基于物聯網技術的環保監測系統研究

陳飛鳴

摘 要：隨著國家及地方環保部門對環境保護問題的日益重視，各種環保業務應用平臺也開始在環保工作中得以應用。大量環保數據被收集、存儲、分析和應用，但是由于這些信息不夠集中、系統化，出現了信息眾多卻得不到有效應用的問題。物聯網技術的出現讓環保基礎信息的收集、存儲、分析和應用變得更加容易，更加智能化、系統化，從而基本上滿足了目前環保數據分析處理的智能化要求，讓環保變得更加科學化、高效化，也是當前解決環保問題的重要途徑。

關鍵詞：物聯網技術；智能化；智慧環保；環保物聯網

物聯網技術的日益普及，不僅帶動了人們工作和生活的智能化，也帶動了環保信息化產業的迅速發展，讓傳統的環境保護也走上了信息化、科學化、智能化的發展道路[1]。如何將環保設備接入互聯網，已經成為目前公眾主要關心的話題。在萬物互聯的現代化社會，為了避免由于盲目互聯而造成的無序互通狀態，需要一種規范化、標準化的管理平臺來對物聯網設備進行部署、擴展和維護，環保監測設備同樣也不可避免要接受這一規范和標準的制約。下面就以連入物聯網的環保監測設備為研究對象，分析物聯網技術在環保數據監測和分析應用過程中的系統問題。

1 研究的背景、意義及現狀

近年來，隨著射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）、智能感應及嵌入技術的廣泛應用，物聯網已經成為衡量國力的重要因素，智慧環保的概念也開始深入人心。目前，國內的智慧物聯網軟件體系已經可以為環保物聯網提供清晰的設計和應用思路。除此以外，也可以為環保物聯網提供具體詳細的實踐參考案例。基于智能芯片的環保物聯網不僅可以充分發揮前沿科技的實效，還可以為其他傳統行業提供物聯網嵌入式系統研究的參考案例。

隨著國內《“十三五”生態環境保護規劃》的出臺，我國生態文明建設的形勢也日益明朗，要從源頭上徹底解決環境的污染問題、改善已被破壞的生態系統，就要加強科技方面的創新，讓環保治理體系更高效、更完善，才能更好地解決環境污染的問題[2]。從物聯網在環保行業中應用的歷史來看，國外的相關研究要早于國內，早在2007年美國就開始了這方面的研究，所以要借鑒國外相關研究的優勢，結合國內的實際環境狀況來制定出適合國內環境保護監測的研究方案。

2 物聯網技術相關的概念

物聯網技術的三層架構主要包括感知層、網絡層和應用層。其中感知層主要是相關的物理設備，比如傳感器、監控攝像頭、定位跟蹤設備、M2M終端以及二維碼或RFID標簽的讀寫器等，主要完成數據信息的收集和存儲工作。網絡層則主要由互聯網、移動互聯網以及其他相關的通信網等組成，主要完成數據信息的傳遞工作。應用層則主要包括智能家居、環境監測公共案例、智能交通以及遠程醫療等方面的應用，主要完成參數據信息的分析和處理工作。

3 物聯網技術在環保監測系統中的應用

在適應從“數字環保”到“智慧環保”轉變的過程中，物聯網技術扮演著一個不可或缺的重要角色，從環保數據的感知、采集到環保數據的傳輸、存儲，再到環保數據的分析、處理，都離不開物聯網技術的支持。環保監測系統的物聯網不同于傳統的工業物聯網，其軟件的體系結構、硬件系統組成以及配套的軟件平臺，都與傳統的工業物聯網有著非常大的區別。下面就從這3個方面進行詳細闡述，以便能夠區分環保物聯網與傳統工業物聯網，同時也為后來者的研究提供參考的依據。

