物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用分析

李曉雪

(陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710000)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用分析

李曉雪

(陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710000)

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其高度的可用性迅速被應(yīng)用于物流和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，尤其應(yīng)用在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中，大大提高了監(jiān)測的科學(xué)性和實(shí)效性。研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，以及如何實(shí)現(xiàn)環(huán)保行業(yè)發(fā)展和環(huán)境監(jiān)測科學(xué)化、合理化，進(jìn)一步提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的管理手段，促進(jìn)我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可大幅度提高檢測范圍，利用全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)等做到多層次、全方位的生態(tài)環(huán)境監(jiān)控?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測方法，利用電子傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測各類元素的含量，降低工作人員的監(jiān)督難度，減少污染檢測的隨機(jī)性，增加監(jiān)測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，最終會提高污水治理的效果。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)；應(yīng)用分析

1970年我國才開始環(huán)境監(jiān)測工作，該項(xiàng)工作需要耗費(fèi)大量人力、物力和財力，且監(jiān)測過程和結(jié)果受時間、天氣和距離等多種因素的影響，導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確甚至錯誤，給環(huán)境的治理以及污染的預(yù)防帶來巨大困難，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展就是為了克服這些困難。2010年，國務(wù)院《政府工作報告》中談到需要加快物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。2011年，國務(wù)院在關(guān)于環(huán)境保護(hù)方面指出加強(qiáng)環(huán)境信息資源的監(jiān)測，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的深入應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)危險品運(yùn)輸、環(huán)境質(zhì)量等的實(shí)時監(jiān)測和突發(fā)事件的預(yù)防[1]。2011年，工信部發(fā)出通告，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展列為“十二五”重點(diǎn)發(fā)展科學(xué)技術(shù)之一，明確提出構(gòu)建完整的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)引起了信息技術(shù)的新變革，使得用戶端延伸到生活的任意物體，以局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，將終端設(shè)備、人員和物體互聯(lián)[2]，實(shí)現(xiàn)自動化和智能化的管理，而生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域之一；因此，研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用十分必要。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從不同的角度論述了物聯(lián)網(wǎng)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測首先要進(jìn)行實(shí)地考察，包括水文地理信息、樣品采集和保存、采集點(diǎn)布置和監(jiān)測地點(diǎn)的信息整理；其次是分析樣品，利用相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行科學(xué)處理，得出污染源的超標(biāo)污染物質(zhì)組成成分和比例；最后是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合評價監(jiān)測地點(diǎn)的污染現(xiàn)狀和污染原因[3]。物聯(lián)網(wǎng)顧名思義是一種物體和物體相互連接的信息網(wǎng)絡(luò)，而它的核心基礎(chǔ)設(shè)施還是互聯(lián)網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)擴(kuò)展到物體上，使得物體之間，物體和計算機(jī)設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)通信。國內(nèi)學(xué)者將物聯(lián)網(wǎng)定義為通過射頻識別技術(shù)和傳感器、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等設(shè)備，將物體與互聯(lián)網(wǎng)相互連接實(shí)現(xiàn)通信、定位和監(jiān)測等目的的網(wǎng)絡(luò)[4]。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍十分廣泛，例如交通、物流、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)信息化、智能建筑和體育賽事等，主要思想都是將傳感器放置在需要的物體上，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通信。學(xué)者將物聯(lián)網(wǎng)分為3層架構(gòu)，如圖1所示。第1層是感知層，負(fù)責(zé)物體和物體之間的連接，采集一些需要的關(guān)鍵信息，并通過技術(shù)手段識別物體，這其中涉及的技術(shù)主要有射頻識別電子標(biāo)簽和讀寫器、電子條碼以及自組織網(wǎng)絡(luò)等[5]，感知層面臨的主要問題是節(jié)能和降低成本；第2層是網(wǎng)絡(luò)層，其任務(wù)是傳遞信息，包括物聯(lián)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的融合操作、網(wǎng)絡(luò)管理、智能化操作等，利用感知層的信息合理配置通信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人之間、物體之間以及人與物體之間的通信，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也使得通信范圍變大，與核心網(wǎng)之間的融合方式多樣化；第3層是應(yīng)用層，即物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和應(yīng)用，對已獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得出一些有益的結(jié)論，例如生態(tài)環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)，就是將傳感器收集到的環(huán)境信息進(jìn)行分析，它是一種對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和污染預(yù)防的管理系統(tǒng)，智能化管理等技術(shù)讓環(huán)境監(jiān)控擺脫人力勞動帶來的低準(zhǔn)確性和低效率，創(chuàng)新了生態(tài)環(huán)境管理模式，推進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6]。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)3層架構(gòu)示意圖

