物聯網在水質監測中的應用淺析

李軍會

（山西省澤州縣環境保護監測站 山西澤州 048026）

物聯網在水質監測中的應用淺析

李軍會

（山西省澤州縣環境保護監測站 山西澤州 048026）

物聯網已經成為環境保護的有力助推器。本文介紹了物聯網在水質監測方面的應用，對水質監測物聯網應用中的一些問題進行了分析，對其發展前景進行了探討。

物聯網；水質監測；環境保護；應用

我國是全球水污染最嚴重的國家之一，水質監測是治理水污染的基礎，物聯網應用于水質監測對減少污染物排放、控制和預防污染事故、提高監測水平、及時為環境管理提供決策依據都有重要意義。

1 水質監測現狀

我國傳統的水質監測主要以實驗室監測為主，分析方法全面、檢測參數全面、數據準確度高，但要人工定期或不定期地現場采樣、化驗、分析。現場采集樣品時間跨度大、樣品數量少、費時費力，受到地域和時間限制，檢測頻次低、自動化程度低，難以對水質作出整體有效評價，而物聯網技術應用于水質監測，可以在很大程度上彌補這些不足。

2 水質監測物聯網

物聯網最早由比爾·蓋茨在《未來之路》中提出，早期含義是把所有物品與互聯網相連；我國2010年《政府工作報告》注釋為“物聯網是指通過信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡”。環保物聯網是在傳統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，通過在介質中安裝前端采集設備，再將數據通過傳輸系統上傳至應用層進行處理，實時監控污染成分指標值，實現監測和報警。

水質監測物聯網是環保物聯網的重要組成部分，可分為三層即感知層、網絡層、應用層。感知層主要是采樣點現場端的感知，主要是現代化的信息傳感設備、分析儀、智能儀表等，信息傳感設備包括射頻識別、紅外感應器、二維碼、GPS、攝像頭、終端等，可對物進行識別；網絡層主要作用是實現感知層數據的傳輸，包括有線傳輸和無線傳輸。無線傳輸是通過三網（互聯網、廣電網、通信網）或下一代網絡，對感知層得到的信息實時采集、傳輸與計算；應用層采用了嵌入式系統技術和云計算技術等對數據進行處理計算和信息發布，其有兩方面的含義：一是通過數據分析，得出相關結論支持管理決策，二是通過遠程控制優化環保治理設計的工藝運行條件。

應用水質監測物聯網監管部門可從監控中心清楚地看到通過視頻監控設備傳回的感知處的實際情況，如排污量、污染處理設施的運轉情況、監測站房內設備運轉的現場情況。從視頻監控設備中，監管部門能夠及時發現問題并遠程協助，從而提高工作效率，降低工作成本，提高污染源監控設備的運行率及準確率。同時視頻監控系統還可接入應急指揮系統，可以在排放超標情況下自動告警，一旦企業發生污染事件，便可及時進行遠程調度指揮。

3 物聯網在水質監測方面的應用

3.1 國控重點污染源自動監控系統

這是現在中國最大的物聯網，包括了水質監測物聯網系統，已構建了國家、省、市、重點企業的四級監控體系。本系統是在各單位污水排放口安裝水質自動分析儀表和數據采集傳輸儀、各種傳感器，包括流量（速）計、污染治理設施運行記錄儀等，對排污單位排放的污水水質中的CODcr、BOD5、氨氮、pH值、色度、氯化物、流量等進行實時監控，并通過各種通訊信道（包括有線和無線）同步到排污單位、中央控制中心、環境執法人員的終端上，以便有效防止過度排放或重大污染事故的發生。

3.2 飲用水源地環境風險監測預警系統

這主要是在飲用水源地布置各種傳感器、視頻監視等傳感設備，形成感知層，然后經過網絡層將水源地基本情況、水質的PH值等指標數據傳輸至應用層，應用層根據傳感器的位置、數據采集時間等信息綜合分析監測數據組成監測體系，從而實現對于水質的實時監測和預警。

