淺析物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

李鴻濤，曾苑汕，王鴦鴦

（1.廣東省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，廣州 510045；2.中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037）

淺析物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

李鴻濤1，曾苑汕1，王鴦鴦2

（1.廣東省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，廣州 510045；2.中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037）

隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出不可阻擋的勢(shì)頭。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念和發(fā)展趨勢(shì)，并從環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域切入，探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用意義，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用案例，指出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用與發(fā)展是必然趨勢(shì)。

環(huán)境保護(hù);物聯(lián)網(wǎng);環(huán)保產(chǎn)業(yè);應(yīng)用;傳感網(wǎng)

前言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了騰飛式的發(fā)展，據(jù)中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)：2011年全年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)471,564億元，比上年增長(zhǎng)9.2%。中國(guó)不僅是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，也是世界第二大經(jīng)濟(jì)體。毋庸置疑，中國(guó)在國(guó)際經(jīng)濟(jì)舞臺(tái)上的影響力越來(lái)越大。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染方面的問(wèn)題也日益突出，如大氣污染、水污染、噪聲污染、電磁輻射污染、植被破壞與土壤沙漠化等已成為阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

環(huán)保產(chǎn)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益突顯，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，也是廣東省重點(diǎn)培育的八大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，必須加強(qiáng)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，提高產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID、傳感器技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境污染源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為環(huán)境的治理提供正確的數(shù)據(jù)支撐，宏觀上有利于國(guó)家政策對(duì)整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，微觀上有利于環(huán)境的改善及居民生活質(zhì)量的提高。

1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

什么是物聯(lián)網(wǎng)？顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。2011年5月，工業(yè)和信息化部電信研究院發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)》，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵給出了闡述：物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝置對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無(wú)縫鏈接，達(dá)到對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策目的。

物聯(lián)網(wǎng)的原理流程示意見(jiàn)下圖。

物聯(lián)網(wǎng)原理流程圖

總體而言，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用尚處于初步發(fā)展階段。產(chǎn)業(yè)鏈較為分散、規(guī)模較小、技術(shù)能力較為薄弱。但與此同時(shí)，全國(guó)知名研究機(jī)構(gòu)和從事物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的企業(yè)正不斷推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)通信模塊廠商在傳感器的生產(chǎn)與研究、軟硬件集成等領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的成果，直接為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)行業(yè)容量到底有多大？據(jù)工信部電信研究院發(fā)布的白皮書(shū)顯示：預(yù)計(jì)“十二五”期末，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到5000多億元，形成萬(wàn)億級(jí)規(guī)模的時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)在“十三五”后期。而中國(guó)市場(chǎng)情報(bào)中心預(yù)測(cè)，2013年我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模將達(dá)8000億元，2020年將超過(guò)5萬(wàn)億元，數(shù)字頗為驚人。

物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用將有效促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提供新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，提高居民的智能生活水平。目前物聯(lián)網(wǎng)處在零散應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)啟動(dòng)期，距離關(guān)鍵應(yīng)用的形成及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣還存在著一定的差距，主要問(wèn)題表現(xiàn)在：行業(yè)融合的難度大，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，資金缺口大，缺乏可持續(xù)的商業(yè)模式，政策環(huán)境有待健全，技術(shù)瓶頸限制應(yīng)用的拓展等。中國(guó)移動(dòng)調(diào)查研究顯示，我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)計(jì)要經(jīng)歷三個(gè)階段，即關(guān)鍵應(yīng)用階段、規(guī)模應(yīng)用階段和普遍應(yīng)用階段。行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)引領(lǐng)關(guān)鍵應(yīng)用是啟動(dòng)階段的重點(diǎn)，應(yīng)用的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化是成長(zhǎng)階段的重點(diǎn)，全社會(huì)的普遍應(yīng)用是成熟階段的重點(diǎn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)的結(jié)合

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)感知層方面，主要發(fā)揮獲取環(huán)境信息的功能，通過(guò)傳感器、RFID無(wú)線射頻識(shí)別等工具直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取大量的數(shù)據(jù)，為下一步的計(jì)劃與對(duì)策提供依據(jù)。隨著環(huán)境地點(diǎn)、監(jiān)測(cè)目的等因素的不同，其復(fù)雜程度也會(huì)隨之改變，因此，感知工具必須具備精確感知熱、力、光、電、聲、位移等多種信號(hào)的能力，并且能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境；必須具備大范圍監(jiān)測(cè)功能，并且每個(gè)工具之間能夠互相聯(lián)網(wǎng)，形成一個(gè)龐大的智能感知網(wǎng)，為網(wǎng)絡(luò)層的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。

在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層方面，在3G尚未在國(guó)內(nèi)普及的情況下，4G已經(jīng)在多個(gè)城市試點(diǎn)運(yùn)行，不可否認(rèn)的是：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能力大大提升，并且增長(zhǎng)趨勢(shì)良好。這將有利于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)的融合。由于環(huán)保產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜性，直接向網(wǎng)絡(luò)層的技術(shù)提出了更高的要求。例如，要實(shí)現(xiàn)“一物一地址，萬(wàn)物皆在線”的情景，目前的IPV4地址資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足如此龐大的終端數(shù)據(jù)，只有升級(jí)為IPV6才能夠提供足夠的數(shù)據(jù)承載。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層方面，如何將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析，并傳達(dá)、執(zhí)行相應(yīng)的指令是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵。“云計(jì)算”的出現(xiàn)，能夠非常好地解決這一問(wèn)題，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠非常好地整合分析感知層采集的數(shù)據(jù)，并傳達(dá)、執(zhí)行相應(yīng)的指令。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的意義

