環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用

莫雪蓮

（1.桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院，廣西 桂林 541002；2.桂林市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西 桂林 541002）

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用

莫雪蓮1,2

（1.桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院，廣西 桂林 541002；2.桂林市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西 桂林 541002）

文章介紹環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的概念及應用的總體架構，論述了環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)在中國環(huán)保領域的發(fā)展與實踐。對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)在桂林市環(huán)境監(jiān)測中的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，并指出環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測中應用存在的問題，提出推動環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)在桂林市環(huán)境監(jiān)測建設和發(fā)展的建議。

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)測

1 環(huán)境監(jiān)測新內涵

我國改革開放后，工業(yè)的不斷發(fā)展加劇了人們對自然資源的需求與生態(tài)環(huán)境的破壞，直到20世紀70年代，人們才開始意識到環(huán)境保護的重要性，對環(huán)境監(jiān)測工作也逐漸重視起來。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測是使用人工采取樣品進行試驗分析的方式，過程包括：①有針對性地進行樣地調查，根據(jù)污染源的排放規(guī)律以及污染源所處位置的水文地理條件，設置最優(yōu)監(jiān)測點位以獲取最有空間代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高采集樣品的真實性、代表性；②根據(jù)監(jiān)測目的的具體要求，選用相應的方法進行樣品的采集、處理、保存以及運輸，使樣品得到妥善管理；③采用相應的標準，對樣品進行分析測試，并將得到的測試結果進行分析處理；④整理分析結果，對應相關的標準，作出綜合評價［1］。這種傳統(tǒng)的檢驗方式結果缺乏時效性，且準確度不高，需要耗費大量的工作量和成本，不利于環(huán)境監(jiān)測結果的質量和準確度。

自 2010 年《政府工作報告》［2］特別提出“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用”后，物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測方面已經(jīng)進行了大氣質量監(jiān)測、地表水質檢監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、重點污染源監(jiān)控和環(huán)境衛(wèi)星遙感等方面的應用，極大地提高了環(huán)境監(jiān)測效率及質量，是實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測智能化、信息化的重要形式。

2 物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術在我國環(huán)保行業(yè)中已開始初步推行。1999年，原國家環(huán)?？偩值谝淮卧谌珖_始推廣環(huán)境在線監(jiān)控系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)的最早探索和實踐；2008 年開始在全國 31省、自治區(qū)、直轄市，6 個環(huán)保督查中心和 333個地級市部署國控污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保領域的規(guī)模建設和行業(yè)級實踐。2013年，污染源自動監(jiān)控有效傳輸率納入政績考核中［3］，推動政府開展環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設。近年來，由國家財政投資，全國約 7000 多個重點污染企業(yè)安裝了自動監(jiān)測設備，通過互聯(lián)網(wǎng)建成全國重點污染源監(jiān)控系統(tǒng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)已被應用于大氣監(jiān)測、水質監(jiān)測、土壤墑情監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測、核輻射監(jiān)測、噪聲監(jiān)測等多個方面。

面對日趨嚴峻的環(huán)境問題、環(huán)境保護和監(jiān)測的海量多元數(shù)據(jù)以及日益復雜的應用需求，為了推動環(huán)保桂林市也致力于研究物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測中的應用。桂林市環(huán)境監(jiān)測中心站通過自主開發(fā)，開展環(huán)境監(jiān)測信息化、環(huán)境遙感及GIS云平臺的環(huán)境狀況三維可視化綜合分析以及高分辨率衛(wèi)星影像的環(huán)境綜合應用，將物聯(lián)網(wǎng)技術作為提高環(huán)境監(jiān)測技術的一個重要手段，2015年此項研究成果榮獲得桂林市科學技術獎。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術在大氣監(jiān)測中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術在空氣在線質量監(jiān)測中的應用，主要是針對人流相對集中的敏感區(qū)，在現(xiàn)有空氣質量自動監(jiān)測站點的基礎上，按照網(wǎng)格化布點的要求增加自動監(jiān)測點的部署，提高對該監(jiān)測區(qū)域的實時監(jiān)測，確保該區(qū)域的空氣質量［4］。我國在實際的環(huán)境空氣監(jiān)測過程中，注重常規(guī)監(jiān)測指標的實時監(jiān)測，通過對多個監(jiān)測子站加以建立，在傳感器設備的應用中，做好大氣環(huán)境中可吸入顆粒物、一氧化碳、二氧化硫和氮氧化合物等污染因子的相關數(shù)據(jù)進行采集，并借助網(wǎng)絡，將實時數(shù)據(jù)逐漸向監(jiān)控中心傳輸，最終實現(xiàn)環(huán)境空氣自動監(jiān)測。

