事件的響應(yīng)。在使用不同類型的信息管理系統(tǒng)時，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫查詢劃分區(qū)域，根據(jù)管理要求生成生態(tài)環(huán)境及其污染物的數(shù)據(jù)庫查詢方法。以此向用戶提供 SAAS和其他服務(wù)項目。

（二）智能監(jiān)控平臺

智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控管理平臺，主要是按照軟件核心理念設(shè)計，利用5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)及近年來興起的人工智能技術(shù)，對污染源進行監(jiān)管。同時，依托當(dāng)今優(yōu)秀的通訊設(shè)備和方法，進一步提高數(shù)據(jù)分析能力。該服務(wù)平臺是所有系統(tǒng)軟件的重要組成部分，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。它為環(huán)保業(yè)務(wù)流程提供了一個架構(gòu)，然后在該架構(gòu)的基礎(chǔ)上完成一系列的業(yè)務(wù)任務(wù)。所以根據(jù)其發(fā)展，可以分為以下三點內(nèi)容：第一，是體現(xiàn)采樣技術(shù)的逐步完善。第二，是分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、智能化水平的不斷提高。第三是利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而達到實時監(jiān)測。

（三）污染監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)

污染物全自動監(jiān)測的內(nèi)容分為三個層次，第一，是感知層，主要是解決采集到的信息內(nèi)容存儲并傳輸?shù)缴蠙C位，一般安裝到企業(yè)污染物排放口。第二，是傳輸層，主要是利用數(shù)字電路和4G/5G等技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸和收集。第三，是網(wǎng)絡(luò)層，采用的一種使用計算結(jié)構(gòu)的方法，在數(shù)據(jù)信息管控環(huán)節(jié)，按照污染物相關(guān)設(shè)施進行電子設(shè)備備案，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。國家提出“治理現(xiàn)代化”在我國“十四五”生態(tài)環(huán)境保護總體規(guī)劃中明確提出要朝5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等方向發(fā)展。因此，利用現(xiàn)代信息新技術(shù)、新科技進行生態(tài)環(huán)境治理，全面掌握污染物的產(chǎn)生情況，分析生態(tài)環(huán)境趨勢，進而明確提出重點對策，應(yīng)對關(guān)系民生的各類環(huán)境污染問題，控制重點污染物排放越來越重要。下一步，要再次加強對智慧環(huán)保技術(shù)的認(rèn)知，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸作用，制定環(huán)保智慧監(jiān)管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全面提升環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

（四）質(zhì)量監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)

生態(tài)環(huán)境實時監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)知層具體包括生態(tài)環(huán)境全自動監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)采集機械設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備?，F(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知層實時監(jiān)測了自然環(huán)境中的空氣、水質(zhì)以及噪音等，自動環(huán)境監(jiān)測中心的實時監(jiān)測并進行數(shù)據(jù)采集，實時觀察城市空氣指數(shù)情況。對于在我國已經(jīng)進入監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的自動站，都將按照4G/5G或有線網(wǎng)絡(luò)的方式同步傳輸，數(shù)據(jù)信息按照局域網(wǎng)連接方式連接到系統(tǒng)軟件，通過環(huán)保專網(wǎng)系統(tǒng)進行傳輸。生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測監(jiān)管智能管理系統(tǒng)完成了生態(tài)環(huán)境全自動數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示、報警、歷史時間，數(shù)據(jù)監(jiān)測跟蹤及其數(shù)據(jù)存儲、歸納、補充登記審批等功能；常規(guī)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能的錄入和審批。該系統(tǒng)為排污處理收費標(biāo)準(zhǔn)、污染物監(jiān)督檢查、自然環(huán)境突發(fā)事件應(yīng)對、總產(chǎn)出節(jié)能減排提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為生態(tài)環(huán)境主管部門和相關(guān)部門生態(tài)環(huán)境的決策工作提供了足夠的信息。

（五）移動辦公和管控平臺

對環(huán)境移動辦公平臺和監(jiān)測監(jiān)管平臺采用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G/5G通信、GPS定位、GIS大數(shù)據(jù)、虛擬化、云計算等技術(shù)進行升級改造。借助云計算平臺、大數(shù)據(jù)中心、環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能監(jiān)控管理平臺，搭建了集管理、監(jiān)測、執(zhí)法綜合業(yè)務(wù)流程管理服務(wù)平臺和“掌上系統(tǒng)”為一體的移動式協(xié)同辦公系統(tǒng)服務(wù)平臺。服務(wù)平臺以“硬件配置、手機軟件”和“人防+技防”為核心理念。完成了檢驗印制，規(guī)范了程序，固化了直接證據(jù)。服務(wù)平臺還依托云空間的技術(shù)性，在手機上完成云備份、云消息推送以及云升級?，F(xiàn)階段，移動辦公平臺和巡檢服務(wù)平臺已覆蓋環(huán)保各項重點業(yè)務(wù)流程，包括：辦公0A、污染物監(jiān)管、工作狀態(tài)檢測、生態(tài)環(huán)境、環(huán)境應(yīng)急、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)法律法規(guī)、危險廢物管理、?；a(chǎn)品登記等服務(wù)，可以合理填補生態(tài)環(huán)境部門在工作鏈和管理方法上的短板，提高員工的工作能力，逐步完善日常工作模式，顯著提升環(huán)境業(yè)務(wù)管理能力。

為滿足服務(wù)平臺適當(dāng)?shù)拇笠?guī)模部署，本監(jiān)管服務(wù)平臺適合管理人員級別的設(shè)置，適合無限級擴展，適合大型機械設(shè)備的部署。例如，超級管理人員：擁有最大權(quán)限，負(fù)責(zé)服務(wù)平臺的資源配置、系統(tǒng)配置和各個訪問權(quán)限；綜合管理人員：負(fù)責(zé)特定用戶群體的機器設(shè)備、人員名單及使用的管理方法、應(yīng)用商城的管理方法及其機器設(shè)備和管理方法；角色管理：適用于對不同的身份授予不同的管理權(quán)限，包括建立、查看、刪除等權(quán)限。

四、結(jié)語

智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式技術(shù)完成復(fù)雜數(shù)據(jù)庫與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的智能連接；根據(jù)“云計算”的技術(shù)性，打造城市自然環(huán)境大數(shù)據(jù)中心；開放支持環(huán)保應(yīng)用支撐服務(wù)平臺模式，完成業(yè)務(wù)流程高度整合；在全國范圍內(nèi)創(chuàng)新選用“三位一體”綜合監(jiān)測技術(shù)方法?？蒲谐晒浞直砻鳎ㄟ^技術(shù)創(chuàng)新完成環(huán)境保護管控工作能力的跨越式發(fā)展不僅是有效的，也是完成生態(tài)環(huán)境保護里程碑式變革的必然選擇。