3.1 環保物聯網的總體體系結構

避開傳統物聯網功能單一、擴展性較差以及軟硬件升級困難的缺點，環保物聯網采取一種新型物聯網網關總體體系結構，以應對環保物聯網更為復雜的功能實現要求[3]。這種新的體系結構主要通過分層設計來實現，自上到下分別為分析應用層、設備管理層、網絡傳輸層以及現場設備物理層，其詳細體系結構如圖1所示。

3.2 環保物聯網的軟件體系結構

為了適應總體體系結構的分層系統，環保物聯網的軟件體系也采用自上而下的分層結構，分別是應用層、應用支持層、操作系統層、驅動層以及硬件層等5層[4]。應用層的主控模塊主要由日志記錄模塊、互聯網接入模塊、傳感器數據采集模擬以及環保設備管理模塊組成。應用支持層主要是系統初始化的腳本，具體包括嵌入式的數據庫、Java開發工具包（Java Development Kit，JDK）、第三方平臺接入的接口、鏈接庫等。操作系統層則主要由虛擬文件系統、網絡服務、內存管理、進程管理以及設備管理等模塊組成。驅動層主要包括存儲模塊、以太網、通信模塊以及外部傳感器的驅動程序等。硬件層主要由驅動層對應的硬件設備組成，主要完成各項環保數據的收集。

3.3 環保物聯網的硬件系統組成

為了能夠完成各項環保數據的收集工作，最下層的現場設備物理層需要購置各種環保監測設備[5]，比如污水處理設備、有害氣體檢測設備、大氣污染監測設備以及土壤監測設備等，除此以外還要購置相關的儀器儀表、視頻監控設備、傳感器件以及用于網絡傳輸的配套網絡設備。其中，傳感器件不僅包括溫濕度傳感器，還要有地理位置傳感器以及風向風力傳感器等。當然，隨著科技的迅速發展，這些傳感器件都可以嵌入到視頻監控設備或污水處理設備等其他處理或監控設備上，所以采購員可以直接購置包括這些功能模擬的環保監測或檢測設備。

4 結語

利用物聯網技術來完成各項環保數據的收集、傳輸、存儲、分析以及處理工作已經成為環保信息化發展的必經之路，也是不斷探索和實踐環保創新工作不可逾越的環節。隨著數字化技術的逐步深入應用，環保物聯網必將成為日后環保工作發展的趨勢。但是由于時間、精力及能力的限制，只詳細闡述了環保物聯網的相關概念及構建體系架構，并沒有開發出對應的配套監測平臺，有待繼續深入地分析和研究，以期能夠為我國的環保事業作出貢獻。

[參考文獻]

[1] 王建偉.智慧環保在城市環境治理中的應用研究[J].環境與發展，2019，31（7）：239-240.

[2] 邱連勇.環境監測工作面臨的挑戰與物聯網技術的應用[J].資源節約與環保，2019（6）：39.

[3] 殷建磊.物聯網技術在環境監測中的應用[J].計算機產品與流通，2019（2）：133.

[4] 胡文彥.環保物聯網技術及其應用探討[J].資源節約與環保，2018（11）：125.

[5] 宋凱.面向環境保護的智慧物聯網關及平臺設計與實現[D].北京：北京工業大學，2018.

Research on environmental monitoring system based on Internet of Things technology

Chen Feiming

（Xinxiang Lantian Environmental Technology Co. Ltd.， Xinxiang 453000， China）

Abstract：With the increasing attention of national and local environmental protection departments to environmental protection issues， various environmental protection business application platforms have been applied in environmental protection work. A large number of environmental protection data are collected， stored， analyzed and applied， but because these information is not centralized and systematic enough， there is a problem that there is a lot of information， but it can not be effectively applied. The emergence of Internet of Things technology makes the collection， storage， analysis and application of environmental protection basic information easier， more intelligent and systematic， which basically meets the current intelligent requirements of environmental protection data analysis and processing， and makes environmental protection more scientific and efficient， which is also an important way to solve environmental protection problems.

Key words：Internet of Things technology； intelligent； intelligent environmental protection； environmental protection Internet of Things