淺析美歐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和環(huán)保應(yīng)用概況

劉立媛

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029)

淺析美歐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和環(huán)保應(yīng)用概況

劉立媛

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029)

這篇文章主要對美國和歐盟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程進(jìn)行了概述，并對歐盟的一系列物聯(lián)網(wǎng)政策文件《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》、《未來物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略》等進(jìn)行解讀，最后重點(diǎn)分析了美國City Sense, MARVIN物聯(lián)網(wǎng)環(huán)保應(yīng)用案例和歐洲OSIRIS空氣質(zhì)量傳感網(wǎng)、Sensaris穿戴式無線傳感器監(jiān)測系統(tǒng)、河川水質(zhì)污染管理與預(yù)警系統(tǒng)等重要物聯(lián)網(wǎng)環(huán)保應(yīng)用項(xiàng)目。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合中國環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀提出相關(guān)建議。

物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)保；應(yīng)用

“物聯(lián)網(wǎng)”概念一經(jīng)提出，立即受到了各國政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界的重視，在需求和研發(fā)的相互推動(dòng)下，迅速熱遍全球。目前，美國、歐洲等國家都在投入巨資深入研究物聯(lián)網(wǎng)。

1．美國

1.1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程及政策

作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展排頭兵的RFID技術(shù)，早在“二戰(zhàn)”時(shí)期就出現(xiàn)了，后來在美國對伊拉克戰(zhàn)爭中得到大量使用，用于管理軍需后勤物資。1991年美國提出普適計(jì)算的概念，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）專門針對普適計(jì)算制訂了詳細(xì)的研究計(jì)劃，首次提出了感知、傳送、交互的三層結(jié)構(gòu)，是物聯(lián)網(wǎng)的雛形。1998年，美國麻省理工學(xué)院創(chuàng)造性地提出當(dāng)時(shí)被稱作EPC(Electronic Product Code)系統(tǒng)的“物聯(lián)網(wǎng)”概念。他們認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)就是將所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理的網(wǎng)絡(luò)。1999年，在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議提出了傳感網(wǎng)的概念。美國國防部在2000年時(shí)把傳感網(wǎng)定為五大國防建設(shè)領(lǐng)域之一，僅在美墨邊境“虛擬柵欄”(即防入侵傳感網(wǎng))上就投入了470億美元。2003年，美國《技術(shù)評論》將傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)看作是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。2008年7月，美國國家情報(bào)委員會(huì)發(fā)表的《2025年對美國利益潛在影響的6種關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列入其中，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在裂變性的影響能力，將對人

類社會(huì)的生產(chǎn)和生活帶來巨大的影響。

2008年12月，奧巴馬向IBM咨詢了“智慧地球”的有關(guān)細(xì)節(jié)，并共同就投資智能基礎(chǔ)設(shè)施對于經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)效果進(jìn)行了研究。“智慧地球(Smarter Planet)”戰(zhàn)略是由美國IBM公司于2008年11月對外公布?！爸腔鄣厍颉碧岢霭迅袘?yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成所謂“物聯(lián)網(wǎng)”，并通過超級計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將物聯(lián)網(wǎng)整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合。2009年1月7日，IBM與美國智庫機(jī)構(gòu)信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)(ITIF)共同向奧巴馬政府提交了“The Digital Road to Recover：A Stimulus Plan to Create Jobs， Boost Productivity and Revitalize America”，提出美國政府只要新增300億美元的ICT投資(包括智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、寬帶網(wǎng)絡(luò)三個(gè)領(lǐng)域)，便可以為民眾創(chuàng)造出949萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。2009年1月28日，奧巴馬與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行圓桌會(huì)議，進(jìn)一步將ICT投資問題上升到美國國家政策層面。2009年2月17日，奧巴馬簽署生效的《恢復(fù)和再投資法案》(Recovery and Reinvestment Act)(即美國的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃)，批準(zhǔn)推進(jìn)智慧地球中兩個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展——智慧的電網(wǎng)和智慧的醫(yī)療，前者批準(zhǔn)投資為110億美元，后者為190億美元；同時(shí)批準(zhǔn)寬帶網(wǎng)絡(luò)投資72億美元[1]。

