畢永良,楊任能
(廣州市微生物研究所有限公司,廣東 廣州 510700)
隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和信息技術(shù)的進步,人們的環(huán)保意識日益提升,如何做好對生態(tài)環(huán)境的保護工作,是目前社會各界共同重視的問題。生態(tài)環(huán)境保護工作比較復雜,涉及的內(nèi)容多樣化,只有加強對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測,才能制定出科學、有效、完善的保護措施。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是在此背景下孕育而生的產(chǎn)物,它的本質(zhì)是借助智能傳感設備和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,實現(xiàn)對特定生態(tài)環(huán)境或污染源的識別、定位和實時監(jiān)測等智能化網(wǎng)絡監(jiān)控管理。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要基于智能傳感設備,如射頻識別設備、定位設備、紅外線氣體多功能傳感設備等。根據(jù)目前社會的實際需要,需要合理運用互聯(lián)網(wǎng),最大化地將其融入環(huán)境監(jiān)測工作中,利用高效的信息交換途徑搭建起對特定生態(tài)環(huán)境或污染源的識別、定位和實時監(jiān)控機制,通過對數(shù)據(jù)的分析,判定被監(jiān)控對象的污染程度和污染變化趨勢,最終實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測預警和環(huán)境質(zhì)量控制。環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)按監(jiān)測類型可分為污染源監(jiān)測技術(shù)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù);按環(huán)境要素可分為水質(zhì)、大氣、噪聲等監(jiān)測技術(shù)。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式在獲取數(shù)據(jù)時受監(jiān)測條件限制,監(jiān)測樣本種類比較少,數(shù)據(jù)的準確性因人為因素影響得不到保障,難以滿足當前監(jiān)測的要求。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用,在網(wǎng)絡通信技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、傳感器及其智能技術(shù)等多種技術(shù)的作用下,實現(xiàn)實時智能采集監(jiān)測對象的各項數(shù)據(jù),并同時將信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺,對數(shù)據(jù)進行分類、匯總及分析。在此基礎(chǔ)上,制定出符合其要求的環(huán)境防治方案,以此降低環(huán)境污染[1]。
首先,環(huán)境監(jiān)測前要進行現(xiàn)場調(diào)查,包括水文地理信息、采集點設計、監(jiān)測點信息采集、樣品采集保存等;其次,對樣品的分析,利用相關(guān)儀器設備進行科學處理,得出超標污染物的組成,最后依靠數(shù)據(jù)分析綜合評估監(jiān)測點的污染狀況和污染原因。國內(nèi)學者將物聯(lián)網(wǎng)定義為通過傳感器和射頻識別技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等設備將物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,以達到通信、定位和監(jiān)控目的的網(wǎng)絡。其主要思想是將傳感器放置在所需的物體上并進行網(wǎng)絡通信。學者們將物聯(lián)網(wǎng)分為三層架構(gòu),如圖1所示。第一層是應用層,即物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和應用。對獲得的數(shù)據(jù)進行全面的分析和處理,并總結(jié)出相關(guān)結(jié)論,傳感器收集的信息是環(huán)境監(jiān)測和污染防治的管理體系[2]。智能管理技術(shù)讓環(huán)境監(jiān)測擺脫了人類勞動帶來的低精度、低效率的工作模式,創(chuàng)新綠色環(huán)境管理模式,有利于促進我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展;第二層是網(wǎng)絡層,其任務是傳遞信息,包括互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)設備的集成操作、網(wǎng)絡管理、智能操作等,利用來自感知層的信息,合理配置網(wǎng)絡環(huán)境的通信,并實現(xiàn)環(huán)境、物和人之間的通信。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,擴大了通信的范圍,使融合方式多樣化;第三層是感知層,負責物與物之間的連接,通過技術(shù)手段收集關(guān)鍵信息和識別物體。涉及的技術(shù)主要包括電子射頻識別標簽和閱讀器、電子條形碼和自組織網(wǎng)絡。感知層面臨的主要問題是節(jié)能和降低成本。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)
要充分認識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的重要性和作用,就需要全方位了解監(jiān)測系統(tǒng)的原理。具體分析如下:
在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測過程中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成得到了廣泛的應用,實現(xiàn)了污染源動態(tài)監(jiān)測模塊,快速、準確地獲取環(huán)境污染信息,尤其是環(huán)境污染信息數(shù)據(jù)的采集。
