基于物聯網技術的環境在線監控一體化平臺應用與研究

王恒儉

(深圳市博安達軟件開發有限公司，深圳 518057)

1 引 言

胡錦濤同志在十八大報告中提出，大力推進生態文明建設。胡錦濤說，建設生態文明，是關系人民福祉、關乎民族未來的長遠大計。面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，把生態文明建設放在突出地位，融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程，努力建設美麗中國，實現中華民族永續發展。

環境監測監控［1］與環境管理工作“點多，面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時制”的特點，為了徹底解決環境監察和監測人員不足的問題，節約執法成本，提高監測效率，全國各省、地市、區縣環境管理部門都采用自動化、信息化，科學化的高科技手段，建設了污染源在線監控系統和分別面向水、氣、聲的環境質量自動監測系統。

由于現在各地已建的環境質量和污染源監測監控系統由不同部門負責，建設時間不同，導致系統都是完全獨立且未進行有效整合，環境信息獲取和處理的技術手段比較落后，多年來積累的大量監測數據資源未得到全面有效的開發和利用，難以對重大環境事件進行快速科學的分析、評價和處理應對，不能滿足環境管理工作的實際需要。因此，建立環境在線監控一體化平臺［2］勢在必行，把原來單一的污染源、環境質量和其他在線監控進行整合，包括污染源實時監控、水質自動監測、大氣自動監測、放射源監控、機動車監控、固廢監控等監測監控系統整合在一起，為實時掌握污染源和環境質量的狀況，控制污染的發展提供有效數據支持。

2 在線監控一體化平臺關鍵技術分析

2.1 物聯網技術

物聯網技術的定義有很多種，但通俗地講，是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。

在環境在線監控一體化平臺中，物聯網技術應用點主要包括水和氣分析儀器、RFID 技術、GPS 技術、視頻監控技術、傳感器應用等方面。

2.2 云計算技術

云計算(cloud computing)是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云是網絡、互聯網的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示通訊網絡，后來也用來表示互聯網和底層基礎設施的抽象。狹義云計算指IT 基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源;廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務。這種服務可以是IT 和軟件、互聯網相關，也可是其他服務。它意味著計算能力也可作為一種商品通過互聯網進行流通。

在環境在線監控一體化平臺中，云計算技術應用點主要包括云技術設施服務、環境監測監控數據云服務和數據應用云服務等方面。

2.3 GIS 技術

GIS 即地理信息系統(Geographic Information System)，地理信息系統是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。簡單的說，GIS 是綜合處理和分析地理空間數據的一種技術系統，是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。

在環境在線監控一體化平臺中，GIS 技術應用點主要包括監測監控點位的空間展現、數據統計結果專題圖分析等方面。

3 在線監控一體化平臺設計

3.1 系統結構

環境在線一體化監控平臺由前端監控設備、傳輸網絡、后臺應用系統三大部分組成。其中前端監測監控設備由廢水、廢氣在線監控設備、視頻監控設備、環境質量(水、氣、聲)自動監控設備組成。傳輸網絡通過GPRS/CDMA、光纖或電話撥號等通訊方式實現對各子站的實時監視、遠程控制等數據的傳輸。后臺應用系統為前端監控監測設備采集的數據提供集中展現、分析、預警、利用等功能，還可實現對前端監測監控設備的反向控制。系統結構圖如圖1:

3.2 系統功能

環境在線監控一體化平臺包括監測點管理、在線監測、在線遠程管理、地理信息顯示查詢、自動報警管理、自動監測報表統計等功能。

3.2.1 監測點管理

系統將監控點分為兩大類，第一類為污染源［3］監測點;第二類為環境質量監測點。

(1)基本信息管理。污染源基本信息:廢水、廢氣、噪聲污染企業的名稱、主要污染物、行政區劃、行業信息等企業基本信息，可以完成對企業基本信息的添加、修改、打印輸出等。

環境質量基本信息:包括空氣自動站、水自動監測站名稱、主要監測項目、地理位置、監測指標等信息。

監控指標管理:對每個監測監控點的COD、PH、氨氮、二氧化硫(SO)、氮氧化物(NOX)、重金屬(如鎘、鉛、銅等)、二氧化碳、氧氣、溫度、壓力和二氧化硫總量、氮氧化物、電機運行等監控指標的添加、修改及刪除。