“智慧地球”由此得到美國各界的高度關(guān)注，并上升至美國的國家戰(zhàn)略，由此引發(fā)了世界各國對物聯(lián)網(wǎng)的追捧。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)保應(yīng)用及具體案例

作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最廣泛的國家，美國已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、空間和海洋探索等領(lǐng)域使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其RFID(射頻識別技術(shù))應(yīng)用案例占全球的59%。以下將介紹相關(guān)環(huán)保領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例。

CitySense

CitySense是由美國國家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）資助，由哈佛大學(xué)和BBN公司聯(lián)合開發(fā)出的一種可以報(bào)告整個(gè)城市實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，這一項(xiàng)目預(yù)計(jì)開發(fā)時(shí)間為四年。

CitySense通過在美國馬薩諸塞州劍橋市的路燈上安裝傳感器，利用路燈的電力供應(yīng)系統(tǒng)作為傳感器運(yùn)行時(shí)的電力能源，這有別于一般建在野外的傳感器是以電池作為能量來源，解決了電池壽命對于無線傳感網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的限制，有利于長期環(huán)境監(jiān)測試驗(yàn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將含有一個(gè)內(nèi)置PC機(jī)、一個(gè)無線局域網(wǎng)802.11a/b/g界面，利用Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將監(jiān)測信息回傳到監(jiān)測中心，監(jiān)測信息包括壓力、溫度、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、降雨強(qiáng)度、CO2、噪音，然后為用戶提供CitySense網(wǎng)站信息查詢。CitySense通過把每個(gè)節(jié)點(diǎn)同相鄰的節(jié)點(diǎn)相連形成網(wǎng)狀網(wǎng)來讓分散在城市各處的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)和位于哈佛大學(xué)和BNN的中心服務(wù)器連接。在該網(wǎng)絡(luò)中利用一個(gè)1英里射程的小無線電裝置，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以從遠(yuǎn)程服務(wù)器中心下載軟件或上傳傳感器數(shù)據(jù)。另外根據(jù)微軟公司提供的Virtual Earth和Sensor Map技術(shù)，網(wǎng)站的數(shù)據(jù)資料將覆蓋到地圖上。民眾及學(xué)者便可透過網(wǎng)站追蹤污染物擴(kuò)散情形，并進(jìn)行長期的監(jiān)測，研究空氣污染的解決方案。

CitySense除可以報(bào)告整個(gè)城市的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)外，其收集數(shù)據(jù)的規(guī)模之大也是前所未有的。CitySense 網(wǎng)絡(luò)最初將用于監(jiān)測環(huán)境變量，如溫度、風(fēng)速、降雨量、大氣壓和空氣質(zhì)量等，但未來傳感器的用途將會(huì)呈現(xiàn)多種可能性，從計(jì)算大氣污染物的傳感器到用于測量噪音污染的麥克風(fēng)，甚至可以通過轎車和公交車上的移動(dòng)傳感器收集信息[2]。

