物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的研究進(jìn)展

李良玉 楊林

（青海師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，青海西寧 810000）

1 引言

隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)重，水污染、水資源貧乏等給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響［1］。我國(guó)水資源面臨嚴(yán)峻形勢(shì)，城市用水集中，供需矛盾尖銳，農(nóng)用水量十分緊缺，工業(yè)用水效益低。水資源過度開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)破壞嚴(yán)重，地下水過量開采致使環(huán)境地質(zhì)問題突出。水污染嚴(yán)重，不少地區(qū)和流域水污染呈現(xiàn)出支流向干流延伸、城市向農(nóng)村蔓延、地表向地下滲透、陸地向海洋發(fā)展的趨勢(shì)。水資源短缺已成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。因此，對(duì)我國(guó)水污染防治需給予高度重視，以促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

目前，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)［2］、全面［3］、準(zhǔn)確［4］地監(jiān)測(cè)水環(huán)境，為水環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理和污染物總量控制等提供全面安全可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已成為社會(huì)焦點(diǎn)。2016年，中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)提出一種基于真空檢測(cè)管-電子比色法的水環(huán)境污染移動(dòng)式快速檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可連續(xù)、實(shí)時(shí)、實(shí)地采集并測(cè)定檢測(cè)對(duì)象［5］。2016 年年底，我國(guó)初步形成環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系，在傳感器的技術(shù)創(chuàng)新以及全球市場(chǎng)占有率方面有著舉足輕重的地位。2018 年7 月，生態(tài)環(huán)境部對(duì)周潮洪提出的“關(guān)于加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，用大數(shù)據(jù)管理水環(huán)境的建議”做出了認(rèn)可答復(fù)，并提出充分利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，加強(qiáng)地表水常規(guī)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析與處理，實(shí)現(xiàn)各級(jí)生態(tài)環(huán)境部門及其他相關(guān)部門間地表水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)和共享共用，加強(qiáng)數(shù)據(jù)資源開發(fā)與應(yīng)用，為提升水環(huán)境保護(hù)能力提供信息化支撐。天津菲利科物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)了大數(shù)據(jù)智能管控系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)、水位及水量的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)，并采用可視化的方式有機(jī)整合水務(wù)管理與供排水部門，形成“水資源物聯(lián)網(wǎng)”。

目前，國(guó)外對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要集中在歐洲、美國(guó)、韓國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家。美國(guó)的哈德遜河以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)施了大量智慧河流項(xiàng)目，該技術(shù)使用傳感器分布式網(wǎng)絡(luò)，能立體監(jiān)測(cè)氣象、水質(zhì)、河流斷面等相關(guān)參數(shù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水環(huán)境生物信息、化學(xué)信息與物理信息。通過在線分析各種水環(huán)境要素，統(tǒng)計(jì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的大量數(shù)據(jù)，有效得出水環(huán)境演變、發(fā)展規(guī)律［6］。與此同時(shí)，澳大利亞與愛爾蘭為湖泊監(jiān)測(cè)分別構(gòu)建了lakenet 系統(tǒng)和smartcoast 系統(tǒng)，二者均與嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能監(jiān)測(cè)湖泊磷酸鹽實(shí)時(shí)濃度，還能在線分析并采集水溫、水位等相關(guān)信息。

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用，在地下水［7］、河流［8］、湖泊［9］、水庫(kù)［10］、海洋環(huán)境［11］等方面取得較大發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境監(jiān)測(cè)的在線性、完整性、真實(shí)性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新型環(huán)境監(jiān)測(cè)手段，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將各種環(huán)境因素緊密聯(lián)系在一起，形成一種新的網(wǎng)絡(luò)格局，保證了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，提升了環(huán)境監(jiān)測(cè)的時(shí)效性。相關(guān)人員可以對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)有效地做出反饋，并且基于存在問題來(lái)制定解決方案［7-11］。隨著IT 技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用將會(huì)不斷深化。本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化、感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、集成與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，分析目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)水環(huán)境需要解決的關(guān)鍵問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，并通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能［12］。在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成。感知層負(fù)責(zé)感知和獲取各種生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)從感知層獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸；應(yīng)用層負(fù)責(zé)通過云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。物聯(lián)網(wǎng)的概念模型如圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的概念模型