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用已經(jīng)成為促進(jìn)環(huán)保行業(yè)發(fā)展和環(huán)境監(jiān)測科學(xué)化、合理化的重要手段，進(jìn)一步提高了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的管理手段，促進(jìn)我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展[7]。目前，我國的環(huán)境污染問題開始制約經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，國家不斷出臺新的政策治理污染源，環(huán)境監(jiān)測的科技化信息化正是在這種背景下產(chǎn)生的，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也因此備受重視，提到了國家重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)之一的高度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳統(tǒng)的環(huán)保監(jiān)控技術(shù)融合到自動化技術(shù)中，大幅度提高了我國環(huán)境監(jiān)測的水平，過去很長一段時間，我國的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測水平一直很低，相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施不完善，難以完成環(huán)境監(jiān)測和預(yù)防等任務(wù)，在惡劣環(huán)境事件發(fā)生后僅僅能夠得到一些數(shù)據(jù)，分析出保護(hù)方法，例如PM2.5指數(shù)也是在近年才公布出來的，一些環(huán)境污染數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)無法準(zhǔn)確測量[8-9]。而且監(jiān)測范圍集中在大的生態(tài)系統(tǒng)，例如鄱陽湖重點(diǎn)監(jiān)測的山川河水，因此一旦發(fā)生環(huán)境污染突發(fā)事件，沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，無法合理解決污染問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以大幅度提高檢測范圍，利用全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)等做到多層次、全方位的生態(tài)環(huán)境監(jiān)控，方便有關(guān)管理部門及時地解決突發(fā)環(huán)境污染問題。以免事件進(jìn)一步惡化。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用分析

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大氣監(jiān)測中的應(yīng)用

大氣監(jiān)測十分復(fù)雜，需要監(jiān)測人員每天定時觀察大氣中污染情況，檢測SO2、H2S、CO2、CO和HF氣體，以及粉塵等顆粒物的含量，判斷大氣環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)，然后再公布一些關(guān)鍵污染物質(zhì)的含量。這種觀測無法實(shí)時進(jìn)行，需要耗費(fèi)大量人力和物力，而且效率低下。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以采用氣體傳感器實(shí)時監(jiān)測區(qū)域中大氣環(huán)境狀況，包括市區(qū)等鬧市地段，其工作原理如圖2所示，內(nèi)置各類污染氣體和顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)，一旦污染物質(zhì)超標(biāo)，可以及時將數(shù)據(jù)和地理信息傳遞給后臺計算機(jī)處理中心，管理人員能夠及時處理嚴(yán)重污染事件，科學(xué)地預(yù)防重大污染事件的發(fā)生和擴(kuò)散。

圖2　物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)工作示意圖

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用

水質(zhì)監(jiān)測和人們的生活息息相關(guān)，為水資源的保護(hù)，開發(fā)和預(yù)防提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。管理人員能夠認(rèn)真分析污染來源，及時地關(guān)閉一些重污染企業(yè)，整頓一些排放不達(dá)標(biāo)的企業(yè)，因?yàn)樗畬θ祟悂碚f比其他任何物質(zhì)都重要，我國是一個淡水資源缺乏的國家，很多地區(qū)都嚴(yán)重缺水，水質(zhì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測尤為重要，除了要監(jiān)測被污染的區(qū)域，還要認(rèn)真保護(hù)未被污染的河流，控制污染源。我國的主要檢測手段是飲用水監(jiān)測和污染監(jiān)測，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測方法主要將電子傳感器直接放置在水域中，實(shí)時監(jiān)測各類元素的含量。污染監(jiān)測的對象主要是工業(yè)廢水，電子傳感器可置于排放口，一旦排水不符合標(biāo)準(zhǔn)，就會傳遞給計算機(jī)，通知管理人員及時處理。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在污水處理監(jiān)測中的應(yīng)用

我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，隨之而來的就是一系列的環(huán)境問題，其中最主要的生態(tài)環(huán)境問題就是污水。過去，傳統(tǒng)的污水監(jiān)測手段是由專門人員去現(xiàn)場取樣到實(shí)驗(yàn)室檢測，監(jiān)測報告需要幾個工作日才能拿到，這種方法無法應(yīng)對城鎮(zhèn)化進(jìn)程中污水問題的加劇，因?yàn)槊看螜z測的時間比較長，人力成本比較高，而且整個檢測的周期也比較長，無法做到實(shí)時監(jiān)測，影響了污染問題解決的最佳時機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很好地解決了這一問題，實(shí)時監(jiān)測能夠降低工作人員的監(jiān)督難度，減少污染檢測的隨機(jī)性，增加監(jiān)測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，最終提高污水治理的效果。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中存在的問題及應(yīng)對策略

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中存在的問題

從目前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用情況分析可知，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測成本降低，檢測結(jié)果正確性提高；但是仍然存在很多問題，主要表現(xiàn)在如下3個方面。