MARVIN

位于美國佛羅里達(dá)州的佛羅里達(dá)海洋研究組織（Florida Marine Research Institute， FMRI）建設(shè)了一個(gè)簡稱為MARVIN的傳感平臺(tái)。MARVIN名稱是由MERHAB(Monitoring and Event Response for Harmful Algal Blooms)Autonomous Research Vessel 簡寫而來，其中MERHAB是針對有害藻類富營養(yǎng)化所作的監(jiān)測及事件響應(yīng)。因此MARVIN傳感的目標(biāo)主要是根據(jù)有害藻類富營養(yǎng)化相關(guān)水質(zhì)變化并提供即時(shí)的水質(zhì)信息，其水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目包括pH值、溶氧量、水溫、導(dǎo)電度、葉綠素濃度、濁度、硝酸鹽及磷酸鹽、水位、水流速與方向、水中光合輻射光能（underwater PAR）以及全光（ambient light）等項(xiàng)目。上述傳感器同時(shí)安裝在一個(gè)浮舟（pontoon）之中，并搭載了一個(gè)氣象塔，負(fù)責(zé)監(jiān)測包括風(fēng)速與風(fēng)向、氣溫、相對濕度、氣壓及降雨量等項(xiàng)目。MARVIN的信息傳輸方式是利用傳感器收集監(jiān)測數(shù)據(jù)信息后，通過天線傳送訊號至衛(wèi)星及手機(jī)等界面，提供遠(yuǎn)程信息的獲取。本案例值得參考之處在于傳感器的浮舟設(shè)計(jì)，可以讓選定的傳感器無需一直浸泡于水中造成生物或有機(jī)物質(zhì)的淤積，有效地延長傳感器壽命，并降低維護(hù)頻率及維修成本。此外，

該浮舟設(shè)計(jì)還配備小型引擎，提供遠(yuǎn)端遙控驅(qū)動(dòng)傳感平臺(tái)移動(dòng)至欲監(jiān)測的地點(diǎn)，方便信息獲取。

目前在美國佛羅里達(dá)州克盧薩哈奇河上一共部署了兩個(gè)MARVIN平臺(tái)，MARVIN1號是在2005年1月部署在距離克盧薩哈奇河口24km處，監(jiān)測4米深的深水急流區(qū)的有害藻類富營養(yǎng)化情況，包括藍(lán)藻、硅藻、鞭毛藻類等可以引發(fā)赤潮的有機(jī)物等；而MARVIN2號是在2007年1月部署在距離克盧薩哈奇河口3.7km處，監(jiān)測3米深的緩流區(qū)的水質(zhì)情況，這里可以綜合上游和下游水質(zhì)信息并追蹤藻類流向。MARVIN平臺(tái)通常每小時(shí)取樣兩次，然后每小時(shí)或每三小時(shí)通過衛(wèi)星將數(shù)據(jù)回傳。MARVIN平臺(tái)需要每兩周進(jìn)行一次人工維護(hù)，維護(hù)人員會(huì)采用傳統(tǒng)的采樣和分析方法收集數(shù)據(jù)，用于校正在后處理過程中的MARVIN平臺(tái)數(shù)據(jù)。除了FMRI實(shí)驗(yàn)室研究人員外，MARVIN數(shù)據(jù)還可以幫助建模人員觀察水流循環(huán)和克盧薩哈奇河生物系統(tǒng)、幫助船長及應(yīng)急管理人員及時(shí)了解實(shí)時(shí)水質(zhì)情況、幫助游人預(yù)測赤潮是否會(huì)出現(xiàn)、幫助搜救隊(duì)了解水流能見度、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)生物圈的有關(guān)知識等。

由于MARVIN平臺(tái)一直都可以收集到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)的瞬時(shí)分辨率很高，導(dǎo)致結(jié)果數(shù)據(jù)也會(huì)非常精確。這比傳統(tǒng)的每周或每日的取樣數(shù)據(jù)更加有意義。此外，MARVIN平臺(tái)的成本高效益也越發(fā)顯現(xiàn)。MARVIN平臺(tái)最初投資約為150萬美元，加上每兩周的日常維護(hù)花費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于部署一組工作人員用于長期監(jiān)測的花費(fèi)。

Rewards for Recycling

美國密歇根南部垃圾處理和收集公司Richfeld Management發(fā)起了一個(gè)新項(xiàng)目Rewards for Recycling。該項(xiàng)目利用RFID技術(shù)向垃圾再循環(huán)處理的居民提供當(dāng)?shù)仫埖昊蛄闶鄣甑恼劭?，?shí)現(xiàn)激勵(lì)目的。

