物聯網技術如何應用于生態環境監測

郝亮 肖洋 張磊

我國目前在物聯網技術的生態環境監測應用的研究較為落后，對其實際運用也不夠成熟，在對企業環境污染問題管理監測研究中的管理智能化、信息化、自動化以及網絡化這四個關鍵領域的研究較少。再者，這四個領域缺乏相關專業的技術管理人員。一些城市的監測管理人員的綜合技術及職業技能素質也是參差不齊。因此，在生態文明建設的大背景下，在城市環境監測中充分應用現代物聯網信息技術仍然具有十分重要的意義。

關鍵詞：物聯網技術 生態環境監測

環境監測物聯網的基本概念

物聯網（Internet of Things，縮寫：IoT）是基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡。其應用領域主要包括運輸和物流、工業制造、健康醫療、環境監測、智能環境（家庭、辦公、工廠）等，具有十分廣闊的市場前景。

也就是說，物聯網通過不同裝置與技術，實時采集不同的信息，并通過不同類型的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接。物聯網最早的概念源于21世紀初期，科學家在深入研究以及不斷發現應用物聯網信息技術的整個過程中，將其基本定義統稱為約定網絡協議，它不僅能讓物與物之間直接產生相互聯系，并能將這種相互聯系的各個方向分別進行直線延伸與橫向擴展。在物體信息互相之間傳播與相互交換的整個過程中，實現了對各個物體信息進行自動識別、監控、管理、跟蹤以及自動定位，同時也實現了使用者對物品和過程的智能化感知、識別和管理。因此，應用物聯網信息技術同時具有信息網絡化與信息智能化的兩大特征。

環境監測物聯網的基本架構

環境監測系統物聯網的系統架構主要可分為系統管理應用層、網絡層以及環境感知層三部分。

其中，環境感知層與網絡層，由各種傳感器與傳感器網關構成，主要代表了物聯網系統運行過程中的信息散播層和信息的主要來源，包括了根據地-傳感器和設備，比如監控攝像頭、在線信息采樣設施、數據監測基礎設施等，是目前技術背景下，物聯網通信系統在對周圍環境信息進行在線監測時，常用的一類信息傳感器和設備。

我們可以把環境感知層比作整個人類的身體感官及面部皮膚，其主要作用與人類感官系統類似，也就是通過不同技術手段采集、分析、識別不同物體的信息，與這些物體通過不同的方式互相接觸，在接觸過程中記錄所需的信息并上傳，最終呈現在物聯網設備的使用者眼前。

網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。通常情況下，信息處理控制中心、網絡安全管理控制中心、網絡監控管理中心都指的是網絡層，其信息代表了整個網絡管理中心與其他物聯網系統的無線通信網絡信號。

通俗地講，我們可以將網絡層比作一個人的神經中樞與大腦，其主要的功能作用也就是將網絡采集的數據信息實時傳遞到網絡監控數據中心。

物聯網技術在生態環境監測中的應用

1.大氣監測

通常情況下，物聯網監測技術較多地應用在當地大氣環境監測中，其具體監測方式可分為在線與空間流動這兩種主要監測模式方法。

這兩種監測方式的主要目的與內容相同，其根本區別主要是流動監測的方式不同。流動大氣監測的具體應用功能主要包括了氣象預報以及移動監測。從目前我國大氣物聯網監測技術的應用發展情況來看，流動大氣監測很有可能會成為未來我國大氣污染監測的唯一應用方式。

2.水質監測

我國水環境的污染情況較為嚴重。在我國有一些地區的農村居民，在日常用水時，會發現有水體發黃，或者水中有異味，這對人民群眾的健康構成了威脅。由于我國水環境污染及其帶來的社會危害與經濟影響較大，我國為了盡早治理好水環境污染問題，加大了對水資源的綜合利用、開發、管理以及環境保護，并制定了許多相關的法律規定，對我國水環境實行全面的監督管理，為開展水環境保護工作提供了可靠的決策依據。

在地下水的水質監測管理中，為了可以及時準確地了解到地下水資源開發、利用等情況，一般在小型江河湖泊等地下水體的每個代表性監測斷面上，都會設置一套相關的地下水水質監測管理設備。這些使用了物聯網管理技術的監測設備，對地下水水質的保護和管理意義非凡。

水質污染監測的應用范圍比較廣泛，對未受到污染或已被嚴重污染的天然水源、重要污染水體等都需要及時進行水質監測，以便及時準確地發現水體中含有的各種有毒有害物質。在現場有毒有害物質超標的特殊情況下，還可以通過電子傳感器將其相關信息傳遞反饋給相關專業技術人員，工作人員對這些信息進行綜合分析后，可以制定出更有針對性的污染防治實施方案。

3.生態監測

作為即將到來的物聯網應用技術，除了上文講到的大氣污染監測與水質污染監測之外，在生態環境監測應用過程中，也同樣可以將其技術直接引用進來。通過物聯網技術，每一個生態監測重點區域的具體情況，可以直接進行及時的數據傳遞與信息交換。

在生態環境監測中，物聯網系統技術對生態監測區域進行范圍分簇，劃分各個區域分簇，再將其中的區域大簇分成各個區域分簇，通過利用物聯網系統的綜合分析監測功能，了解各個區域分簇的生態信息，包括環境溫度、濕度以及環境噪聲的信息后，再選擇出最適合的監測傳感器。傳感器將其所采集的環境信息實時傳送反饋到生態控制管理中心。最后，監測工作人員就可以對每個傳感器所采集的環境信息數據進行綜合分析，從而有效確保所監測生態環境的安全與生態穩定性。

因此，生態環境監測工作通過引入遠程物聯網監控技術，用戶不僅可以輕松實現遠程動態監測，提高遠程采集生態監測數據的實時可靠性，還可以大大提高監測數據實時傳送的速度。同時，在生態監測重點區域內還可以自動建立一個實時二維度的定位數據表，優化監測數據實時傳輸的運行路徑，進而大大降低監測網絡的傳輸能耗。因此，我國要有效、快速治理生態環境污染的問題，在生態環境監測中充分應用現代物聯網監測技術是一個行之有效的選擇，它不僅可以提高我國環境監測的工作效率，還有利于我國生態環境綜合監測的健康發展。

綜上所述，在環境監測工作中，應用物聯網監測技術，不僅可以對大氣環境、生態、水質環境領域進行實時的監測，還可以大大提高環境監測數據的信息真實性與可靠性，為我們應對各類環境污染問題及時制定具有針對性的技術方案。通過環境傳感器檢測采集的環境監測數據，并由應用物聯網監測系統模塊中的網絡層與數據應用處理層，對數據進行實時分析與綜合處理，監測相關工作的技術人員能及時并深入了解環境的具體情況和可能的安全隱患。這些都可以為其及時制定安全控制措施，并提供具有科學依據的決策參考。

（作者郝亮、肖洋、張磊工作單位為山東省淄博生態環境監測中心）