基于物聯網的遠程環境監測技術的分析

王 磊

（山西省忻州市環境監測站 山西忻州 034000）

基于物聯網的遠程環境監測技術的分析

王 磊

（山西省忻州市環境監測站 山西忻州 034000）

順應信息化時代物聯網技術發展的浪潮，物聯網技術在各大領域的應用越來越廣范，環境監測中應用物聯網技術已經屢見不鮮。我國已經進入了經濟發展的快車道，積累的環境問題也日益顯現。本文主要介紹了物聯網技術并且基于物聯網的技術架構構建一個方位全面，層次多元，覆蓋廣泛的遠程環境監測系統。利用物聯網技術中的傳感器和無線傳輸技術對相應的環境參數進行檢測，針對環境污染檢測的隨機性,增加遠程環境監測的科學性和準確性,從而能降低環境監測的難度并且精簡了人力投入,最重要的是可以有效提升遠程環境監測的質量,為深入的改善環境污染的現狀提供技術方面的支持。

物聯網；環境監測；應用分析

引言

我國的生態環境問題隨著30多年來的經濟快速發展日益顯現，進入頻發階段。例如，全國部分水系污染及飲用水安全問題，有的區域土壤污染比較嚴重，經常出現范圍大、時間長的灰霾天氣等。國務院辦公廳于2015年8月12日當天印發《生態環境監測網絡建設方案》，該方案提出現階段至2020年，初步地建成陸海統籌、天地一體、上下協同、信息共享的關于生態環境的監測網絡。為此構建一個基于物聯網的遠程環境監測系統是勢在必行的，實現環境監測的現代化水平，推動環境監測信息化建設是我國現階段生態文明建設的主要任務之一。

1 環境監測與物聯網的相關概念

環境監測的概念是貫穿在環境質量整個監測的過程中的[1],以前的的環境檢測對象都是相對單一的,但是隨著環境問題的嚴重化趨勢越來越明顯,環境監測的范圍必須要擴大發展方向,要加上對于環境質量與環境污染的監測。其中環境監測的主要流程包括現場調查、樣品收集與處理、樣品保存、數據處理與綜合評價。數據分析后必須以報告的形式進行數據的綜合評價,這樣的形式也為今后的環境監測工作提供必要的依據。物聯網簡單來說就是通過先進技術將待識別物體與互聯網技術相融合,可以做到對這些事物的識別、定位、追蹤、監控和管理。[2]物聯網，顧名思義就是物物相連。

2 環境監測中物聯網的作用

2.1 物聯網技術與空氣質量監測

近年來人們越來越關系空氣質量，“灰霾天氣”中PM2.5、有害氣體含量等成了大眾所關心的話題。傳統的監測是監測人員直接觀察并記錄，從數據入手分析各污染物的含量是否滿足國家標準。這種方式往往耗費許多的人力和物力資源，缺乏動態性。由此本文提出基于物聯網的空氣遠程式的監測系統，系統原理是利用物聯網的相關技術實現對空氣情況實現實時監測、傳輸和處理等。物聯網技術對空氣的質量有一個實時全面的監測，根據反饋回來的數據對空氣污染成分分析及對污染來源進行追溯，確保預防工作和消除污染措施的落實，因此物聯網技術在空氣質量的監測和溯源應用中的的作用十分重大。

2.2 物聯網技術與水污染監測

水污染監測亦是環境監測重要部分，水質的監測概念很大涉及也較廣。傳統的水質自動監測站，主要對水溫、pH值、溶解氧、電導率、濁度和氧化還原電位等指標實施監測并提供水質自動檢測報告。[3]我國水質監測與檢測主要是檢測生活飲用水和水污染兩方面，但傳統的檢測方式在檢測中要每段時間反復得取水，顯然這種方法并不能實時得了解水質。而基于物聯網技術的水質自動監測系統，能實時、連續、準確地監測目標水域的水質和它的變化狀況，檢測得到的數據會自動傳輸到調度中心并且自動存儲方便隨時取出分析，并且如果發現水質問題會自動報警，十分的便捷。