將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于環(huán)境監(jiān)測中,不但可以激活連接監(jiān)測所需的模塊,還可以為自控中心提供豐富、可靠的信息資源,為環(huán)境保護工作的順利進行提供一定的基礎(chǔ)保障。在這個過程中,可以通過激活數(shù)據(jù)類型模塊,對環(huán)境污染的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整合,實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的全面分析,保障生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和管理的有效性。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測工作兩者之間的融合,需要及時啟動無線傳輸模塊,使監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠在第一時間準確到達指定地點,實現(xiàn)對代理模塊傳輸數(shù)據(jù)的分析和快速處理。這一過程提升了環(huán)境監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的及時性、準確性,促進了監(jiān)測數(shù)據(jù)應用的進一步發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在監(jiān)測水和城市生活廢水中得到了廣泛的應用,有效提高了的監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量、工業(yè)廢水處理的效率以及降低了廢水中污染物濃度。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以對水質(zhì)自動監(jiān)測站的設備和技術(shù)進行更新和完善,還可以對野生江河湖泊水質(zhì)的狀況進行連續(xù)性自動監(jiān)測,并對其污染狀況進行評價,及時采取相關(guān)措施進行水污染防治工作,提升水污染防治的效率,確保水源的安全。此外,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實現(xiàn)對污染源連續(xù)自動監(jiān)測,尤其是對廢水排放和廢水處理效率的實時監(jiān)測,使其達到更高標準的預警,并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)果,制定出完善的污染控制方案,及時解決污染問題,降低水污染的概率,提前控制水污染。如下圖2所示為物聯(lián)網(wǎng)水環(huán)境監(jiān)測示意圖。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)水環(huán)境監(jiān)測示意圖
大氣污染直接影響著公眾的健康安全,大氣環(huán)境監(jiān)測一般是在固定的時間內(nèi)進行,負責的操作人員需要對空氣污染物進行確認,及時掌控當?shù)氐目諝馕廴緺顩r,這種監(jiān)控方式存在很多不足之處,如監(jiān)測效率低下等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用,可以實現(xiàn)在監(jiān)測區(qū)域安裝傳感器等先進設備,及時分析和掌握污染物濃度和種類,有效了解目前的污染狀況,并及時獲取監(jiān)測結(jié)果,實現(xiàn)對大氣污染物的全面、有效監(jiān)測。上述方法的應用除了可以快速了解當?shù)氐目諝馕廴厩闆r以外,還可以減少監(jiān)測方面的人力、物力投入,有效降低了監(jiān)測的時間和成本。在監(jiān)測空氣質(zhì)量時,相關(guān)部門只需要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來獲取相關(guān)的監(jiān)測信息。它可以為研究人員提供準確、全面、高效的監(jiān)測數(shù)據(jù),提高污染監(jiān)測工作的準確性和有效性,為相關(guān)機構(gòu)在調(diào)整相關(guān)決策工作中提供一定的數(shù)據(jù)保障,促進環(huán)境保護和環(huán)境政策工作的順利進行[3],如下圖3所示為某大氣環(huán)境監(jiān)測應用示意圖。
圖3 物聯(lián)網(wǎng)大氣環(huán)境監(jiān)測應用圖
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將各個重點生態(tài)監(jiān)測區(qū)域的具體監(jiān)測數(shù)據(jù)進行信息傳遞和交換。
在目前的環(huán)境監(jiān)測中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對生態(tài)監(jiān)測區(qū)域范圍的聚類,將其劃分為各個區(qū)域組。通過利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的綜合監(jiān)測分析功能,還可以了解各個區(qū)域的生態(tài)信息,尤其是分組后的信息情況。要選擇最合適的監(jiān)測傳感器,傳感器的作用是將其采集的環(huán)境信息在第一時間內(nèi)傳輸并反饋給生態(tài)控制管理中心,包括環(huán)境溫度、濕度和環(huán)境噪聲等。最后,研究人員只需要對各傳感器采集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)進行對比和綜合分析,以此來保障生態(tài)環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性。
因此,在環(huán)境監(jiān)測工作中,物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)測技術(shù)的應用功不可沒,遠程動態(tài)監(jiān)測功能有效提高了污染監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性和可靠性,監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取速度也得到了有效提升,為監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸速度奠定了基礎(chǔ)。同時,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)是研究人員評估審查的重要指標,這些數(shù)據(jù)對環(huán)境的監(jiān)管、污染源的發(fā)現(xiàn)以及環(huán)境問題的反饋與處理方面發(fā)揮了極大的作用,更有利于我國生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測的穩(wěn)定、健康發(fā)展[4]。
從物聯(lián)網(wǎng)目前的應用分析可以看出,降低了環(huán)境監(jiān)測的成本,提高了監(jiān)測結(jié)果的準確性。但是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中仍然存在很多問題,主要表現(xiàn)在以下三個方面。一、管理制度不科學。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)雖然具有高效準確的優(yōu)勢,但不科學的管理方式導致了該技術(shù)的作用沒有得到充分發(fā)揮。目前關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的理論研究尚未建立統(tǒng)一的國際標準,部分技術(shù)細節(jié)仍在研究中,因此,建立監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)的跨區(qū)域生態(tài)環(huán)境非常困難,管理難度成倍增加;二、目前物聯(lián)網(wǎng)的重點監(jiān)測領(lǐng)域大部分局限于水質(zhì)監(jiān)測、大氣監(jiān)測和噪聲監(jiān)測等。監(jiān)測內(nèi)容不足以全面描述我國生態(tài)環(huán)境的變化和現(xiàn)狀;三、電子傳感器也是一種終端設備,不能做到無死角監(jiān)測,只能監(jiān)測射頻發(fā)射范圍內(nèi)的環(huán)境狀況。物流網(wǎng)絡以終端設備為基礎(chǔ),射頻識別技術(shù)的原理是發(fā)射射頻頻段,因此容易受到金屬、電磁波、噪聲等聲源的影響,大大降低了監(jiān)測的準確性。