3.3 水環境質量自動監控系統

這主要是重要江河湖泊水功能區水環境質量自動監控系統，已形成國控、省控、市控三級為主的水環境監測網，并將在2015年左右，對80%的重要江河湖泊水功能區實現水質監測，對主要江河干流及一級支流省界斷面實現水質監測全覆蓋。

湖南力合公司已成功研制了基于物聯網技術的智能水質自動監測系統。該系統采用儀器和系統模塊化設計、智能化水質自動監測技術、海量數據分析和應用等創新性技術，克服了當前水質自動監測系統存在的監測參數可擴展性差、缺少在線質控手段、對異常數據智能化識別能力不足等瓶頸問題，可實現溫度、色度、濁度、pH值、懸浮物、溶解氧、化學需氧量以及酚、氰、砷、鉛、鉻、鎘、汞等86項參數的在線自動監測。還可利用發光細菌法，對突發性污染事件進行預警。項目創建了完善的自動監測數據在線質量控制系統，保證了自動監測數據的質量和可溯源性。這一系統已在長江、閩江、東江等流域以及南水北調中線工程得到應用，在多起重大水污染事件中發揮了顯著作用。

無錫采用物聯網對太湖水環境質量進行實時監控，感知節點為設在環湖周圍的86個水質自動監測站，其中浮動監測站15個，覆蓋了主要出入湖斷面、行政交界斷面、重點監視河流斷面、主要飲用水源地，浮動監測站設有水質監測儀，裝有集成光學感知芯片、6個精密探頭、360°攝像頭，安裝的智能傳感器可快速測出湖水溫度、電導率、溶解氧、pH值、濁度、葉綠素、藍綠藻，浮標監測站還裝有氣象傳感器，可測出風速、風向、氣壓、溫度；浮標還帶有GPS、雷達發射器等，可將連續24h實測的數據及時通過無線網傳送至控制中心，如有異常，可自動報警，并及時給相關人員發送手機短信以及時處理。

4 存在問題和未來發展

4.1 水質監測物聯網技術還有很多不足，主要是監測項目較少，有機物、重金屬、生物項目少；傳感器功能單一，速率低導致信息滯后，傳感器靈敏度和穩定性還有待提高；技術標準規范尚未統一，影響系統穩定性；監測布點數量和監測區域少，覆蓋面小；對重點污染源還未能進行生產的全過程監控；公眾的認知度不高；產業鏈還未成熟，企業規模小，人才匱乏，技術研發力量不足。應用層的規模還太小，未擴展到其他相關部門和社會公眾。

4.2 隨著環保事業的發展，水質監測對物聯網提出了更高的要求。建議制定中長期監控規劃，逐步擴大水質自動監測范圍，在重點水域、重要飲用水源地、國界河流和主要支流入河口不斷增加水質自動監測點數量，增強水環境預測預警能力；國家對水質監測物聯網進行統一系統規劃，統一系統標準；要加大對環保物聯網相關企業支持力度，培養專門人才，研發性能更加穩定可靠、參數多樣、成本低廉、維護簡單方便的各種傳感器；要依托三大移動通信運營商基站，建成覆蓋全國的水環境污染監控物聯網國家級專網，將水環境污染源納入實時監控系統中；要進行系統整合，制定政策和加強立法，對公眾加強宣傳，增加公眾對環保物聯網技術的關注和支持；要與水利、交通、工信等相關部門加強協調，實現信息共享，部門聯動。

5 結語

物聯網正以不可阻擋之勢快步向我們走來，我們要抓住這難得的發展機遇，盡快建設完善的水質監測物聯網系統，使之成為環境科學管理的有力助推器，把污染物的事后治理轉變為事前預警，大大減少污染事故發生，并鞏固節能減排成果，推動環境保護事業向信息化、產業化、智能化邁進。

[1]蒙海濤,張驥,易曉娟，薛嬌嬈.物聯網技術在環境監測中的應用[J].環境科學與管理,2013(01)∶11-13.