這套系統(tǒng)采用無源EPCGen2UHFRFID標(biāo)簽，標(biāo)簽由標(biāo)簽封裝商Metalcraft生產(chǎn)，采用Alien Technology Squiggle嵌體，封裝在具有堅(jiān)固、粘附性的外殼里。標(biāo)簽粘貼在垃圾回收箱的正面和背面。垃圾箱的兩張RFID標(biāo)簽含同一個(gè)唯一ID碼。當(dāng)垃圾收集卡車沿著收集路線前進(jìn)時(shí)，安裝在車輛內(nèi)部的一臺(tái)AlienALR-9900Gen2RFID閱讀器讀取每個(gè)垃圾箱標(biāo)簽的ID碼。閱讀器與駕駛室內(nèi)一臺(tái)觸摸屏計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)內(nèi)含一臺(tái)GPS接收器。Universal Tracking Systems設(shè)計(jì)、實(shí)施這套系統(tǒng)，并開發(fā)相關(guān)軟件收集閱讀器標(biāo)簽數(shù)據(jù)及每次標(biāo)簽讀取和屆時(shí)卡車的GPS坐標(biāo)。軟件利用這些數(shù)據(jù)升級一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫里的各個(gè)家庭的垃圾回收記錄。

該公司自發(fā)起這個(gè)項(xiàng)目半年以來，密歇根州Genesee和Oakland郡的6個(gè)城鎮(zhèn)，共計(jì)80 000個(gè)家庭已加入這場活動(dòng)，在有些地區(qū)，如Davidson鎮(zhèn)，垃圾回收率從18%上升到50%[3]。

2．歐洲

2.1 物聯(lián)網(wǎng)政策措施

在歐洲，物聯(lián)網(wǎng)概念受到了歐盟委員會(huì)(EC)的高度重視和大力支持，已被正式確立為歐洲信息通信技術(shù)的戰(zhàn)略性發(fā)展計(jì)劃。2006年3月，歐盟召開會(huì)議From RFID to the Internet of Things，對物聯(lián)網(wǎng)做了進(jìn)一步的描述。2008年在法國召開的歐洲物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)的重要議題包括未來互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)、物聯(lián)網(wǎng)中的隱私權(quán)、物聯(lián)網(wǎng)在主要工業(yè)部門中的影響等內(nèi)容。同年EC還制定了歐洲物聯(lián)網(wǎng)政策路線圖。

2009年EC正式出臺(tái)了多項(xiàng)權(quán)威文件，尤其6月發(fā)布的《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》(Internet of Things An action plan for Europe)，作為全球首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，該計(jì)劃的制訂標(biāo)志著歐盟已經(jīng)從國家層面將物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)提上日程。該計(jì)劃描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前景，并提出要加強(qiáng)歐盟政府對物聯(lián)網(wǎng)的管理，消除物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的障礙。

《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》提出了以下政策建議：(1)加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)管理，包括：制定一系列物聯(lián)網(wǎng)的管理規(guī)則；建立一個(gè)有效的分布式管理（decentralised management)架構(gòu)，使全球管理機(jī)構(gòu)可以公開、公平、盡責(zé)的履行管理職能。(2)完善隱私和個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)，包括：持續(xù)監(jiān)測隱私和個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)問題，修訂相關(guān)立法，加強(qiáng)相關(guān)方對話等；執(zhí)委會(huì)將針對個(gè)人可以隨時(shí)斷開聯(lián)網(wǎng)環(huán)境(the silence of the chips)開展技術(shù)、法律層面的辯論。(3)提高物聯(lián)網(wǎng)的可信度(Trust)、接受度(Acceptance)、安全性(Security)。(4)推廣標(biāo)準(zhǔn)化，執(zhí)委會(huì)將評估現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并推動(dòng)制定新的標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)監(jiān)測歐洲標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI、CEN、CENELEC)、國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO、ITU)以及其它標(biāo)準(zhǔn)組織(IETF、EPCglobal等)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定進(jìn)度，確保物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是在各相關(guān)方的積極參與下，以一種開放、透明、協(xié)商一致的方式達(dá)成。(5)加強(qiáng)相關(guān)研發(fā)，包括：通過歐盟第7期科研框架計(jì)劃項(xiàng)目