隨著傳感器、無(wú)線通信以及互聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用拓展到環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)療、智能基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合，能準(zhǔn)確、有效地識(shí)別旅游景點(diǎn)的異常情況圖像，還能為制造業(yè)企業(yè)建立智能決策支持系統(tǒng)，使制造業(yè)企業(yè)的決策更加有效和科學(xué)［13-14］。環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)通過多種技術(shù)手段，建立了高密度、智能化的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)傳感器用于監(jiān)測(cè)地下水鹽漬化，可優(yōu)化智慧城市環(huán)境中的水資源管理［15］。物聯(lián)網(wǎng)除了提供對(duì)各種生態(tài)要素的高密度、智能化的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)的智能診斷和高效維護(hù)以及海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)控制、入庫(kù)和在線處理。

2.2 信息感知技術(shù)

2.2.1 概述

感知層是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體、采集信息。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器感知水環(huán)境信息，傳感器是一種能把特定的被測(cè)信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)的裝置［16］。它通過為物聯(lián)網(wǎng)體系提供所必需的原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制。

2.2.2 光學(xué)感知技術(shù)

光損耗波傳感器具有耐腐蝕、結(jié)構(gòu)智能、抗電磁干擾、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已被證明適用于對(duì)水中多種參數(shù)的在線檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。然而，這些傳感器面臨著靈敏度和選擇性差、檢測(cè)限高等挑戰(zhàn)。Leizi Jiao 等［17］針對(duì)這些問題總結(jié)了提高這些傳感器選擇性、靈敏度、檢測(cè)限和響應(yīng)速度的有效方法。

2.2.3 電化學(xué)感知技術(shù)

Hassan M A Hassan 等［18］設(shè)計(jì)了新型的化學(xué)傳感器，以介孔二氧化硅納米球?yàn)橹Ъ懿牧?，在其表面鑲?，10 菲羅啉（PHEN），能夠快速、簡(jiǎn)便地檢測(cè)Fe（II）離子在不同類型水樣中的腐蝕水平。此外，利用酸性硫氰酸銨對(duì)傳感器進(jìn)行循環(huán)再生，重新形成無(wú)金屬傳感器后，還可以在檢測(cè)系統(tǒng)中高效重復(fù)使用。Alam Arif U 等［19］通過合并納米材料和碳納米管傳感器設(shè)計(jì)了集成電化學(xué)傳感系統(tǒng)，提供同步監(jiān)測(cè)的pH 值、游離氯、溫度、乙酰氨基酚和重金屬，并利用這些指標(biāo)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)的范圍。

但是，傳統(tǒng)的傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)單一，缺乏現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力，而電化學(xué)傳感器涉及水質(zhì)參數(shù)的轉(zhuǎn)換，將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，可有效解決這一問題。與電化學(xué)傳感器相比，光學(xué)傳感器不需要與被檢測(cè)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不存在電極表面鈍化、中毒以及電極膜污染的問題，重復(fù)性與穩(wěn)定性良好，但靈敏度和選擇性較電化學(xué)感知能力差。目前的研究重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)低成本、易于使用和高度敏感的傳感器陣列，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)主要水質(zhì)參數(shù)，如pH 值、游離氯、溫度、新出現(xiàn)的藥物污染物以及重金屬?；陔娀瘜W(xué)、光學(xué)、電學(xué)的傳感器，側(cè)重于感知機(jī)理與硬件工藝的改善，同時(shí)注意組合不同機(jī)理的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)多參數(shù)、多途徑的傳感器。

