基于物聯網技術的環境監測系統研究

[摘 要]物聯網技術作為繼計算機技術互聯網應用之后的第三次信息產業浪潮，已經應用到眾多領域之中，同時，伴隨著工業化進程的加快，帶來了環境污染等制約經濟發展的問題，已經備受人們的關注與重視，對環境進行監測與保護已刻不容緩，將物聯網技術應用到環境監測之中，既可以有效地對環境提供實時性的監測，又可以通過信息共享與輔助決策，來為環境監督與管理提供重要的數據依據。因此，本文首先對環境監測以及物聯網的相關內容進行概述，分析當前物聯網技術在環境監測中的應用現狀，再對基于物聯網技術的環境監測系統進行架構，剖析其存在的問題，進而加以總結。

[關鍵詞]物聯網；環境監測；系統；網絡

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.090

[中圖分類號]TP391.44 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）24-0-02

1 環境監測和物聯網相關內容概述

1.1 環境監測的內涵

環境監測自20世紀70年代開始進行，目前是對于當前環境的評價質量趨勢的一種重要手段，對于環境監測概念沒有統一的定義，伴隨著工業的發展變化，研究涵蓋了從環境污染到環境質量等各個方面的監控，對于環境監測的過程一般來說，分為三個步驟，首先是要進行有目的的樣地調查，對于樣品進行收集與處理，并且要遵循污染源的排放規律；其次，要確保樣品的真實性，收集到的樣品要進行測試分析，將取得到的結果進行分析與處理；最后，將得到的數據進行整理，根據相關的標準進行評估，最終確定其綜合指標。

1.2 物聯網的概述

物聯網技術出現與20世紀90年代，最初由美國麻省理工學院提出，主要是指所有物品通過傳感器與網絡進行連接，進而實現對物品智能化識別的一種技術。時代在變化，物聯網的應用也在逐步擴大，因此定義也越來越廣闊，一版來說，物聯網就可以理解為一種通過網絡進行傳輸，感知裝置進行信息的處理，數據的計算，并且挖掘出相關的信息，最終，使物與物或人與物之間進行連接，是一種通信技術與網絡技術的延伸。

1.3 物聯網的體系結構

物聯網的結構較為復雜，且形式多樣，對物聯網的體系結構主要包含三個層面，即感知層、網絡層和應用層。

感知層作為物聯網技術的核心層，主要是將物理世界與信息世界通過一些硬件設備進行連接，比如射頻標簽的讀寫器、二維碼的識別讀取器、攝像頭等設備，作為物聯網的基礎，主要是負責對環境或是物質的屬性等進行感知的。網絡層主要是負責把感知層所收集到的信息進行傳遞，最終輸出到應用層，也可以說是物聯網的大腦，應用層的主要的功能是進行數據的匯總與轉換，通過支撐平臺的子層來進行數據的處理，在應用服務的子層進行相關行業的應用。

2 物聯網技術在環境監測中的應用

物聯網技術的不斷發展已經應用到各行各業之中，比如電子商務的智能物流、家庭可使用的智能家居、醫療部門所使用的醫療檢測等，但環境監測則是物聯網技術最早所涉及的領域。

2.1 大氣監測

目前人們越來越重視空氣的質量，因為它直接影響著人類的健康，對于物聯網技術在大氣監測中的應用，主要是可以通過互聯網來監測某一點位大氣所發生的變化，傳感器可以通過節點將監測到的數據進行上傳到感知層，感知層則傳遞到應用層，最終對程序進行處理，當一些有毒有害氣體或是單位超標的排放，都被監測到，及時通知環保相關執法機構，對其進行處理和整治，來確保大氣質量。

2.2 水質監測

水是萬物之源，水的質量更是受到老百姓的關注，通過物聯網技術對水質進行監測主要包括對飲用水的監測和水污染的監測。飲用水是人們的生活保障，主要是通過在水源進行傳感器和攝像頭等設備的安裝進行監測，將水質中的各項指標的數據進行上報，包括水質的酸堿度、二氧化硫以及、鐵等各種元素的監測，當發現飲用水受到污染時，則發生報警，這樣就將污染的信息反饋到相關的排污單位和監測中心，及時地對污染事故進行處理，避免出現重大范圍的污染事件。

除此之外，物聯網技術在環境監測中的應用還包括土壤的監測、電磁輻射的監測、森林植被的防護等方面，對環境治理等都提供了可靠的信息支持和智能化的安全保障。

3 基于物聯網技術的環境監測系統的架構

根據環境監測系統的特性，進行系統的架構，系統主要包含兩個子系統，即現場機系統和監測平臺。

現場機系統主要是在現場機上進行運行，負責現場儀器的數據采集，對數據進行處理與打包的操作，在將這些數據進行發送，最終發送到監測平臺之上。主要包含數據采集、數據傳輸、參數設置以及控制這四個模塊。