1)管理體系不科學(xué)。傳統(tǒng)監(jiān)測體系的難度主要原因是耗費(fèi)大量人力、物力和財力，且監(jiān)測效率低下，結(jié)果不科學(xué)，無法進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有很大優(yōu)勢，但是管理方法的不科學(xué)導(dǎo)致其沒有充分發(fā)揮技術(shù)帶來的高效性，物聯(lián)網(wǎng)目前的理論研究還沒有建立國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一些技術(shù)細(xì)節(jié)還在研究之中；因此，建立跨區(qū)域的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的難度很高，管理難度幾何級數(shù)上升。

2)目前物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵監(jiān)測區(qū)域只有水質(zhì)、水污染和大氣污染。監(jiān)測內(nèi)容不足以完整描述我國生態(tài)環(huán)境的變化情況和狀態(tài)。電子傳感器也是一種終端設(shè)備，無法實(shí)現(xiàn)無死角的監(jiān)控，只能監(jiān)測射頻發(fā)射范圍內(nèi)的環(huán)境狀況。

3)監(jiān)控環(huán)境不確定。物流網(wǎng)依賴于終端設(shè)備，而射頻識別技術(shù)的原理就是發(fā)射射頻波段，因此很容易受到金屬、電磁波和噪聲等聲源的影響，導(dǎo)致監(jiān)測準(zhǔn)確率大大下降。

3.2應(yīng)對策略

針對上述問題，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，還需不斷改進(jìn)，增加物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果。首先，科學(xué)化管理方法，積極參與制定國際物聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，為其在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用提供統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得各個地域的電子終端能夠協(xié)調(diào)使用，不會出現(xiàn)差錯；其次，加大環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測內(nèi)容，例如城市環(huán)境監(jiān)測，垃圾場監(jiān)測等，建立一個完善的生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，提高人們的生活質(zhì)量，享受大自然帶來的樂趣而不是災(zāi)難；最后，避免來自于其他波段的干擾，電子標(biāo)簽的安裝地點(diǎn)盡量避開噪聲源，讀取器的安裝也要遵循這個準(zhǔn)則，可以利用一些算法去除一些噪聲干擾，同時設(shè)立合理的隔離帶，將傳感器設(shè)備與電纜等干擾源分開放置，除了考慮防干擾之外還要考慮防止人為的破壞。

3.3生態(tài)環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢

首先，制定科學(xué)的空氣檢測制度，增加生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測范圍，大氣監(jiān)測所面臨的情形復(fù)雜多變，因此應(yīng)根據(jù)具體的污染物調(diào)整監(jiān)控方案，例如二氧化硫等霧霾主要成分的監(jiān)測，需要多種監(jiān)測手段協(xié)同進(jìn)行，根據(jù)霧霾的輕重程度確定分配射頻電子設(shè)備的多少，制定不同的污染預(yù)警策略。水資源監(jiān)測也要包括重金屬和輻射源等，實(shí)現(xiàn)地表水的綜合監(jiān)測，家用自來水的監(jiān)測更為重要，可以在管道口安裝射頻裝置，實(shí)時測試水源的污染情況，如果不符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，則給出警示，提示用戶不要使用飲用水，防止帶來一些潛在疾病。除此之外， 還需要建立統(tǒng)一的信息平臺，使人們能夠自由地獲取生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提示人們是否應(yīng)該采取防范措施。

4結(jié)語

信息技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使人們更加關(guān)注生態(tài)環(huán)境的安全，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被迅速應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，提高了監(jiān)測效率，節(jié)省了監(jiān)測成本。本文分析了物聯(lián)網(wǎng)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀和應(yīng)用，探析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，并有針對性地提出了一些解決對策。

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責(zé)任編輯鄭練到

The Internet of Things Technology in the Application of Ecological Environmental Monitoring Analysis

LI Xiaoxue

(Shaanxi Vocational and Technical College, Xi′an 710000, China)

Abstract：The internet of things technology with its high availability is quickly applied to logistics, environmental monitoring and other fields, especially in the field of ecological environment monitoring, greatly improving the scientific nature and effectiveness of monitoring. Study the internet of things technology in the application of ecological environmental monitoring, and present how to realize the environmental protection industry development and environmental monitoring scientific and rationa. It further improves the ecological environment monitoring management and the development of our country environmental protection enterprise. This topic in the internet of things technology greatly improves the detection range, using the global positioning system (GPS), geographic information system and so on to realize multi-level and comprehensive ecological environment monitoring. Monitoring method based on the technology of internet of using electronic sensor can realize real-time monitor with the content of all kinds of elements. Real-time monitoring can decrease the difficulty of the supervision of the staff to reduce pollution detection of randomness, increases scientific and accuracy in the monitoring, and ultimately improves the effect of sewage disposal.

Key words:the internet of things technology, ecological environment monitoring technology, application analysis

收稿日期：2015-01-21

作者簡介：李曉雪(1986-)，女，碩士，助教，主要從事環(huán)境評價與治理等方面的研究。

中圖分類號：X 830.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B