基于物聯網的農村污水監測系統設計研究

[摘 要] 我國農村污水排放情況不容樂觀，極大地危害了我國的水資源和人們的身體健康。我國現有的農村污水處理系統并不能滿足社會和農村經濟發展的要求，農村的各種土建活動和周邊的工業水污染與不完善的農村水污染監測系統形成了矛盾，急需一種完善的農村污水監測系統來緩解這一矛盾。基于物聯網的農村污水監測系統設計是一種新的設計理念，其將農村水污染處理完美地與目前世界流行的物聯網技術聯系起來，更加適應于我國的農村水污染現狀。

[關鍵詞] 物聯網;農村污水;監測系統

[中圖分類號] X84 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2019）13-125-2

1 我國農村污水處理現狀

黨的十九大對農業經濟的發展提出了新的要求，農村經濟的發展步伐日益加快，農民成為高收入人群中的一分子。但是，隨著城市建設和農村建設步伐的加快，使得我國農村環境越變越差，主要體現在水污染日益加劇上。據筆者對農村污水處理情況的調查發現，幾乎所有的農村都沒有修建用于排水的渠溝，農村排放污水的方法就是不經過任何處理，直接排放到周圍的水體中。這種排放方式會直接對周圍的水體造成污染，有一部分水體甚至是水源存在極大的安全隱患。特別是我國南方鄉村，水資源相對發達，農村對水資源任意使用和排放，加之農村周邊城市建設的印染廠、造紙廠會將未經處理的污水排放到水源中，讓農村周圍的水資源受到污水的影響，水體日益惡化，久而久之會對周圍的土地環境造成不可逆轉的重金屬和有機物污染，嚴重威脅著農村和周邊城市人們的身體健康。而加強農村污水處理系統建設，改善農村環境，是我國農業經濟發展的根本保障，也是目前我國進行的全國范圍內社會主義新農村建設的主要工作，這一工作應得到社會各界的重視。必須采用一種新型、環保、快捷的污水處理系統，才能滿足治理水污染的需求。

2 物聯網技術概述

物聯網技術起源于20世紀末，其是一種集成技術，將通信技術、感知技術及目前流行的人工技能技術完美地結合起來，通過自動控制可以實現信息共享，以及實現物品的自動識別[1]。物聯網技術實際上是一種遙感技術。物聯網技術是目前世界上比較流行的技術，并且已經被成功應用在社會的各個領域。我國的物聯網技術已經比較成熟，已經有前人將物聯網技術用于水資源的監測方面，還有人利用物聯網技術進行環境監測，也有人將物聯網技術應用于農業溫室環境監測和病蟲害監測。在我國，將物聯網技術應用于污水監測已有實例，但是這些實例都有一定的限制性，還不能更好地體現物聯網技術的便捷性和遙感性。

筆者針對我國農村水污染現狀，設計了一種可以用物聯網技術對農村水污染進行監測的系統，而且增加了一些傳感器節點來監控重度污染地區的水資源污染情況，旨在為發展農業經濟、提高農村居民生活水平、保護生態環境提供一些參考。

3 基于物聯網的農村污水監測系統的設計原理及系統結構

3.1 物聯網結構

物聯網有3個組成部分，從層次上來說，自底部至上端分別為感應層、網絡層和實際應用層。感知層負責對周圍的環境數據進行收集，并且向上層傳輸;網絡層主要是利用網絡，對從感應層收到的信息進行融合和處理，使得數據被傳輸到網絡及應用層;應用層是整個污水監測系統的支撐層，負責使用各種信息化技術對收集到的污水資料進行處理和形成對策[2]。

3.2 監測模型

目前，我國農村水污染類型比較復雜，包括農村田地施用的化肥及農藥污染、農村居民的生活用水污染、牲畜養殖污水污染，還有農村中私設的一些小作坊和小型加工廠的污水排放、農村周邊的一些化工廠的污水排放。而且這些污染源相對比較分散，有些排放量很小，但是排放點特別多，這就給系統開展農村污水監測活動帶來了較大的困難。要想全面地對農村及其周邊的水污染情況進行監測是較為困難的，為了解決這一難題，筆者選擇在農村重點污染區域設立網關節點，傳感器收集到數據后，可以將數據通過網關傳遞到已經設立好的基站上，最終將數據傳遞到總服務器（以下簡稱A服務器）上。A服務器是一種有智能技術的處理平臺，可以智能地對污水問題提出解決措施，為污水處理管理者提供技術支撐[3]。

3.3 軟件設計

整個污水處理系統需要3個程序提供支持，分別是對傳感器的節點污水信息進行采集的感應程序、通過網關的節點對數據進行傳輸的程序以及對監控中心的污水處理軟件進行開發和測試的軟件。

3.3.1 數據采集及傳輸流程。傳感器節點是最基礎的環境情況收集節點，對于傳感器節點有嚴格的要求，必須防水。環境信息包括色度、化學需氧量（COD值）、硫化物、氨氮、有機磷農藥量和動植物油脂率等。節點一經部署，開動電源就可以啟動，其會自動搜集周圍的其他節點，形成一種網狀結構，一旦搜索到新的節點，就會形成新的拓撲關系，重新組網[4]。每個節點都代表一個檢測區域，最終這些綜合數據可以傳送到總基站上。

3.3.2 系統工作流程。監控中心負責指揮和命令整個系統的運行。系統通電啟動后，有個初始化過程，這一初始化工作主要就是對節點進行部署及組建后臺數據庫，監控中心對所管轄的節點輸送命令激活，然后設定一定的采集周期。采集周期是靈活的，要根據實地的水資源受污染情況來設定[5]。例如，如果設定1 min為一個檢測周期，那么后臺將會收到大量數據，不利于對傳感器的維護，會讓傳感器的壽命變短，而且大量的數據沖擊數據庫，會讓數據系統失控乃至奔潰。一旦傳感器受到了病毒攻擊，數據庫非常容易被入侵。一般采集周期不易過短，但也不易過長，必須經過試運行，才能確定正確的采集周期。

3.3.3 軟件系統結構。軟件系統為整個處理器系統提供軟件支持，由4個部分組成，監測系統的軟件結構如圖1所示[6]。

4 結語

利用基于物聯網的農村污水監測系統，可以快速對農村污水情況進行監控和處理，緩解農村污水排放對環境的影響，更加適應于我國的國情。開發者要不斷更新技術，才能不斷優化這一系統，提高污水監測和處理效率。另外，我國農村居民應具有環境意識，不要肆意排放污水，配合政府和相關部門做好污水處理工作，才能讓農村的環境變得更好。

參考文獻

[1]劉佳瀅，張建義，袁嫣紅.基于GPRS的農村污水處理遠程監測系統[J].機電工程，2017（4）：421-424.

[2]趙海萍，王宇飛.基于物聯網的農村污水監測系統設計分析[J].資源節約與環保，2018（2）：47-48.

[3]馮立波，左國超，楊存基，等.基于物聯網的農村污水監測系統設計研究[J].環境工程學報，2015（2）：670-676.

[4]郭銀波.大數據在農村污水治理中的作用和意義[J].小城鎮建設，2016（10）：45-49.

[5]楊建村，吳光軍，劉萍，等.基于物聯網的污水處理生產監控系統[J].數碼設計，2017（1）：37-40.

[6]曹輝，邱衛國.流量監測系統在農村生活污水處理的應用初探[J].上海水務，2013（3）：25-28.