(FP7)支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，如微機(jī)電、非硅基組件、能量收集技術(shù)(energy harvesting technologies)、無所不在的定位(ubiquitous positioning)、無線通信智能系統(tǒng)網(wǎng)(networks of wirelessly communicating smart systems)、語義學(xué)(Semantics)、基于設(shè)計(jì)層面的隱私和安全保護(hù)(privac-and security-bydesign)、軟件仿真人工推理(software emulating human reasoning)以及其它創(chuàng)新應(yīng)用，通過公私伙伴模式(PPP)支持包括未來互聯(lián)網(wǎng)(Future Internet)等在內(nèi)項(xiàng)目建設(shè)，并將其作為刺激歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇措施的一部分。(6)建立開放式的創(chuàng)新環(huán)境，通過歐盟競爭力和創(chuàng)新框架計(jì)劃(CIP)利用一些有助于提升社會(huì)福利的先導(dǎo)項(xiàng)目推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的部署，這些先導(dǎo)項(xiàng)目主要包括e-health、e-accessibility、應(yīng)對氣候變遷、消除社會(huì)數(shù)字鴻溝等。(7)增強(qiáng)機(jī)構(gòu)間協(xié)調(diào)，為加深各相關(guān)方對物聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇、挑戰(zhàn)的理解，共同推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，歐盟執(zhí)委會(huì)定期向歐洲議會(huì)、歐盟理事會(huì)、歐洲經(jīng)濟(jì)與社會(huì)委員會(huì)、歐洲地區(qū)委員會(huì)、數(shù)據(jù)保護(hù)法案29工作組等相關(guān)機(jī)構(gòu)通報(bào)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r。(8)加強(qiáng)國際對話，加強(qiáng)歐盟與國際伙伴在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的對話，推動(dòng)相關(guān)的聯(lián)合行動(dòng)、分享最佳實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。(9)推廣物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽、傳感器在廢物循環(huán)利用方面的應(yīng)用。(10)加強(qiáng)對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，包括對發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)所需的無線頻譜的管理、對電磁影響等管理。該行動(dòng)計(jì)劃系統(tǒng)地提出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的管理設(shè)想，在世界范圍內(nèi)尚屬首次。其中，管理體制的制定、安全性保障和標(biāo)準(zhǔn)化是行動(dòng)計(jì)劃的重點(diǎn)。從該計(jì)劃可以看出，歐洲聯(lián)盟力圖掌握未來信息社會(huì)競爭的主動(dòng)權(quán)，希望借助物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)彎道超車，改變互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展上落后于美的局面[4]。

2009年11月，歐盟又發(fā)布了《未來物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略》，提出要讓歐洲在基于互聯(lián)網(wǎng)的智能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展上領(lǐng)先全球，除了通過信息與通信技術(shù)研發(fā)計(jì)劃投資4億歐元、90多個(gè)研發(fā)項(xiàng)目提高網(wǎng)絡(luò)智能化水平，歐盟委員會(huì)還將于2011—20l3年間每年新增2億歐元進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)力度，同時(shí)拿出3億歐元專款，支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)公私合作短期項(xiàng)目建設(shè)。2009年12月15日，歐洲物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目總體協(xié)調(diào)組發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》，將物聯(lián)網(wǎng)研究分為感知、宏觀架構(gòu)、通信、組網(wǎng)、軟件平臺(tái)及中間件、硬件、情報(bào)提煉、搜索引擎、能源管理、安全等10個(gè)層面，系統(tǒng)地提出了物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究的關(guān)鍵技術(shù)和路徑。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用具體案例