2.3 信息傳輸技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）由大量具有片上處理能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成。根據(jù)通訊距離、覆蓋范圍可以分為無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線廣域網(wǎng)技術(shù)。在無(wú)線廣域網(wǎng)技術(shù)中，低功耗廣域網(wǎng)（LP-WAN，如LoRa，NB-IoT 等）技術(shù)是近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)研究的熱點(diǎn)方向之一，相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)線廣域網(wǎng)蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)（如2G，3G，4G 等），其具有低成本、低功耗的特點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)如圖2 所示。

圖2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

具體技術(shù)性能見表1。

表1 LoRa、移動(dòng)通信、Wi-Fi 和ZigBee 技術(shù)性能對(duì)比

2.4 信息處理技術(shù)

在擁有水環(huán)境大數(shù)據(jù)以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析技術(shù)條件下，可借助大量簡(jiǎn)單的小模型以相互映證的方式，通過海量數(shù)據(jù)運(yùn)算對(duì)其可能性做出判斷，從而體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

張超［20］提出海洋生態(tài)浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，采用MS2008 與MATLAB 混合編程的方式，以C++作為開發(fā)語(yǔ)言、VS2008 作為開發(fā)工具，分開設(shè)計(jì)各模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、存儲(chǔ)、分析、顯示、上傳、處理等功能。王葉晨梓［21］基于HDFS（存儲(chǔ)空間）和HBase（內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)）提出海洋環(huán)境預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)與組織方法。通過設(shè)計(jì)瓦片金字塔組織模型，實(shí)現(xiàn)HBase 和HDFS 對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)內(nèi)容的統(tǒng)一分層分塊管理，解決了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)在存儲(chǔ)和處理海量異構(gòu)數(shù)據(jù)方面的局限性。Yang J 等［22］使用南海地區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)網(wǎng)格的構(gòu)造方法和三角網(wǎng)格的構(gòu)造原理，在等高線原理的基礎(chǔ)上，利用深度數(shù)據(jù)建立規(guī)則網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并進(jìn)行計(jì)算，最后利用網(wǎng)格的數(shù)值結(jié)構(gòu)繪制出等值線的分布，得到最佳結(jié)果支持向量機(jī)（SVM）適用于處理海洋數(shù)據(jù)，但不適用于突發(fā)性波動(dòng)、多噪聲、非平穩(wěn)和異常的數(shù)據(jù)處理。Li Z 等［23］提出向量回歸體系結(jié)構(gòu)與平滑優(yōu)先級(jí)，具有數(shù)據(jù)采集、平滑和非線性逼近的功能。用平滑度處理數(shù)據(jù)異常值和噪聲，構(gòu)造基于支持向量機(jī)的非線性逼近器，用于海洋時(shí)間序列預(yù)測(cè)。Belghith E H 等［24］提出基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分類模型，該模型在海洋大數(shù)據(jù)架構(gòu)中自動(dòng)支持聲音分析，用于分析生物、自然現(xiàn)象和人類活動(dòng)的聲音。

采用MS2008 與MATLAB 混合編程在大數(shù)據(jù)量的矩陣計(jì)算方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。HBase 和HDFS適合處理海量異構(gòu)數(shù)據(jù)，水質(zhì)評(píng)估分析能力更強(qiáng)。將規(guī)則網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖用于計(jì)算海洋信息的深度，計(jì)算速度快，操作精度高，可以實(shí)現(xiàn)部分盲區(qū)的操作。平滑度和支持向量機(jī)的集體效能可預(yù)測(cè)海洋時(shí)間序列，深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于海洋聲學(xué)分析。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)地下水

