國內外環境監測平臺研究進展

張吉香　萬大娟　董洪梅

摘要：指出了環境監測平臺是開展環境監測的基礎，在環境保護中發揮著重要的作用。在探索環境監測平臺基本原理的基礎上，重點分析了環境監測平臺國內外研究進展，對環境監測平臺的發展方向進行了展望并提出了建議。

關鍵詞：監測平臺；環境；技術；進展

中圖分類號：X83文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02017603

1引言

近年來，隨著科學技術的迅速發展，環境問題也變得日益嚴重，各類工業污染事件不斷發生＼[1～5＼]，嚴重影響人類健康和生活，環境問題逐漸成為社會關注的熱點。環境監測以其重要的基礎地位和多方面的功能越來越受到人類的重視，其監測手段、監測方法、管理水平也不斷得到改善和提高。本文綜述了傳感器、通信技術和數據處理技術等主要的環境監測平臺的研究現狀和發展趨勢，這對我國建立有效可行的環境監測平臺具有重要意義。

2環境監測平臺的基本原理和分類

環境監測系統是指運用理化和生物等現代科學技術方法，間斷地或連續地對環境化學和物理污染物以及生物污染和生態變化等因素進行現場的監測和測定，并做出正確的環境質量評價＼[6＼]。環境監測的目的是根據污染分布情況，追蹤尋找污染源，及時、準確、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為保護環境和人類健康，制定環境法規、規劃和標準提供科學依據＼[7＼]。

目前環境監測系統主要有兩種類型：一種是基于工業控制計算機的監測系統，另一種是脫機工作的嵌入式監測系統＼[8＼]。前者具有開發成功率高、開發周期短等優點，主要應用于室內或室外一般環境，比如金融行業、交通運輸行業的安全監測等；后者系統功耗小，穩定性好，主要適用于隧道、礦山、野外露天或環境惡劣的監測現場，或者環境監測中可能存在易燃、易爆條件、濕度大等特殊問題比較多的監測條件。

3國內研究進展

我國的環境監測工作起步于20世紀70年代中期，經過30多年的發展，環境監測能力明顯增強，逐步形成了以環境監測站為中心的監測系統，已經具備了組織機構網絡化和監測分析技術體系化的雛形。目前，傳感器、通信技術和數據處理技術的應用研究成為我國研究的重點＼[9＼]。

3.1傳感器

傳感器是信息系統的源頭，是決定系統特性和性能指標的關鍵部件，廣泛應用于工業生產、國防建設和科學技術等領域，目前正朝著微型化、智能化、多功能化的方向發展＼[10＼]。張志君＼[11＼]等研究了大型系統環境監測中傳感器技術的應用和改進，在智能化環境監控管理的基礎上，引入IPMI智能化平臺管理接口標準，極大地優化了環境監控技術，并且提高了大型系統的安全性和穩定性。薛林強＼[12＼]系統地研究了無線傳感器網絡的硬件平臺、軟件平臺及其網絡協議，并初步實現了一個適用于環境監測的系統平臺，在模擬環境下進行了系統整體測試和使用，取得了良好的預期效果。

隨著生物技術的發展，以酶、微生物、DNA等具有催化活性或親和作用的生物分子作為識別元件的生物傳感器在環境監測中應用廣泛，其專一性強、分析速度快、操作簡便，能進行在線分析甚至活體分析且能監測極微量的污染物＼[13，14＼]。李花子等＼[15＼]利用酵母制成BOD傳感器監測儀，可在15min內實現BOD的快速測定，測定結果具有很好的穩定性和重現性。Kjar等＼[16＼]通過在培養基池和被監測液中放入電極改進傳感器，使得NO3-能更接近敏感元件，得到了更好的監測結果。

3.2通信技術

通信技術對環境監測系統的可用性影響很大，尤其是在環境惡劣條件下的監測。目前國內外研究開發的監測系統，大多是基于光纖、視頻電纜、雙絞線的工業電視遠程監測系統以及無線通訊、地理信息系統等通訊方式。徐文超等＼[17＼]以高性能ARM7處理器LPC2148為核心，融合GPRS技術，研制了一種嵌入式技術的環境監測平臺，成功地實現了對溫濕度和光照等信息的自動采集、數據處理和遠程通信等功能，功耗測試也滿足連續工作24h的要求，顯示出良好的應用前景。Chen等＼[18＼]利用遙感技術獲得的數據評估珠江水質，結合綜合污染法，監測了水體COD和養分的含量，并定量分析了珠江口水污染的狀況。