西班牙OSIRIS空氣質(zhì)量傳感網(wǎng)

OSIRIS全名為Open architecture for Smart and Interoperable networks in Risk management based on In-situ Sensors，是歐盟GMES (Global Monitoring for Environment and Security)下的一個(gè)綜合型計(jì)劃，是歐洲對環(huán)境進(jìn)行有效管理的一套綜合信息基礎(chǔ)架構(gòu)。主要目標(biāo)是研發(fā)和測試環(huán)境監(jiān)控及防災(zāi)處理，通過部署完善的感測網(wǎng)，運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)地監(jiān)測的感測系統(tǒng)，達(dá)到監(jiān)測與防災(zāi)的效果。OSIRIS涵蓋現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)、資料整合和信息管理、服務(wù)三階段流程。OSRIS針對空氣質(zhì)量及污染、地下水污染、森里火災(zāi)和工業(yè)建筑火災(zāi)四種情境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

以空氣質(zhì)量傳感網(wǎng)為例，可分為空氣質(zhì)量監(jiān)測和空氣污染兩種情境進(jìn)行。該模擬示范區(qū)為西班牙Valladolid市，空氣質(zhì)量監(jiān)測通過9個(gè)固定式空氣質(zhì)量監(jiān)測站（安置于大樓頂端）監(jiān)測CO、CO2、NO、NO2、O3以及氣象因子，通過安置于公交車頂端的傳感器移動(dòng)式的監(jiān)測NO、NO2等濃度和噪音污染。在適當(dāng)時(shí)間將監(jiān)測數(shù)據(jù)以無線技術(shù)傳輸至監(jiān)控中心，并與附近固定式氣象站信息結(jié)合，進(jìn)行后續(xù)污染物擴(kuò)散模擬預(yù)測分析，并且將資料集成后以圖形的方式呈現(xiàn)在地圖上，作為決策單位的預(yù)警系統(tǒng)。空氣污染情境則是在Valladolid近郊進(jìn)行模擬，當(dāng)運(yùn)載有毒化學(xué)品的列車發(fā)生翻覆事故，造成有毒物質(zhì)擴(kuò)散到大氣中。一旦接到報(bào)警后，OSRIS會(huì)派出帶有傳感器的微型無人空中飛行器（Micro-UAV）前往事發(fā)地點(diǎn)上空進(jìn)行大氣污染物采樣，無人空中飛行器將通過地面控制站和OSRIS系統(tǒng)與監(jiān)控中心溝通并傳送信息，同時(shí)收集即時(shí)影像及氣象信息供擴(kuò)散模擬組進(jìn)行分析，生成產(chǎn)生有毒氣體擴(kuò)散的時(shí)空模擬圖，以便監(jiān)控中心評估災(zāi)情程度以及需疏散的地區(qū)。

法國巴黎Sensaris穿戴式無線傳感器監(jiān)測系統(tǒng)

法國Sensaris公司研發(fā)出一具穿戴式無線傳感器，可配戴在手腕上。該傳感器結(jié)合全球定位系統(tǒng)（GPS），并在其中裝置藍(lán)牙傳輸設(shè)備，由裝有藍(lán)牙的手機(jī)接收傳感器的監(jiān)測信息，然后再借助手機(jī)上網(wǎng)功能，將信息上傳至當(dāng)?shù)氐闹醒敕?wù)器。因此，無論是行人，或是騎自行車者，都可使用這套設(shè)備，讓民眾監(jiān)視并匯報(bào)噪音和空氣質(zhì)量信息，通過互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)將此資訊分享給各使用者。目前此傳感器提供了噪音和臭氧的監(jiān)測功能，已大規(guī)模的部署在巴黎地區(qū)，以建構(gòu)即時(shí)的污染地區(qū)地圖。未來Sensaris計(jì)劃增加其他空氣污染

