基于物聯網技術的地表水環境自動監控系統構成及應用

夏文文左志芳

（1江蘇省環境監測中心 江蘇南京 210036 2揚州工業職業技術學院 江蘇揚州 225000）

基于物聯網技術的地表水環境自動監控系統構成及應用

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（1江蘇省環境監測中心 江蘇南京 210036 2揚州工業職業技術學院 江蘇揚州 225000）

隨著物聯網產業鏈的迅速發展，物聯網技術也被更多的應用于環保領域，環保部門運用物聯網技術實行地表水環境自動監控，是物聯網較早的一個應用領域。本文概述了物聯網和環保物聯網的概念，介紹了基于物聯網技術的地表水環境自動監控系統的構成以及物聯網技術在地表水環境自動監控中的應用。

物聯網；地表水；自動監控

地表水環境自動監控預警系統是一套以在線自動分析儀器為核心，實現環境地表水水質自動監測為目的的現代化環境監測手段，它是運用自動測量技術、現代傳感技術、自動控制技術和計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通信網絡組成的一個綜合性的在線自動監測體系。隨著物聯網技術的快速發展，物聯網技術也被更多的應用于環保領域，地表水環境自動監控是對物聯網技術的典型應用，這一技術的廣泛應用是未來地表水自動監控預警工作的重點，也是未來水質自動監測技術的發展趨勢和方向。

1 物聯網與環保物聯網

1.1 物聯網定義

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。最初在1999年美國麻省理工學院建立了“自動識別中心（Auto-ID）”，提出“萬物皆可通過網絡互聯”，闡明了物聯網的基本含義，但隨著技術和應用的發展，物聯網的內涵已經發生了較大變化。顧名思義，物聯網就是物物相連的互聯網，是通過射頻識別(RFID+互聯網）、紅外感應器、傳感器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[1]。

1.2 環保物聯網

環保物聯網是指在環保行業引入自動化和信息化的技術來實現環境保護科學化管理的系統網絡，所涉及的專業包括傳統的環境工程、電氣工程、通信工程、自動化工程、環境監測、計算機工程、管理學等學科，是一門多學科交叉的新興專業。

環保物聯網從結構上分，可以分為三層結構。首先是基礎層，即感知層，此層面主要包括污染治理設施（污染源）現場端的感知，主要包括現代化的傳感器、分析儀、智能儀表等。其次，是通信層，通信層的主要作用是實現感知層數據的傳輸，主要包括兩種數據傳輸方式，有線傳輸和無線傳輸。最后，數據應用層，數據應用有兩方面的含義，一方面是通過數據分析，得出相關的結論支持環保管理決策，另一方面是通過遠程控制來優化環保治理設計的工藝運行條件。

目前在國內的環保物聯網已經以各種形態展現出來了，比如重點污染源監控、重點河流斷面的水質自動監測工作、各主要城市空氣質量自動監測系統等等。

2 基于物聯網技術的地表水環境自動監控系統構成

基于物聯網技術的地表水環境自動監控系統主要由三大部分構成：一是作為物聯網“感知層”的在線自動監測系統，二是作為通信層的傳輸網絡，包括有線傳輸和無線傳輸兩種方式。三是數據應用，自動監測數據進入數據庫后，有統一的數據平臺進行數據管理，可以實時數據展示、數據監控并進行統計分析，生成監測數據報表等。

2.1 自動監測系統

作為物聯網“感知層”的地表水水質自動監測系統一般由6個子系統構成，包括：采水單元、水樣預處理及配水單元、分析監測單元、控制單元、數據采集及通訊單元以及輔助單元。主要監測項目包括水質五參數、高錳酸鹽指數、氨氮、總有機碳、總磷、總氮等。該系統是以在線自動分析儀器為核心，運用自動測量技術、現代傳感技術、自動控制技術和計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通信網絡組成的一個綜合性的在線自動監測體系。

