物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

郝亮 肖洋 張磊

我國目前在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的研究較為落后，對(duì)其實(shí)際運(yùn)用也不夠成熟，在對(duì)企業(yè)環(huán)境污染問題管理監(jiān)測(cè)研究中的管理智能化、信息化、自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)化這四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的研究較少。再者，這四個(gè)領(lǐng)域缺乏相關(guān)專業(yè)的技術(shù)管理人員。一些城市的監(jiān)測(cè)管理人員的綜合技術(shù)及職業(yè)技能素質(zhì)也是參差不齊。因此，在生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中充分應(yīng)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)仍然具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，縮寫：IoT）是基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括運(yùn)輸和物流、工業(yè)制造、健康醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能環(huán)境（家庭、辦公、工廠）等，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。

也就是說，物聯(lián)網(wǎng)通過不同裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集不同的信息，并通過不同類型的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接。物聯(lián)網(wǎng)最早的概念源于21世紀(jì)初期，科學(xué)家在深入研究以及不斷發(fā)現(xiàn)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的整個(gè)過程中，將其基本定義統(tǒng)稱為約定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它不僅能讓物與物之間直接產(chǎn)生相互聯(lián)系，并能將這種相互聯(lián)系的各個(gè)方向分別進(jìn)行直線延伸與橫向擴(kuò)展。在物體信息互相之間傳播與相互交換的整個(gè)過程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)物體信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、監(jiān)控、管理、跟蹤以及自動(dòng)定位，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了使用者對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。因此，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)同時(shí)具有信息網(wǎng)絡(luò)化與信息智能化的兩大特征。

環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要可分為系統(tǒng)管理應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及環(huán)境感知層三部分。

其中，環(huán)境感知層與網(wǎng)絡(luò)層，由各種傳感器與傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，主要代表了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的信息散播層和信息的主要來源，包括了根據(jù)地-傳感器和設(shè)備，比如監(jiān)控?cái)z像頭、在線信息采樣設(shè)施、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施等，是目前技術(shù)背景下，物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)在對(duì)周圍環(huán)境信息進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)，常用的一類信息傳感器和設(shè)備。

我們可以把環(huán)境感知層比作整個(gè)人類的身體感官及面部皮膚，其主要作用與人類感官系統(tǒng)類似，也就是通過不同技術(shù)手段采集、分析、識(shí)別不同物體的信息，與這些物體通過不同的方式互相接觸，在接觸過程中記錄所需的信息并上傳，最終呈現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用者眼前。

網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。通常情況下，信息處理控制中心、網(wǎng)絡(luò)安全管理控制中心、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理中心都指的是網(wǎng)絡(luò)層，其信息代表了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理中心與其他物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

通俗地講，我們可以將網(wǎng)絡(luò)層比作一個(gè)人的神經(jīng)中樞與大腦，其主要的功能作用也就是將網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳遞到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1.大氣監(jiān)測(cè)

通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)較多地應(yīng)用在當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境監(jiān)測(cè)中，其具體監(jiān)測(cè)方式可分為在線與空間流動(dòng)這兩種主要監(jiān)測(cè)模式方法。

這兩種監(jiān)測(cè)方式的主要目的與內(nèi)容相同，其根本區(qū)別主要是流動(dòng)監(jiān)測(cè)的方式不同。流動(dòng)大氣監(jiān)測(cè)的具體應(yīng)用功能主要包括了氣象預(yù)報(bào)以及移動(dòng)監(jiān)測(cè)。從目前我國大氣物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展情況來看，流動(dòng)大氣監(jiān)測(cè)很有可能會(huì)成為未來我國大氣污染監(jiān)測(cè)的唯一應(yīng)用方式。

2.水質(zhì)監(jiān)測(cè)