地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和終端信息平臺(tái)組成。數(shù)據(jù)采集設(shè)備負(fù)責(zé)定時(shí)自動(dòng)采集水位水溫等參數(shù)。遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備，按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息交換和通信以實(shí)現(xiàn)智能化采集、傳輸、監(jiān)控和管理。張磊等［25］針對(duì)青海高原寒區(qū)地下水監(jiān)測(cè)工作的現(xiàn)狀研制出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高了監(jiān)測(cè)儀器在高海拔、低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。吳鵬等［26］采用嵌入式系統(tǒng)搭建基于B/S 架構(gòu)的遠(yuǎn)程地下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的水位觀測(cè)，滿足大部分水位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的需求，解決人工操作帶來(lái)的不利影響。關(guān)曉陽(yáng)［27］設(shè)計(jì)了地下溶洞水滴自動(dòng)監(jiān)測(cè)采樣系統(tǒng)，采用緩存的方式，解決大容量存儲(chǔ)問題，利用低功率模式將耗電量降到最低。郭雨［28］根據(jù)淮南市對(duì)地下水監(jiān)控的需求分析，設(shè)計(jì)了基于GPRS 的地下水無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，采用傳感領(lǐng)域、通信領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)監(jiān)控等領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)井的地下水埋深、水位等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)水庫(kù)

魏永強(qiáng)等［29］提出基于物聯(lián)網(wǎng)模式的水庫(kù)大壩安全智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等，以MSP430 F149IPM 為核心，使用應(yīng)答、自報(bào)或兩者相結(jié)合的模式采集數(shù)據(jù)，通過有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳至大壩端服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)、處理及顯示，通過公網(wǎng)或水利專網(wǎng)將數(shù)據(jù)并入省大壩中心數(shù)據(jù)庫(kù)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。鄭妍［30］在水庫(kù)智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，開發(fā)通用的微環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，設(shè)計(jì)感知層的傳感節(jié)點(diǎn)，傳輸層的無(wú)線傳輸模塊由單片機(jī)控制處理，設(shè)計(jì)合理且負(fù)擔(dān)小的傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸，應(yīng)用層采用B/S 模式的相關(guān)技術(shù)，通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)簇頭數(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)性能。重慶市搭建了基于WSN 的三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，完成了對(duì)部分水質(zhì)指標(biāo)的采集［31］。Priti Neelamsetti 等［32］利用LISS III 傳感器模擬水庫(kù)透明度的空間分布。基于B2，B3，B4 和B3/B5 的多元線性回歸模型發(fā)現(xiàn)了Warasgaon 水庫(kù)SDT 的最佳擬合模型，該方法經(jīng)濟(jì)有效，易于適應(yīng)其他內(nèi)陸水體。研究表明，LISS III 傳感器數(shù)據(jù)可用于研究區(qū)水質(zhì)建模和監(jiān)測(cè)。Deutsch Eliza S 等［33］開發(fā)了幾種經(jīng)驗(yàn)算法來(lái)量化由landsat7 ETM+和landsat8 OLI 傳感器測(cè)量的地表反射率。將采集的水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與來(lái)自Landsat ETM+和OLI 傳感器的波段比值以及代表藻類生長(zhǎng)生態(tài)模式的輔助數(shù)據(jù)（水溫和季節(jié)性）相關(guān)聯(lián)。總體而言，基于ETM+的模型的表現(xiàn)優(yōu)于與之對(duì)應(yīng)的OLI 模型，對(duì)于利用藍(lán)色光譜波段的算法，傳感器間的差異最為明顯。水溫和季節(jié)性的加入提高了TSM 和SDD 模型的效力。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)河流