桂林市不斷加強物聯(lián)網(wǎng)技術在大氣監(jiān)測中的應用，大力推進環(huán)境空氣質量網(wǎng)格化預警監(jiān)測系統(tǒng)建設和新增空氣自動監(jiān)測站點建設，截止2015年年底，已完成空氣質量預警監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)格劃分工作，將市區(qū)用44個預警網(wǎng)格進行覆蓋。完成了11個縣大氣自動監(jiān)測子站和市區(qū)8個大氣自動監(jiān)測站的建設，市區(qū)8個空氣自動監(jiān)測站點分別位于電子科大堯山校區(qū)、市環(huán)保局監(jiān)測站、龍隱路小學、八中、桂林旅游學院、桂林師院、臨桂區(qū)環(huán)保局和桂林林科所，實現(xiàn)了環(huán)境空氣自動監(jiān)測市區(qū)全覆蓋。實時監(jiān)測項目包括二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物、細顆粒物、一氧化碳、臭氧等。桂林市空氣自動監(jiān)測站點位分布圖如圖1：

圖1 桂林市空氣自動監(jiān)測站點位分布圖

從點位布置圖看，桂林市空氣自動監(jiān)測站均建設在人流相對集中區(qū)或重要敏感區(qū)，并實現(xiàn)了環(huán)境空氣自動監(jiān)測市區(qū)全覆蓋。但是，目前桂林市空氣質量嚴重下降，列廣西各城市之尾的嚴峻形勢，也暴露了桂林市日趨嚴峻的環(huán)境問題，建議桂林市繼續(xù)加大空氣自動監(jiān)測站點建設，可在現(xiàn)有站點的基礎上，按照網(wǎng)格化布點的要求將空氣自動監(jiān)測點覆蓋面向市區(qū)外圍擴展，擴大實時監(jiān)測的監(jiān)測區(qū)域，及時了解空氣質量及變化情況，制定科學有效的預防措施，從根本上解決桂林市環(huán)境空氣質量問題。

同時，桂林市已建立的環(huán)境在線監(jiān)控系統(tǒng)中，全市共有24家廢氣企業(yè)安裝了廢氣污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測項目包括煙塵、煙氣參數(shù)、二氧化硫、氮氧化物等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術在水質監(jiān)測中的應用

水質在線監(jiān)測主要有飲用水監(jiān)測和水質污染監(jiān)測，這兩種類型的在線監(jiān)測方法類似，主要是在監(jiān)測目的地布置各種傳感器、視頻監(jiān)視等傳感設備，形成感知層，然后經(jīng)過網(wǎng)絡層將數(shù)據(jù)傳輸至應用層，應用層根據(jù)傳感器的位置、數(shù)據(jù)采集時間等信息綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)組成監(jiān)測體系，從而實現(xiàn)對水質、水污染源的監(jiān)測和綜合監(jiān)管。

物聯(lián)網(wǎng)技術在污水監(jiān)測中的應用，主要是將電子傳感器直接放置在入水口和出水口處（主要是出水口），實時監(jiān)測各類污染因子的含量。目前，桂林市已建立環(huán)境在線監(jiān)控系統(tǒng)，全市共有44家污水企業(yè)安裝了水污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測項目包括PH、流量、化學需氧量、氨氮、總氮、總磷等。通過物聯(lián)網(wǎng)技術的污水監(jiān)測方法，做到實時監(jiān)測，企業(yè)一旦排水不符合標準，系統(tǒng)直接將監(jiān)測信息傳遞給計算機，通知企業(yè)和環(huán)保管理部門相關人員及時核查和處理，避免污染事故的發(fā)生。另外，桂林市已建有 3個水質自動監(jiān)測站點，點位分別設置在：陽朔縣龍頭山碼頭、疊彩區(qū)大河南洲橋西岸和全州縣黃沙河大橋東岸。監(jiān)測項目為水溫、濁度、電導率、CODMn、pH、氨氮、溶解氧等。但是，目前桂林市水質自動監(jiān)測站點建設存在站點偏少、監(jiān)測參數(shù)較少的現(xiàn)象，全市僅在漓江流域的上游、下游及廣西與湖南的交接省控斷面處布設了水質自動監(jiān)測站點，一旦地表水水質受到污染，將很難及時掌握污染因子及污染源，也無法采取應變措施保護飲用水源。建議桂林市下一步可根據(jù)環(huán)境管理需求，增加在漓江中游和流域交界斷面處水質自動監(jiān)測站點的建設及監(jiān)測項目。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術在生態(tài)監(jiān)測中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術在生態(tài)監(jiān)測中的應用，主要是將監(jiān)測區(qū)域劃分為若干個分簇區(qū)域。在分簇區(qū)域的監(jiān)測過程中，采用多個傳感器節(jié)點，通過對傳感器進行設定，實現(xiàn)水文質量、空氣質量、光照強度、噪聲、溫度以及濕度等監(jiān)測數(shù)據(jù)的搜集。同時，會做好各類監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的信息控制，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并注重數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。在實際的監(jiān)測過程中，整個網(wǎng)絡設置了若干個移動Agent節(jié)點，通過對移動 Agent 節(jié)點的設置，利用簇內傳感器節(jié)點能耗實時建立起的二維定位表，選擇最優(yōu)的路徑進行數(shù)據(jù)傳輸，使網(wǎng)絡整體的能耗達到相對最低。桂林市生態(tài)監(jiān)測發(fā)展較為緩慢，目前未建成基于物聯(lián)網(wǎng)技術的桂林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術在桂林市環(huán)境監(jiān)測應用中存在的問題

