基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

張雷

[摘 要]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為繼計(jì)算機(jī)技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，已經(jīng)應(yīng)用到眾多領(lǐng)域之中，同時(shí)，伴隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，帶來(lái)了環(huán)境污染等制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問(wèn)題，已經(jīng)備受人們的關(guān)注與重視，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)已刻不容緩，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)之中，既可以有效地對(duì)環(huán)境提供實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，又可以通過(guò)信息共享與輔助決策，來(lái)為環(huán)境監(jiān)督與管理提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，本文首先對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行概述，分析當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，再對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)，剖析其存在的問(wèn)題，進(jìn)而加以總結(jié)。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.090

[中圖分類號(hào)]TP391.44 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2016）24-0-02

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容概述

1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵

環(huán)境監(jiān)測(cè)自20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行，目前是對(duì)于當(dāng)前環(huán)境的評(píng)價(jià)質(zhì)量趨勢(shì)的一種重要手段，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)概念沒(méi)有統(tǒng)一的定義，伴隨著工業(yè)的發(fā)展變化，研究涵蓋了從環(huán)境污染到環(huán)境質(zhì)量等各個(gè)方面的監(jiān)控，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程一般來(lái)說(shuō)，分為三個(gè)步驟，首先是要進(jìn)行有目的的樣地調(diào)查，對(duì)于樣品進(jìn)行收集與處理，并且要遵循污染源的排放規(guī)律；其次，要確保樣品的真實(shí)性，收集到的樣品要進(jìn)行測(cè)試分析，將取得到的結(jié)果進(jìn)行分析與處理；最后，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，最終確定其綜合指標(biāo)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)與20世紀(jì)90年代，最初由美國(guó)麻省理工學(xué)院提出，主要是指所有物品通過(guò)傳感器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品智能化識(shí)別的一種技術(shù)。時(shí)代在變化，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也在逐步擴(kuò)大，因此定義也越來(lái)越廣闊，一版來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就可以理解為一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，感知裝置進(jìn)行信息的處理，數(shù)據(jù)的計(jì)算，并且挖掘出相關(guān)的信息，最終，使物與物或人與物之間進(jìn)行連接，是一種通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的延伸。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且形式多樣，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)主要包含三個(gè)層面，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心層，主要是將物理世界與信息世界通過(guò)一些硬件設(shè)備進(jìn)行連接，比如射頻標(biāo)簽的讀寫器、二維碼的識(shí)別讀取器、攝像頭等設(shè)備，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，主要是負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境或是物質(zhì)的屬性等進(jìn)行感知的。網(wǎng)絡(luò)層主要是負(fù)責(zé)把感知層所收集到的信息進(jìn)行傳遞，最終輸出到應(yīng)用層，也可以說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)的大腦，應(yīng)用層的主要的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總與轉(zhuǎn)換，通過(guò)支撐平臺(tái)的子層來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在應(yīng)用服務(wù)的子層進(jìn)行相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)之中，比如電子商務(wù)的智能物流、家庭可使用的智能家居、醫(yī)療部門所使用的醫(yī)療檢測(cè)等，但環(huán)境監(jiān)測(cè)則是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最早所涉及的領(lǐng)域。

2.1 大氣監(jiān)測(cè)

目前人們?cè)絹?lái)越重視空氣的質(zhì)量，因?yàn)樗苯佑绊懼祟惖慕】?，?duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，主要是可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)監(jiān)測(cè)某一點(diǎn)位大氣所發(fā)生的變化，傳感器可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳到感知層，感知層則傳遞到應(yīng)用層，最終對(duì)程序進(jìn)行處理，當(dāng)一些有毒有害氣體或是單位超標(biāo)的排放，都被監(jiān)測(cè)到，及時(shí)通知環(huán)保相關(guān)執(zhí)法機(jī)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行處理和整治，來(lái)確保大氣質(zhì)量。

2.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

水是萬(wàn)物之源，水的質(zhì)量更是受到老百姓的關(guān)注，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)主要包括對(duì)飲用水的監(jiān)測(cè)和水污染的監(jiān)測(cè)。飲用水是人們的生活保障，主要是通過(guò)在水源進(jìn)行傳感器和攝像頭等設(shè)備的安裝進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將水質(zhì)中的各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行上報(bào)，包括水質(zhì)的酸堿度、二氧化硫以及、鐵等各種元素的監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)飲用水受到污染時(shí)，則發(fā)生報(bào)警，這樣就將污染的信息反饋到相關(guān)的排污單位和監(jiān)測(cè)中心，及時(shí)地對(duì)污染事故進(jìn)行處理，避免出現(xiàn)重大范圍的污染事件。

除此之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用還包括土壤的監(jiān)測(cè)、電磁輻射的監(jiān)測(cè)、森林植被的防護(hù)等方面，對(duì)環(huán)境治理等都提供了可靠的信息支持和智能化的安全保障。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)

根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特性，進(jìn)行系統(tǒng)的架構(gòu)，系統(tǒng)主要包含兩個(gè)子系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)機(jī)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)系統(tǒng)主要是在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)上進(jìn)行運(yùn)行，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)儀器的數(shù)據(jù)采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與打包的操作，在將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，最終發(fā)送到監(jiān)測(cè)平臺(tái)之上。主要包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)設(shè)置以及控制這四個(gè)模塊。