為了促進環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)代化發(fā)展,要求我們不斷運用科學技術(shù)提高環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應用,為可靠、準確、完整的數(shù)據(jù)獲取提供了有效途徑,提高了環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量。除了可以有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交換以外,還大大提高了系統(tǒng)監(jiān)測水平,例如監(jiān)測和控制油蒸氣污染、植物有毒有害氣體泄漏預警、大氣顆粒物監(jiān)測、揮發(fā)性有機化合物監(jiān)測、大氣顆粒物監(jiān)測等等方面,有效實現(xiàn)了對大氣污染物的監(jiān)測。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用還可以準確找到污染物的傳播途徑,及時查明污染源。結(jié)合實際需求,制定出精準、科學、合理的環(huán)境保護政策和對策,進一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量。同時,該技術(shù)在生物監(jiān)測方面的應用也比較廣泛,尤其在多樣性生態(tài)監(jiān)測、環(huán)境質(zhì)量聲學監(jiān)測方面。
環(huán)境監(jiān)測工作在社會可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著非常重要的作用,因此必須完善其管理制度,提升信息技術(shù)應用的規(guī)范性和有效性。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),整個監(jiān)控系統(tǒng)的效率得到了提升。在建設管理體系時,要綜合考慮跨區(qū)域、跨類別的影響因素,使物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠得到廣泛的應用,實現(xiàn)對各種環(huán)境數(shù)據(jù)的交換,保證環(huán)境監(jiān)測工作的正常運行。
完善物聯(lián)網(wǎng)環(huán)保信息交流平臺,逐步提高環(huán)境監(jiān)測工作的有效性。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息能夠有效進行實時共享,要將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)融入人們的日常生活中,不斷提高人們的環(huán)保意識,提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中應用的重要性。借助數(shù)據(jù)共享平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的自動分析、分類和存儲,提高環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量的可靠性。
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新和應用中,應結(jié)合信息技術(shù)的支撐作用。為促進信息技術(shù)的廣泛應用,促進信息技術(shù)的進一步發(fā)展,需要加大對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新。有關(guān)人員要認識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要性,加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究力度,科學合理地對其評估,為生態(tài)環(huán)境的治理提供一定的基礎(chǔ)保障。一方面,相關(guān)機構(gòu)需要加大資金的投入力度,尤其是在傳感器的研發(fā)上,確保設備和人才的有效性,為監(jiān)測設備的準確性和穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。另一方面,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通常基于網(wǎng)絡信息的交換。為了促進物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺的建設,提升數(shù)據(jù)平臺的有效性,應綜合考慮數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)的準確性,與時俱進,及時對相關(guān)信息進行更新[5]。
一是制定科學的空氣監(jiān)測體系,擴大物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測范圍。大氣監(jiān)測面臨的形勢復雜多變,因此,監(jiān)測計劃必須根據(jù)具體污染物進行調(diào)整。例如,對霧霾的主要成分二氧化硫等的監(jiān)測,需要協(xié)調(diào)多種監(jiān)測手段,根據(jù)霧霾的嚴重程度確定射頻電子設備的配置量,制定不同的監(jiān)測策略。對水資源的監(jiān)測還應包括重金屬、輻射源等,實現(xiàn)地表水綜合監(jiān)測。家庭自來水監(jiān)測更為重要,管道口可安裝射頻裝置,實時監(jiān)測水源污染情況,并在水質(zhì)異常時發(fā)出警報,提醒用戶不要使用飲用水,以防一些潛在的疾病。此外,還需要建立統(tǒng)一的信息平臺,讓人們可以自由獲取生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù),并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果提示人們是否采取預防措施。
總之,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,傳感器節(jié)點技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、云平臺等在當前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用中最為廣泛,進一步加強了環(huán)境監(jiān)測的能力,可以提供持續(xù)、動態(tài)的自動監(jiān)測數(shù)據(jù),及時預警環(huán)境污染問題并完善控制計劃,為有效預控污染提供了一定的基礎(chǔ)保障。未來,還需要加大對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新,尤其是在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,為監(jiān)測范圍的擴大、監(jiān)測工作的開展和污染成分的控制奠定基礎(chǔ)。提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應用水平,切實推進環(huán)境監(jiān)測工作的順利進行,以確保環(huán)境監(jiān)測體系區(qū)域智能化、現(xiàn)代化。