3.1 監(jiān)控要素不夠全面

由于現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)受限于設備條件，目前桂林市只能覆蓋部分水環(huán)境、空氣環(huán)境等，可監(jiān)測的污染物種類也不多。重金屬、噪聲、土壤、生態(tài)環(huán)境等尚未納入自動監(jiān)控體系。

3.2 氣環(huán)境、水環(huán)境、污染源自動監(jiān)控建設尚處于初級階段

目前桂林市氣環(huán)境、水環(huán)境、污染源自動監(jiān)控處于初級階段，受布點數(shù)量和布點區(qū)域的限制，尚未覆蓋全市所有的區(qū)縣及污染源；大部分自動監(jiān)控僅監(jiān)管排污末端，尚未監(jiān)控全過程。 3.3 缺乏有效的統(tǒng)籌規(guī)劃和建設標準

目前監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺沒有構建統(tǒng)一的標準，數(shù)據(jù)標準規(guī)范未遵循統(tǒng)一標準，不支持多個系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，不支持企業(yè)、環(huán)保相關部門系統(tǒng)和信息平臺間的數(shù)據(jù)級和應用級整合。水環(huán)境、氣環(huán)境、污染源等監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)大多是獨立建設，在數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同方面缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，導致重復建設、“信息孤島”現(xiàn)象普遍、嚴重，數(shù)據(jù)利用程度低，難以支持便捷、高效的信息共享和污染因子綜合評價。

4 應對策略

針對上述問題，在物聯(lián)網(wǎng)技術的實際應用中，為不斷改進，增加物聯(lián)網(wǎng)技術的應用效果，提出如下建議。

首先，加大環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測內容，通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對水、氣、聲、核輻射、土壤、生態(tài)等環(huán)境要素，特別是對核與輻射、危廢、醫(yī)廢等危險源進行全方位的監(jiān)測，展開全面、有效的監(jiān)管，形成天空地一體化感知體系建設，從而可以更快速感知影響城市環(huán)境、人體健康、生命安全的實時指標，更全面感知污染排放、環(huán)境污染、應急事故的變化過程。

其次，采用科學化管理方法，對現(xiàn)有的管理制度進行完善，改革不合理的管理制度，使整體管理適應實際工作的需要。建立物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集成共享機制，構建完善的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)共享平臺，統(tǒng)一發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測信息，讓政府部門與相關企業(yè)的信息能夠相統(tǒng)一，實現(xiàn)有效集成、互聯(lián)共享。

最后，改進物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用水平，提高信息處理系統(tǒng)的自動化和智能化。強化污染源追蹤與解析，建立自動預警系統(tǒng)，對于超出標準的參數(shù)進行預警，從而提高環(huán)境監(jiān)測的準確性和智能化，同時也提高環(huán)境風險防控和突發(fā)事件應急監(jiān)測能力。

［1］ 李國剛，萬本太.中國環(huán)境監(jiān)測科技發(fā)展需求分析［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2004，20（6）:5-8.

［2］ 溫家寶.2010年政府工作報告［N］.人民日報，2010-03-04.

［3］ 國務院辦公廳.《國務院辦公廳關于印發(fā)<生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設方案的通知>的通知》（國辦發(fā)［2015］56號）［Z］.北京:國務院辦公廳，2015.

［4］ 賈益剛.物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測和預警中的應用研究［J］.上海建設科技，2010（6）:65-67.

The application of environmental protection Internet Of Things during the environmental monitoring

This paper introduced the concept and application of environmental protection Internet Of Things （IOT），discussed the dev elopment and practice of the environmental protection IOT in China's environmental protection field， analyzed current situation of the development during the environmental monitoring in Guilin. It also pointed out the problems existed in the application of the environmental protection IOT and proposed suggestions on promoting the development and construction of environmental monitoring in Guilin.

Environmental protection Internet Of Things； environmental monitoring

X131.1

A

1008-1151（2016）08-0038-02

2016-07-

莫雪蓮（1985-），女，桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院研究生，供職于桂林市環(huán)境監(jiān)測中心站，從事環(huán)境監(jiān)測工作。