物的監(jiān)測，包括一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物。Sensaris公司指出，在巴黎地區(qū)只有26個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測站，需應(yīng)付當(dāng)?shù)丶s一千萬人口，且空氣質(zhì)量指數(shù)僅在網(wǎng)站上每日發(fā)布一次，很顯然地是不足以評估當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量狀況的。污染具有地域性，那些在繁忙的高速公路或者工業(yè)區(qū)附近，或者時(shí)而暴露在上風(fēng)或者下風(fēng)位置的居民通常面臨著更嚴(yán)重的噪音和空氣污染，但是他們卻不一定有監(jiān)控裝置記錄并匯報(bào)這些地區(qū)的污染情況，通過此套傳感器設(shè)備，便可實(shí)時(shí)監(jiān)測并上傳環(huán)境信息，促使這些地方的民眾和決策者采取必要應(yīng)對措施。

塞爾維亞河川水質(zhì)污染管理與預(yù)警系統(tǒng)

由于近年來巴爾干半島快速的工業(yè)發(fā)展，伴隨工業(yè)用化學(xué)物質(zhì)的排放，導(dǎo)致許多河川污染問題。為了應(yīng)如此迫切的需求，尼士大學(xué)電機(jī)系于2006 年始，開發(fā)河川水質(zhì)污染管理與預(yù)警系統(tǒng)，目的是解決大量污染物導(dǎo)致尼沙瓦河（Nisava River）生態(tài)系統(tǒng)被破壞所導(dǎo)致的眾多問題。該項(xiàng)目所開發(fā)的河川水質(zhì)污染管理與預(yù)警系統(tǒng)的架構(gòu)，可分為信息收集、決策系統(tǒng)及信息呈現(xiàn)等三個(gè)層面。信息收集層面牽涉到傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)，這部分涵蓋了傳感器的選擇與監(jiān)測器的種類形式、監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)、監(jiān)測點(diǎn)的選擇、河川交會(huì)點(diǎn)的傳感器位置、野外測計(jì)的使用與量測范圍、水質(zhì)污染監(jiān)測的實(shí)際運(yùn)行等。在本案例中所選擇的監(jiān)測項(xiàng)目包括：水溫、導(dǎo)電度、pH 值、溶氧量（DO）及總懸浮固體含量（TSS）。至于傳感器的設(shè)置方式則為固定于河床，并借由GPRS 設(shè)備將測量到的信息即時(shí)傳輸至資料庫。在決策系統(tǒng)層面，則分為使用者驅(qū)動(dòng)警報(bào)及自動(dòng)驅(qū)動(dòng)警報(bào)兩種路徑。使用者驅(qū)動(dòng)警報(bào)是由使用者主動(dòng)對傳感器提出監(jiān)測要求，當(dāng)傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)判斷為超標(biāo)，系統(tǒng)便自動(dòng)發(fā)送警報(bào)。另一路徑為自動(dòng)驅(qū)動(dòng)警報(bào)，當(dāng)傳感器自動(dòng)監(jiān)測所傳回的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)判斷為超標(biāo)，也將觸發(fā)警報(bào)。而信息呈現(xiàn)則采用GIS 展示平臺(tái)，以地圖展示并提供查詢水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的方式呈現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測的狀況。本案例結(jié)合傳感網(wǎng)與GIS 技術(shù)，為使用者及決策者提供線上地圖瀏覽，同時(shí)可選擇欲查詢的傳感器之監(jiān)測信息等功能，十分值得參考。

3．幾點(diǎn)體會(huì)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段，主要應(yīng)用于傳統(tǒng)物流、商業(yè)零售等領(lǐng)域