目前，應用于環境監測平臺的ZigBee技術成為國內研究的熱點，其具有低成本、低功耗、高安全性和很強的組網能力等特點＼[19＼]。陳亞楠＼[20＼]通過使用由大量衛星傳感器節點組成的環境監測網絡，設計了一種基于ZigBee技術的環境監測系統，實現了對監測的環境進行不間斷高精度信息采集、數據上傳、遠程控制等功能。

3.3數據處理技術

環境監測平臺數據處理技術是環境監測系統的核心組成部分，負責數據處理的硬件主要有單片機和嵌入式芯片。單片機可以嵌入到各種儀器設備中，這是起最明顯的優勢＼[21＼]；嵌入式芯片被大量用于計算機控制，具有功耗低、實時性強等特點。彭建盛等＼[22＼]利用ADuC824單片機為核心芯片，設計了對環境進行監測的系統軟件和硬件，該系統能對環境中溫濕度、噪聲等信息進行高效全面地實時采集，實現了對環境參數全面高效監測。關永等＼[23＼]研究了基于TIC6711DSK的嵌入式環境監測平臺的設計，滿足了一點布控、多點監視的需要，該系統在特殊環境或苛刻環境中將發揮重要作用。

4國外相關研究概述

國外對環境監測平臺的研究始于19世紀末，英美等發達國家率先開始由衛生部門指導全國范圍內的水質、空氣、放射性污染的環境監測＼[24＼]。隨著環境監測管理體系的完善，環境監測平臺正朝向信息形式多樣化、服務對象廣域化、數據信息標準化和綜合化的方向發展。西歐國家共同協作，實施了基于衛星通訊系統的水污染監測項目，該項目覆蓋面廣泛，涉及整個多瑙河流域的水質監控＼[25＼]。日本等國家研究了在線、不間斷測量的環境監測設備和數據處理能力，建立了以監測空氣、水質環境綜合指標及某些特定項目為基礎的在線監測平臺＼[26＼]。在環境應急監測平臺中，生物技術的應用成為新的研究方向。Gabalon等＼[27＼]利用止動P膜和堿性磷酸酯上的多細胞系抗體做酶的示蹤物，對水中的阿特拉津進行了定性和半定量分析，通過優化實驗條件，使得測定時間縮短為10min，檢測限提高到10μg/L。Peggy＼[28＼]也做了類似研究，使用免疫法半定量測定了野外土壤中的多環芳烴，并確認該方法是一種可靠的篩選技術。endprint

5結語

雖然環保部門在不斷地加大對環境監測工作的投入，各種新型監測系統也在不斷地涌現，但是由于環境監測系統的開發平臺、數據庫以及數據傳輸協議都沒有形成統一的標準及規范，致使環境監測信息十分封閉，已有的數據庫規模太小，無法實現環境監測信息共享。因此，在以后的研究中，要充分利用遙感技術、全球定位系統等現代信息處理技術，結合國內外環境監測平臺的科研成果，建立資源完整、有機統一的環境監測平臺，為我國環境監測提供強有力的技術支撐和科學依據。

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5結語

雖然環保部門在不斷地加大對環境監測工作的投入，各種新型監測系統也在不斷地涌現，但是由于環境監測系統的開發平臺、數據庫以及數據傳輸協議都沒有形成統一的標準及規范，致使環境監測信息十分封閉，已有的數據庫規模太小，無法實現環境監測信息共享。因此，在以后的研究中，要充分利用遙感技術、全球定位系統等現代信息處理技術，結合國內外環境監測平臺的科研成果，建立資源完整、有機統一的環境監測平臺，為我國環境監測提供強有力的技術支撐和科學依據。

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雖然環保部門在不斷地加大對環境監測工作的投入，各種新型監測系統也在不斷地涌現，但是由于環境監測系統的開發平臺、數據庫以及數據傳輸協議都沒有形成統一的標準及規范，致使環境監測信息十分封閉，已有的數據庫規模太小，無法實現環境監測信息共享。因此，在以后的研究中，要充分利用遙感技術、全球定位系統等現代信息處理技術，結合國內外環境監測平臺的科研成果，建立資源完整、有機統一的環境監測平臺，為我國環境監測提供強有力的技術支撐和科學依據。

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