全球物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用仍處于初步發(fā)展階段，隨著技術(shù)的發(fā)展以及各國(guó)對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重視，已漸漸形成初步格局。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了眾多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用案例，在污染防治、生態(tài)保護(hù)等環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，如美國(guó)部署的用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市環(huán)境污染數(shù)據(jù)的“City Sense”監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和用于監(jiān)測(cè)大鴨島海鳥(niǎo)棲息情況的生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加拿大克盧恩國(guó)家公園和自然保護(hù)區(qū)生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及我國(guó)2011年投入使用的可可西里濕地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。隨著國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的大量應(yīng)用，其各項(xiàng)技術(shù)趨向成熟，推動(dòng)了環(huán)保產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，而環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又為環(huán)境保護(hù)提供了更多的解決方案，最終有利于國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展及地球的環(huán)境保護(hù)。一方面，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展有利于環(huán)保產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用；另一方面，環(huán)保產(chǎn)業(yè)的需求又促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用案例

3.1 案例一

感知網(wǎng)通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)某河流某區(qū)域有污染指數(shù)超標(biāo)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳達(dá)給應(yīng)用層，而應(yīng)用層通過(guò)計(jì)算分析出污染指數(shù)后，同時(shí)發(fā)出三個(gè)指令：

（1）向控制中心發(fā)出警報(bào)，便于控制中心采取相應(yīng)的措施；

（2）根據(jù)原先系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能性地發(fā)出應(yīng)急指令，污染區(qū)域附近裝置接收到指令后自動(dòng)噴灑相應(yīng)的緩解藥水；

（3）污染區(qū)域附近傳感器自動(dòng)加強(qiáng)信號(hào)，密切監(jiān)測(cè)污染的數(shù)據(jù)變化及污染去向，同時(shí)自動(dòng)生成污染預(yù)測(cè)模型，為控制中心制定有效措施提供強(qiáng)有力的依據(jù)。

3.2 案例二

某城市經(jīng)常出現(xiàn)陰霾天氣，網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)通過(guò)散布在城市各地的傳感網(wǎng)將其采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)用層（控制中心），應(yīng)用層通過(guò)云計(jì)算分析后發(fā)現(xiàn)空氣污染指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)，即刻發(fā)出指令：

（1）向傳感網(wǎng)發(fā)出自動(dòng)追蹤指令，追溯到污染源；

（2）同時(shí)調(diào)動(dòng)污染源附近的監(jiān)控?cái)z像頭，將污染的情況實(shí)時(shí)傳輸給控制中心，并自動(dòng)儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)。此種方式有以下優(yōu)點(diǎn)：一是為控制中心采取相應(yīng)措施提供數(shù)據(jù)支持；二是如果是相關(guān)企業(yè)引起的，可作為法律依據(jù)；三是為城市建設(shè)的工業(yè)地域布局合理化、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)范化等提供參考依據(jù)。

未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用水平與深度方面具有非常巨大的潛力。目前我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)結(jié)合的領(lǐng)域主要有：污染檢測(cè)、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，但存在范圍小、準(zhǔn)確度低、科技含量低等問(wèn)題。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、國(guó)內(nèi)政策的支持，以及各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用將深入滲透到電磁或核輻射監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)廢棄物或固體、液體監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域在未來(lái)發(fā)展上也可分為縱向發(fā)展與橫向發(fā)展，橫向發(fā)展注重應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，不僅應(yīng)用于環(huán)保產(chǎn)業(yè)，也應(yīng)用于交通、電力、鋼鐵等多個(gè)領(lǐng)域；縱向發(fā)展注重向相應(yīng)領(lǐng)域的深度發(fā)展，不斷發(fā)掘創(chuàng)造新的技術(shù)與應(yīng)用，結(jié)合社會(huì)與人類(lèi)發(fā)展的需求開(kāi)發(fā)出更先進(jìn)、合適的應(yīng)用，將科技更深入地融入生活。

4 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用與發(fā)展是必然趨勢(shì)。一方面，物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)興起不久的行業(yè)，卻擁有非常巨大的潛力，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)效益還是社會(huì)效益都表現(xiàn)出良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭；另一方面，隨著全球各國(guó)政府及人民對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，環(huán)保產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)出爆炸式的增長(zhǎng)。隨著國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的大量應(yīng)用，其各項(xiàng)技術(shù)趨向成熟，直接催生了環(huán)保產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，而環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又為環(huán)境保護(hù)提供了更多的解決方案，最終有利于國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展及全球的環(huán)境保護(hù)。

[1] 田鐵紅.面向環(huán)境保護(hù)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展探討[J].信息通信技術(shù)，2010（5）： 31-36.

[2] 廣東省“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃[Z].2011-2015.

Application of Internet of Things in Environmental Protection Industry

LI Hong-tao1, ZENG Yuan-shan1, WANG Yang-yang2
(1.Guangdong Association of Environmental Protection Industry, Guangzhou 510045; 2.China Association of Environmental Protection Industry, Beijing 100037, China)

Along with the rapid development of the world economy, the development of the internet of things technology shows a good tendency. The paper explicates the concept of the internet of things and its development trend and probes into the application signi fi cance of the internet of things technology in environmental protection industry, analyzes the application cases of the internet of things technology.

environmental protection; the internet of things; environmental protection industry; application; sensing net

X324

A

1006-5377（2012）06-0027-03