3 基于物聯網的遠程環境監測技術的系統設計

3.1 架構設計

物聯網的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。[4]其自下而上可以分為三個層次：

（1）感知層目的是全面感知：利用傳感器技術等感知、捕獲采集物體的各種信息；

（2）網絡層就是傳輸數據：通過各種互聯網將得到的數據信息進行遠距離的傳輸；應用層即智能處理：利用各式各樣的智能數據處理技術，對下兩層采集、傳輸上來的數據和信息進行分析及處理,使用具體的作業場景來實現信息的存儲、數據的挖掘、應用的決策等。

3.2 具體系統組成設計

（1）感知層主要目的就是收集相關數據，根據具體的環境監測的對象我們應該先確定需要采集的信息，例如對大氣空氣質量的監測我們就需要監測各種氣體的濃度和溫度等參數。為了采集這些信息布置相應的傳感器，傳感器組成的網絡應確保對監測區域有一個很好的覆蓋。這些個傳感器節點構成無線傳感器網絡再通過ZigBee技術等近距離無線傳輸技術來確保采集到的數據可以向上層傳送。

（2）網絡層，這部分是將上一步的數據等打包再傳送到環境檢測中心等終端，也就是說網絡層是聯通感知及應用層的一座必不可少的橋梁。網絡層的工作方式為：先存儲于現場數據庫之中、再上傳至位于公網云計算網絡中的中間件服務器。中間件服務器接收現場服務器根節點上傳的數據集，并存儲于數據中心數據庫，實現現場實測數據向公網中數據中心數據庫的傳輸和遷移。[5]在網絡傳輸方面涉及到一系列的遠距離網絡技術譬如GPRS、3G、4G等，綜合各方面的優勢，通過對比選擇一種適合系統且經濟實惠的遠距離網絡傳輸技術來對下層采集到的數據進行有效并且安全的傳送，數據全面、不重不漏的傳送是一個需要解決的問題。

（3）應用層對于該系統的應用層方面主要的目的就是利用遠程監測平臺完對環境監測的各種信息數據的接收、處理和顯示等，這一部分是對下面兩層的工作情況進行一個全面立體的展示，通過各種數據庫以及組態軟件對采集到的數據進行分析，然后有一個動態的曲線、趨勢之類的展示，目的就是讓環境監測的相關工作人員能夠一目了然的看懂所監測的環境的具體信息，好做出一些相關的結論和分析。

以上框架設計好之后就著手搭建相應的軟硬件的平臺來確保改遠程環境監測功能的良好實現。

系統框架如圖1：

圖1

結語

在信息化時代將物聯網相關技術應用到環境監測方面是一個很好的創新舉措，利用物聯網的技術優勢對需要監測的環境進行遠程監測，實現了智能化的感知、智能化的處理和智能化管理。一方面大大提高了環境監測的準確性和實時性并且確保了環境監測工作的全面性，另外一個方面這個系統也很大程度的精簡了工作的人員數量，積極響應國家的創新政策。基于物聯網的環境遠程監測系統可以更好的更加全面的對相關環境進行監測，并且與專業人員的合理配合可以更加透徹的了解相應的環境狀況對于環境治理工作的開展有很大的積極作用。

[1]石晶晶.環境監測技術的應用現狀及發展趨勢研究[J].建材與裝飾,2017,(19):154-155.

[2]包順華,李世成.物聯網技術應用及發展研究[J].中國新通信,2017,19(15):87.

[3]張玨.基于無線傳感器網絡的水質在線監測系統研究[D].重慶大學,2010.

[4]孫其博,劉杰,黎羴,范春曉,孫娟娟.物聯網:概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報,2010,33(03):1-9.

[5]張文軍,王建平,范世平,楊春滿,李麗莉.深井凍結施工遠程監測與故障診斷物聯網的設計[J].煤炭科學技術,2015,04:82-87.