楊一博等［34］針對(duì)傳統(tǒng)河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)廣覆蓋與低功耗等問題，設(shè)計(jì)了一種基于LoRa的河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以LoRa-SX1278 芯片作為通信模塊，STM32F103RCT6 作為節(jié)點(diǎn)主控制器，將傳感器采集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)通過LoRa 上傳至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)匯集數(shù)據(jù)之后再上傳至服務(wù)器，用戶可在監(jiān)測(cè)終端查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，評(píng)估覆蓋流域水質(zhì)情況，對(duì)水質(zhì)污染現(xiàn)象及重大事故進(jìn)行預(yù)警，以降低水質(zhì)污染帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。Lisle Snyder 等［35］針對(duì)8 個(gè)源頭河流和2 個(gè)主要干流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，評(píng)估硝酸鹽、熒光溶解有機(jī)物（fDOM）和濁度傳感器在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的性能。光學(xué)硝酸鹽傳感器提供了一個(gè)可靠的測(cè)量NO3-濃度的條件。fDOM 可很好地替代溶解性有機(jī)碳（DOC），但對(duì)溶解有機(jī)氮（DON）的替代效果較差。濁度傳感器與總懸浮固體（TSS）、顆粒碳（PC）和顆粒氮（PN）有很好的相關(guān)性。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)湖泊

李琦［36］針對(duì)呼倫湖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不足、復(fù)雜度高、可擴(kuò)展性差等問題，提出基于表述性狀態(tài)傳遞架構(gòu)的湖泊環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。使用阿里云服務(wù)器ECS 搭建開發(fā)環(huán)境，借助Laravel 框架和輕量級(jí)jQuery 前端框架，實(shí)現(xiàn)用戶管理、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可滿足漁牧業(yè)、科研單位、政府部門的要求，實(shí)現(xiàn)呼倫湖環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享。Jacome 等［37］設(shè)立水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，在13 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，在7 個(gè)采樣地點(diǎn)分別取得14 個(gè)理化和微生物參數(shù)的數(shù)據(jù)。采用聚類分析（CA）和判別分析（DA）等模式識(shí)別技術(shù)，對(duì)湖泊最重要的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行空間和時(shí)間統(tǒng)計(jì)分類識(shí)別。基于最重要參數(shù)濃度變化的插值模糊疊加，將原監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為4 個(gè)最優(yōu)傳感器位置。無(wú)錫太湖運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)太湖水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以感知為先，傳輸為基，計(jì)算為要，管理為本，構(gòu)建智慧型環(huán)保感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控的現(xiàn)代化和智能化［31］。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)海洋

付良瑞等［38］結(jié)合自容式存儲(chǔ)和無(wú)線通信技術(shù)，以STM32F407 為主控器、NANDFLASH 為存儲(chǔ)芯片，將離線監(jiān)測(cè)與在線監(jiān)測(cè)相融合，構(gòu)建了穩(wěn)定的智能化、精度高、容量大的海洋環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。李穎等［39］以CC2530 作為芯片、NodeMCU 作為微控制器，設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee 技術(shù)的海洋環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。硬件部分包括基于CC2530 的模塊及感測(cè)模塊、傳輸電路，軟件部分通過Socket 實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集?；赪eb 技術(shù)開發(fā)了前后端管理和展示頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)了PC 機(jī)和移動(dòng)終端上跨設(shè)備的海洋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示和查詢。

4 展望

目前，水環(huán)境形勢(shì)依然嚴(yán)峻，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)還存在很多問題：傳感器自動(dòng)化能力弱，單個(gè)傳感器的功能受限；無(wú)線傳輸速度較慢；數(shù)據(jù)處理算法繁雜；監(jiān)測(cè)點(diǎn)位不全面等。為進(jìn)一步改善環(huán)境質(zhì)量，要提升重大事件影響下的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力，更要進(jìn)一步加強(qiáng)運(yùn)維自動(dòng)化建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)精密監(jiān)測(cè)儀器遠(yuǎn)程運(yùn)維，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。比如，改裝傳感器設(shè)備或優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法，使其可以定性并定量監(jiān)測(cè)污染物的各項(xiàng)指標(biāo)；推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其他信息技術(shù)聯(lián)用，使環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)更加完善。環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布局的科學(xué)性、監(jiān)測(cè)設(shè)備性能的精準(zhǔn)度、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄟ_(dá)性，做到真實(shí)、準(zhǔn)確、全面。