監(jiān)測(cè)平臺(tái)則運(yùn)行在監(jiān)測(cè)服務(wù)器之上，主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)上采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，然后進(jìn)行處理的操作，將處理之后的結(jié)果給監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行展示，主要包括為數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理、綜合查詢、基本信息管理、地理信息系統(tǒng)、控制、環(huán)境預(yù)報(bào)警、視頻監(jiān)控和SMS短信九個(gè)功能模塊。以下主要介紹環(huán)境視頻監(jiān)控、地理信息系統(tǒng)、SMS短信3個(gè)功能模塊。

3.1 環(huán)境視頻監(jiān)控

環(huán)境視頻監(jiān)控這一模塊主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)進(jìn)行可視化的效果，首先可進(jìn)行視頻的瀏覽，這是最基本的功能，在線就可以觀察現(xiàn)場(chǎng)的情景，并且可以根據(jù)不同的攝像頭位置進(jìn)行切換監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，可以根據(jù)相應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行視頻的搜索，也可以將這些視頻進(jìn)行保存到相應(yīng)的路徑之下，以便再次查看。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)中要尋找某些污染源等的設(shè)備名稱的時(shí)候，就可以通過(guò)檢索實(shí)現(xiàn)查找，對(duì)這些視頻文件再次進(jìn)行播放，來(lái)對(duì)所需要的畫面進(jìn)行抓屏的操作，這就是環(huán)境監(jiān)測(cè)視頻的回放與圖像的抓拍，另外還有云鏡的控制，也就是通過(guò)向攝像頭來(lái)進(jìn)行指令的發(fā)送，來(lái)對(duì)攝像頭的移動(dòng)速度和云鏡的移動(dòng)等進(jìn)行載入與保存的操作。

3.2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)GIS，這是一種對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理研究的技術(shù)，主要是按照地理坐標(biāo)的不同或空間位置的不同，來(lái)選擇有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)肯定是需要多個(gè)點(diǎn)位的操作，通過(guò)對(duì)地理信息系統(tǒng)的研究，可以直觀地觀察資源和信息的現(xiàn)狀，可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)，更加直觀的手段和方式，能夠更加真實(shí)、有效、準(zhǔn)確地反應(yīng)相關(guān)的信息。

3.3 SMS短信功能

利用SMS的短信功能可以實(shí)現(xiàn)將污染的超標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息或者是超標(biāo)的物質(zhì)等污染源的信息進(jìn)行發(fā)送，發(fā)送到監(jiān)測(cè)人員的手中，由于監(jiān)測(cè)人員有時(shí)候并未在監(jiān)視儀器設(shè)備之前，但是通過(guò)短息功能也可以隨時(shí)隨地地接收到相關(guān)的環(huán)境污染的信息，及時(shí)地掌握，這樣當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事情的時(shí)候，可以及時(shí)地處理，提高了處理時(shí)間的能力與效率。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題

盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中為環(huán)境的保護(hù)等帶來(lái)眾多的便利，但同時(shí)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)之中仍然存在許多問(wèn)題亟待解決。

4.1 環(huán)境傳感器功能單一

環(huán)境監(jiān)測(cè)的感知層目前來(lái)說(shuō)存在的最大問(wèn)題就是傳感器的功能較為單一，正是由于他的單一性，所以對(duì)監(jiān)測(cè)的污染物的種類也受到一定的局限性，可靠性也大大降低，而可以監(jiān)測(cè)到全面一些的化學(xué)分析類為主的監(jiān)測(cè)儀器，通常都是靠國(guó)外生產(chǎn)進(jìn)口的，這樣極大地增加成本以及維護(hù)的價(jià)格也較高。再加上環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)層則主要是依靠于現(xiàn)有的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，因而對(duì)于較為先進(jìn)成熟的技術(shù)則很難兼容與對(duì)接，最終使大量的信息資源整合起來(lái)難度加大，也無(wú)法進(jìn)行綜合應(yīng)用。

4.2 缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

就目前來(lái)看物聯(lián)網(wǎng)的體系會(huì)涉及許多的標(biāo)準(zhǔn)，而且相對(duì)較為復(fù)雜，如射頻技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，信息安全的標(biāo)準(zhǔn)等等，標(biāo)準(zhǔn)化則是最為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首先要解決的問(wèn)題之一，對(duì)于大規(guī)模部署的重要技術(shù)之一，不具有大規(guī)模部署的技術(shù)就不能稱之為物聯(lián)網(wǎng)，因而，要想將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究更加的標(biāo)準(zhǔn)化，就必須要制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)且進(jìn)行研究。

4.3 技術(shù)人員結(jié)構(gòu)不合理

目前來(lái)說(shuō)，在我國(guó)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)從業(yè)人員是良莠不齊的，有的是大學(xué)教師，有的是技術(shù)人員，有的是專門的科研人員，有的則是普通工人，這樣就出現(xiàn)了技術(shù)人員的結(jié)構(gòu)是不合理的，要進(jìn)行相應(yīng)的重組與優(yōu)化，要根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，面對(duì)不同的工作性質(zhì)要設(shè)置不同的人員，要從人員的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)不同的學(xué)歷、不同的技術(shù)、不同的操作能力等各個(gè)方面進(jìn)行考量，設(shè)置到不同的崗位之上，使人員的結(jié)構(gòu)配置更加的合理化。

4.4 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體管理水平有待提高

我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前來(lái)說(shuō)尚不完善，盡管受到極大地重視，但是整體的管理水平卻不高，受到諸多因素的束縛，比如體制方面等，整體的管理水平低下，同時(shí)，又面臨著安全問(wèn)題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)是特別需要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全等體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，必須要對(duì)制度進(jìn)行管理完善，使環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體管理水平更加地適應(yīng)實(shí)際工作的需要。