目前，國外對物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)、應(yīng)用主要集中在美、歐等少數(shù)國家，其最初的研發(fā)方向主要是條形碼、RFID等技術(shù)在商業(yè)零售、物流領(lǐng)域應(yīng)用，而隨著RFID、傳感器技術(shù)、近程通信以及計(jì)算技術(shù)等的發(fā)展，近年來其研發(fā)、應(yīng)用開始拓展到環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、智能基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。根據(jù)EPoSS（歐洲智能系統(tǒng)集成聯(lián)盟）在“Internet of Things in 2020”（《物聯(lián)網(wǎng)2020》）報(bào)告中分析預(yù)測，全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將歷經(jīng)四個(gè)階段，2010年之前RFID被廣泛應(yīng)用于物流、零售和制藥等行業(yè)領(lǐng)域；2010-2015年實(shí)現(xiàn)物體互聯(lián)；2015-2020年物體進(jìn)入半智能化，2020年后物體進(jìn)入全智能化。因此，全球物聯(lián)網(wǎng)的總體狀況目前還停留在概念和試驗(yàn)階段，許多相關(guān)技術(shù)仍在開發(fā)測試階段，要真正實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間融合，達(dá)到物物互聯(lián)的全球應(yīng)用，尚需很長時(shí)間。

3.2 監(jiān)測是國外物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保領(lǐng)域主要切入點(diǎn)

全球面向環(huán)境保護(hù)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展還處于初級階段，已具備較好的基礎(chǔ)。國外已經(jīng)有了眾多面向環(huán)境保護(hù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例，在污染防治、生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。但從美歐等國的應(yīng)用來看，運(yùn)用不同的傳感器或物體來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測是現(xiàn)階段比較成熟的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐，如針對水質(zhì)、針對大氣質(zhì)量和針對藻類的運(yùn)用，使用物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測方式可以比現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)得出更加客觀的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)。而物聯(lián)網(wǎng)還未在環(huán)境保護(hù)其他領(lǐng)域大量運(yùn)用的主要原因是由于物聯(lián)網(wǎng)自身的理論、技術(shù)還不夠完善，而與監(jiān)測相關(guān)的RFID、傳感器技術(shù)、近程通信技術(shù)相對成熟。相信隨著物聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)技術(shù)的日趨成熟，大量技術(shù)的成熟和產(chǎn)品的應(yīng)用將為面向環(huán)境保護(hù)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

[1] 陳柳. 物聯(lián)網(wǎng): 國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)及亟待解決的關(guān)鍵問題[J]決策咨詢通訊, 2010(5) :15-32.

[2] 國立臺(tái)灣大學(xué). 感測網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在污染防治之研究感測網(wǎng)現(xiàn)況分析報(bào)告[R].1998.132-133; 135-138.

[3] 賀琳. 美國密歇根州采用RFID激勵(lì)居民垃圾回收[N/OL].RFID世界網(wǎng), http://news.rfidworld.com. cn/2009_10/2009101292477312.html.

[4] Internet of Things — An action plan for Europe, COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES Brussels, 18.6.2009 COM(2009) 278 final.

General Analysis on the Development and Application of the Internet of Things on Environmental Protection in US and EU

Liu Liyuan
（Information Center of the Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, China）

The paper mainly summarized the development process of the Internet of Things in US and EU and also gave a general understanding of the policy documents related to the Internet of Things including “the Internet of Things-An action plan for Europe”. Then it put emphasis on the case studies of City Sense and MARVIN in US, environmental protection application projects like OSIRIS in Spain, Sensaris in France and Water Pollution Management and Early Warning System in Serbia. Based the general analysis on the application projects of Internet of Things in the feld of the environmental protection in US and EU, it put forward the relevant suggestions for the development of Internet of Things on environmental protection in China.

Internet of things；Environmental Protection；application

X32

A

1674-6252（2014）06-0044-05

劉立媛（1979—），女， 漢族， 山西大同人，碩士， 工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境信息化研究.