2.2 數據采集與傳輸網絡

地表水環境自動監控系統的數據采集與傳輸單元由現場數據采集模塊和遠程傳輸模塊組成。其中數據采集模塊完成對水質監測數據、監測儀器工作狀態數據、報警數據的采集、顯示和處理。

數據傳輸模塊主要用來完成各子站與中心站的數據傳輸、遠程控制及遠程診斷功能。由于自動監測點位數量較多、分布較分散，通常的網絡接入方式有很多種，主要包括：光纖、有線電話、無線GPRS/CDMA等。

3 地表水環境自動監控系統物聯網技術應用

地表水環境自動監控是對物聯網技術的典型應用，這一應用覆蓋了多方面的內容，包括自動監控數據的應用、質控和運維管理應用以及監控預警信息管理等。

3.1 自動監控數據平臺

水質自動監控平臺是水質自動監測數據存儲、匯總、分析、展示的綜合平臺，將所有自動監測點位的基礎信息、監測信息等集中在數據平臺，通常包括數據查詢、數據審核、數據導出、報表統計、數據對比等多種功能模塊，可以實現數據整合、數據共享，為環境管理以及智能環保物聯網的規范化、標準化運營管理提供全方位的應用服務，是技術管理部門為實現水質自動監測數據的日常監控、運行管理、綜合分析等工作的重要支撐。例如江蘇省水質自動監控數據平臺實現了對全省196個水質自動站點位的自動監控，覆蓋了江蘇省主要省市交界斷面、國控斷面、出入湖主要河流和飲用水源地，實現了對全省水質的實時監控和預警。

3.2 自動監控質控和運維管理平臺

基于物聯網理念的水環境自動監控質控平臺能有效的統計運營商的到站巡檢內容、巡檢頻次，能對標樣進行有效管理，動態顯示標樣發放情況、庫存情況及標樣考核結果是否合格，對試劑更換、耗材備件更換進行自動判斷，自動監控運營管理部門從環境物聯網可自動獲得需要執行的發放或更換計劃，“人”與“物”的動態溝通使水環境自動監控系統能更加穩定、高效的運行，水站在線率、數據捕獲率和數據有效率大大的提高。

3.3 自動監控預警信息管理

通過多指標、高頻次、全覆蓋的水環境自動監控體系建設，可以實現流域主要河流、湖體、水源地的實時連續監測和遠程監控，及時掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況，實時感知污染信息，預警預報重大或流域性水質污染事故，解決跨行政區域的水污染事故糾紛，通過物聯網技術與自動監控技術的融合，實現區域污染預警體系。

4 結語

綜上所述，當前著力發展以物聯網技術為核心的水環境自動監控系統是提高環境監測管理能力，保證流域水環境安全的重要技術。但水環境自動監控系統不應僅局限于現有的功能，而應逐漸提升到智能化的水平，即從“工具”的層面上升到“智囊”的水平?；谖锫摼W技術的水環境自動監控系統應該可以協助技術人員管理流域水質信息，還應具備評價優先控制污染物以及發出健康風險評價及重大污染預警的功能。隨著網絡的應用和地理信息系統的不斷發展，為數據收集、處理和發布提供了極好的展示平臺，自動監控系統的迅猛發展為信息共享架起了一個快速通道，從而實現水環境自動監控網絡由數字化向智慧化轉變，實現水站集成智慧化。

[1]Lu Yan, Yan Zhang, Laurence T. Yang and Huansheng Ning. TheInternet ofThings∶From RFID to the Next- Generation Pervasive Networked Systems.Auerbach Publications,Taylor＆Francis Group,2008.

[2]李國剛,李旭文,溫香彩.物聯網技術發展與環境自動監控系統建設[J].中國環境監測,2011,27(01)∶5-10.

[3]張樹禮,郝軍,張巍.環保物聯網技術及應用研究[J].中國環境管理,2012,(4).

[4]揚子江.物聯網∶提升環境監控能力的抓手[J].環境保護,2010,(8)∶3-6.