監測平臺則運行在監測服務器之上，主要負責對現場機上采集到的數據進行接收，然后進行處理的操作，將處理之后的結果給監測人員進行展示，主要包括為數據傳輸、數據管理、綜合查詢、基本信息管理、地理信息系統、控制、環境預報警、視頻監控和SMS短信九個功能模塊。以下主要介紹環境視頻監控、地理信息系統、SMS短信3個功能模塊。

3.1 環境視頻監控

環境視頻監控這一模塊主要是對現場的監測進行可視化的效果，首先可進行視頻的瀏覽，這是最基本的功能，在線就可以觀察現場的情景，并且可以根據不同的攝像頭位置進行切換監測，在監測的過程中，可以根據相應的時間進行視頻的搜索，也可以將這些視頻進行保存到相應的路徑之下，以便再次查看。當發現系統當中要尋找某些污染源等的設備名稱的時候，就可以通過檢索實現查找，對這些視頻文件再次進行播放，來對所需要的畫面進行抓屏的操作，這就是環境監測視頻的回放與圖像的抓拍，另外還有云鏡的控制，也就是通過向攝像頭來進行指令的發送，來對攝像頭的移動速度和云鏡的移動等進行載入與保存的操作。

3.2 地理信息系統

地理信息系統GIS，這是一種對空間數據進行管理研究的技術，主要是按照地理坐標的不同或空間位置的不同，來選擇有效的數據進行管理，對于環境監測肯定是需要多個點位的操作，通過對地理信息系統的研究，可以直觀地觀察資源和信息的現狀，可以對環境進行有效地監測，更加直觀的手段和方式，能夠更加真實、有效、準確地反應相關的信息。

3.3 SMS短信功能

利用SMS的短信功能可以實現將污染的超標監測點的信息或者是超標的物質等污染源的信息進行發送，發送到監測人員的手中，由于監測人員有時候并未在監視儀器設備之前，但是通過短息功能也可以隨時隨地地接收到相關的環境污染的信息，及時地掌握，這樣當出現突發事情的時候，可以及時地處理，提高了處理時間的能力與效率。

4 物聯網技術在環境監測中存在的問題

盡管物聯網技術在環境監測中為環境的保護等帶來眾多的便利，但同時將物聯網技術應用到環境監測之中仍然存在許多問題亟待解決。

4.1 環境傳感器功能單一

環境監測的感知層目前來說存在的最大問題就是傳感器的功能較為單一，正是由于他的單一性，所以對監測的污染物的種類也受到一定的局限性，可靠性也大大降低，而可以監測到全面一些的化學分析類為主的監測儀器，通常都是靠國外生產進口的，這樣極大地增加成本以及維護的價格也較高。再加上環境監測網絡層則主要是依靠于現有的通信系統網絡，因而對于較為先進成熟的技術則很難兼容與對接，最終使大量的信息資源整合起來難度加大，也無法進行綜合應用。

4.2 缺乏統一的技術標準

就目前來看物聯網的體系會涉及許多的標準，而且相對較為復雜，如射頻技術的標準，云計算的標準，信息安全的標準等等，標準化則是最為物聯網技術首先要解決的問題之一，對于大規模部署的重要技術之一，不具有大規模部署的技術就不能稱之為物聯網，因而，要想將物聯網技術的研究更加的標準化，就必須要制定相應的標準且進行研究。

4.3 技術人員結構不合理

目前來說，在我國進行環境監測從業人員是良莠不齊的，有的是大學教師，有的是技術人員，有的是專門的科研人員，有的則是普通工人，這樣就出現了技術人員的結構是不合理的，要進行相應的重組與優化，要根據環境監測的實際需要為出發點，面對不同的工作性質要設置不同的人員，要從人員的機構進行分析，對不同的學歷、不同的技術、不同的操作能力等各個方面進行考量，設置到不同的崗位之上，使人員的結構配置更加的合理化。

4.4 環境監測系統的整體管理水平有待提高

我國的環境監測系統目前來說尚不完善，盡管受到極大地重視，但是整體的管理水平卻不高，受到諸多因素的束縛，比如體制方面等，整體的管理水平低下，同時，又面臨著安全問題，物聯網技術進行環境監測的系統是特別需要對物聯網網絡安全等體系結構進行研究，必須要對制度進行管理完善，使環境監測系統的整體管理水平更加地適應實際工作的需要。