我國水環(huán)境的污染情況較為嚴(yán)重。在我國有一些地區(qū)的農(nóng)村居民，在日常用水時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有水體發(fā)黃，或者水中有異味，這對(duì)人民群眾的健康構(gòu)成了威脅。由于我國水環(huán)境污染及其帶來的社會(huì)危害與經(jīng)濟(jì)影響較大，我國為了盡早治理好水環(huán)境污染問題，加大了對(duì)水資源的綜合利用、開發(fā)、管理以及環(huán)境保護(hù)，并制定了許多相關(guān)的法律規(guī)定，對(duì)我國水環(huán)境實(shí)行全面的監(jiān)督管理，為開展水環(huán)境保護(hù)工作提供了可靠的決策依據(jù)。

在地下水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理中，為了可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解到地下水資源開發(fā)、利用等情況，一般在小型江河湖泊等地下水體的每個(gè)代表性監(jiān)測(cè)斷面上，都會(huì)設(shè)置一套相關(guān)的地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理設(shè)備。這些使用了物聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)地下水水質(zhì)的保護(hù)和管理意義非凡。

水質(zhì)污染監(jiān)測(cè)的應(yīng)用范圍比較廣泛，對(duì)未受到污染或已被嚴(yán)重污染的天然水源、重要污染水體等都需要及時(shí)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)水體中含有的各種有毒有害物質(zhì)。在現(xiàn)場(chǎng)有毒有害物質(zhì)超標(biāo)的特殊情況下，還可以通過電子傳感器將其相關(guān)信息傳遞反饋給相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員，工作人員對(duì)這些信息進(jìn)行綜合分析后，可以制定出更有針對(duì)性的污染防治實(shí)施方案。

3.生態(tài)監(jiān)測(cè)

作為即將到來的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，除了上文講到的大氣污染監(jiān)測(cè)與水質(zhì)污染監(jiān)測(cè)之外，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用過程中，也同樣可以將其技術(shù)直接引用進(jìn)來。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，每一個(gè)生態(tài)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域的具體情況，可以直接進(jìn)行及時(shí)的數(shù)據(jù)傳遞與信息交換。

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)對(duì)生態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行范圍分簇，劃分各個(gè)區(qū)域分簇，再將其中的區(qū)域大簇分成各個(gè)區(qū)域分簇，通過利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的綜合分析監(jiān)測(cè)功能，了解各個(gè)區(qū)域分簇的生態(tài)信息，包括環(huán)境溫度、濕度以及環(huán)境噪聲的信息后，再選擇出最適合的監(jiān)測(cè)傳感器。傳感器將其所采集的環(huán)境信息實(shí)時(shí)傳送反饋到生態(tài)控制管理中心。最后，監(jiān)測(cè)工作人員就可以對(duì)每個(gè)傳感器所采集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而有效確保所監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境的安全與生態(tài)穩(wěn)定性。

因此，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作通過引入遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)，用戶不僅可以輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高遠(yuǎn)程采集生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠性，還可以大大提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送的速度。同時(shí)，在生態(tài)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)還可以自動(dòng)建立一個(gè)實(shí)時(shí)二維度的定位數(shù)據(jù)表，優(yōu)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)倪\(yùn)行路徑，進(jìn)而大大降低監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸能耗。因此，我國要有效、快速治理生態(tài)環(huán)境污染的問題，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中充分應(yīng)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是一個(gè)行之有效的選擇，它不僅可以提高我國環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作效率，還有利于我國生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)的健康發(fā)展。

綜上所述，在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，不僅可以對(duì)大氣環(huán)境、生態(tài)、水質(zhì)環(huán)境領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，還可以大大提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的信息真實(shí)性與可靠性，為我們應(yīng)對(duì)各類環(huán)境污染問題及時(shí)制定具有針對(duì)性的技術(shù)方案。通過環(huán)境傳感器檢測(cè)采集的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并由應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊中的網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)應(yīng)用處理層，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與綜合處理，監(jiān)測(cè)相關(guān)工作的技術(shù)人員能及時(shí)并深入了解環(huán)境的具體情況和可能的安全隱患。這些都可以為其及時(shí)制定安全控制措施，并提供具有科學(xué)依據(jù)的決策參考。

（作者郝亮、肖洋、張磊工作單位為山東省淄博生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心）