(2)監控點設備管理。監控設備管理包括對企業監控設備添加、修改、刪除，設置設備監控指標、運行參數等。

3.2.2 在線監測

系統提供了定時監控［4］、實時監控以及數據的完整性檢查機制，三者相互結合，滿足了監控中心對監控的不同要求，保證了監控數據及時完整的傳送到監控中心，也為監控中心提供了隨時監控某個監測點的數據提供了必要的手段。

(1)定時監控。定時監控功能是本系統最為主要的功能，通過它自動的完成數據的上報、分析、存儲。數據上報的時間間隔由監控頻次確定，監控頻次可由監控中心根據需要向現場設備發送指令來設定。

(2)實時監控。實時監控為監控中心提供了隨時獲取某一監控點當前監測監控數據的手段，用戶可以根據需要隨時調取任何監控點當前的監控數據。

(3)數據完整性檢查。系統可以自動監測某個監測點的數據完整性，并在數據缺失時，出現監控數據丟失報警信息。可以通過客戶端向現場監控設備發送相關指令，來調取某一天的監控數據

3.2.3 在線遠程管理

(1)在線設備的遠程管理。控制采樣:遠程設置現場采樣器的工作模式，如:采樣方式、分瓶方式、采樣時間等，并根據已設定模式進行采樣。監測儀器控制:通過遠程控制可以實現測量開始、測量結束、催化劑再生處理、儀器校準、數值輸出、儀器故障信息輸出、儀器狀態信息輸出、儀器維護信息輸出、時間同步、遠程儀器參數設定、遠程清洗校準等功能。

(2)監控中心系統軟件可以實現網上遠程升級。

3.2.4 地理信息顯示系統

基于GIS 展示在線監測 監控點位分布、監測數據、預警報警，并與移動執法等系統進行關聯，對報警信息進行聯動處置。

(1)點位展示:應用GIS 系統，顯示城市地理位置圖、監控點分布圖，監控點采集的實數據信息。

(2)基礎應用:對地理信息的畫面可以任意搜索、放大、縮小察看，也可以通過指定所觀看的地名顯示出圖像，當地圖信息發生變化，可以修改相關地圖。利用多層次地圖顯示功能，能夠快速實現多窗口之間的地圖切換。

(3)預警報警:能夠快速在GIS 地圖上用不同顏色和閃爍顯示監控點數據超標情況和報警情況自動顯示報警點的準確位置以及周圍地圖的同時，以文字說明報警來源、報警登記(包括類別、時間、部位、情況、原因)。

(4)報警聯動處置:利用動態數據連接、查詢功能，通過多種數據、圖形和文字信息的操作手段輔助，接受多種途徑的報警，確定數據報警發生地點，自動完成分配，進行計算機輔助指揮，并和移動執法系統相配合，同時處理多個數據超標或設備故障等報警信息。實現監督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。

4 結論與展望

通過研究認為，環境在線監控一體化系統的建設，可以實時對污染源、環境質量等通過統一平臺進行監控與監測，更容易找到環境質量變化與污染源污染物排放之間的關系，能夠為環境管理部門的精細化管理提供更加有力的依據，后期可引入模型模擬與預測技術，有效利用這些整合好的監測監控數據，為預測預警數據同化提供幫助，為環境管理決策提供更加精細化的數據支持。

通過在線監控一體化平臺的建設，對污染源、環境質量的實施統一的監測與監控，可以有效的降低環境突發事件對環境的影響，減少因環境事件造成的經濟損失，同時在較少的人員編制下，增強環境監管的力度，提高行政績效，提高政務服務水平。生態環境的改善會更有利于吸引工商企業、居民的投資、生活、工作、旅游、消費，有利于人民群眾的和諧生活，有利于促進轄區的區域經濟發展，體現了直接地和間接地經濟效益。

［1］李琳．環境在線監測信息系統研究分析［J］．知識經濟，2010(18)．

［2］于愛敏，于洋，范卉，太春寧．談我國污染源在線監控與預警系統建設的主要問題［J］．北方環境，2010(04)．

［3］高洪元．重慶市重點污染源在線監控系統的建設［J］．軟件導刊，2010(06)．

［4］張慧．淺談多維監控系統在環境保護中的應用［J］．科技創新導報，2010(18)．