物聯網技術在智慧環境監測中的應用研究

韓立 王栓寶 宋勝女 劉蘇

摘 要：基于物聯網技術的智慧環境監測是實現國家提出綠色環境的重要手段。其核心技術是現代信息技術和物聯網技術。該技術結合數據可視化技術、嵌入式技術、大數據、數據挖掘技術等，能實現全自動跨區域多點實時環境監測、數據分析、智能決策，提高生態環境監測和保護工作的質量和效率。

關鍵詞：物聯網技術;智慧環境監測;智能決策

1 智慧環境監測的必要性和重要性

“十四五”關于環保方面提出加快推動綠色低碳發展，持續改善環境質量，增強全社會生態環保意識，深入打好污染防治攻堅戰。智慧環境監測是把物聯網技術[1]應用到環境監測中，實現一體化的監控網絡，將數據采集、實時監測、報警系統、信息傳遞集中于一體。利用大數據和數據挖掘技術深層次地分析和挖掘數據，對工作形成決策輔助支持，從而確保大氣環境監測的精準性、實時性，提升我國綠化環境，加強環保水平，為實現我國長遠發展的目標提供有利條件。

基于物聯網技術的智慧環境監測是典型三層架構，自上而下分別是應用層、網絡層以及感知層（見圖1）。

感知層完成數據的采集，可定時、定點對某一環境的各個參數以及具體分布情況進行監測和研究，對樣本進行相應地分析，以此發現環境中存在的不利因素。組成感知層的是多個信息采集節點即各種硬件傳感器智能卡、電子標簽、識別碼、攝像頭等感知設備，將無線傳感器[1]網絡應用于環境智慧監測領域，具有易于布置、靈活通信、低功耗、低成本等特點。感知層能量采集技術可以克服傳統化學電池供電存在的易爆、污染環境、更換麻煩等缺點，還可根據工作環境中可能的能源種類，將兩種或兩種以上的能量轉換方式集成到同一器件，實現更有效地無線傳感器供電。

網絡層負責監測系統中的數據轉發，利用無線網、移動網、固定網、互聯網、廣電網等傳輸網絡，實現感知層所采集信息的傳輸與處理，實現多方的交互，是整個環境監測物聯網的核心組成部分，主要由監測服務器、遠程控制服務器、中轉服務器組成。在數據傳輸過程中，可采用安全系數更高的加密算法。數據整合技術對于減少原始數據的冗余，提高數據傳輸效率有很大的優勢，并且利用數據融合技術也能夠有效提高數據信息的準確度，減少因信息模糊或失效等原因造成的損失。

應用層主要包括環境監測的特定應用服務，用于完成信息的分析處理和決策，以實現環境監測信息的識別、感知、分析和預測，發揮智能作用。通過數據可視化技術，完成對數據大屏的實時更新，實時了解環境狀態信息，通過大數據和數據挖掘技術挖掘數據深層價值，實現環境監測水平的有力提升，推進環保工作的有效開展。

2 物聯網技術在智慧環境監測中的制約因素

（1）物聯網技術標準不規范不完善，缺乏標準化的網絡應用和普及。受環境因素的影響和監測體系復雜的行業標準的限制，易出現多次重復檢測現象，造成資源的嚴重浪費，目前仍未能實現對環境變化過程的有效監督。因此，需要統一標準規范，加快系統建設，以充分發揮物聯網技術的優勢[2]。只有提高生產率，制定形成統一的技術標準，才能使物聯網技術具有更加的普適性，實現對環境變化過程的全方位的有效監督。

（2）環境監測規模不能滿足全面應用的要求，監測能力有限，精確度不高，傳感器功能單一。起步階段的監測系統采用的傳感器等設備功能簡單，監測能力有限，精確度不高，數據單一，降低了監測的可靠性，各參數之間的變化影響不易發現，實用性難以滿足全面應用的要求。此外，現有的通信系統很難與較為先進的技術兼容，信息資源難以整合，無法綜合應用。

（3）環境監測從業人員和具有物聯網技術綜合素質人員太少，技術人員能力有限。監測工作需要專業人員來實現，但從業人員對物聯網技術的掌握程序有限，缺乏專業知識和操作能力，無法有效解決物聯網技術應用過程中的問題。不能充分體現計算機應有的價值和性能，不能利用大數據挖掘出預警信息，不能更好地做智能決策，故需要重組優化人員結構，令其既懂監測又懂計算機物聯網知識。

（4）系統管理水平較低。我國尚不完善的環境監測系統，受體制等諸多因素束縛，系統管理水平有待提高[3]。為使其整體管理水平更加適應實際工作的要求，物聯網環境監測系統尤應把完善物聯網的體系結構和相關的管理制度作為重任。

（5）檢測系統數據無法共享。物聯網技術三層中的感知層和應用層產生了大量的數據，但是形成數據無法共享，不能整合資源，統籌安排，對數據不能進行深層次分析與挖掘，不能為監測技術提供科學條件。

3 物聯網技術在環境監測中的優化措施

（1）深度挖掘環境監測數據，提供智能決策。現場終端設備監測點、監測數據類型多樣化，通過大數據分析和數據挖掘技術從大量的環境監測數據中提取出有用的信息，數據共享，結合類分析法、環境質量證級法、環境預測法對數據進行分析，通過圖表形式顯示給用戶，當達到臨界值時可設為預警點，并產生預警提示功能，為不同的用戶提供智能決策，提升環保質量。

（2）構建完善的環境監測系統結構。通過物聯網技術建立統一的終端設備、數據傳輸、監測平臺物聯網工作信息平臺，使環境監測數據實現共享。監測平臺以監測服務器為中心，根據不同監測人員的需求對接收到的環境監測信息進行不同的處理，通過物聯網實現數據的共享，建立分析模型，對監測數據進行分析，制定預警方案和解決方案，建立起事前預警、事中監測、事后處理的完整系統。三層的軟硬件都充分發揮物聯網先進技術的優勢完善監測技術且配合工作，加強技術控制，增加監測范圍，完善監測要素[4]，以保證物聯網結構中各個環節的銜接和功能的完整，達到監測環境污染、保護環境的目的。

（3）優化環境監測系統界面設計。實時獲取監控數據，進行數據傳遞、預警預測以及信息決策，設置不同的訪問權限以保證數據的安全，對監測點進行充分地考察，了解監測需求，自動對數據進行分析，確定預警類型，制定清晰的系統設計目標，實現遠程實時監控、數據的采集、存儲共享，深度數據挖掘，優化數據庫的設計，優化整合環境監測信息，跟蹤顯示數據圖表。

（4）建立智慧環境監測數據庫。智慧環境監測數據對環境決策起著指導性的作用，建立數據庫存儲大量環境信息用于大氣環境的分析和治理。據根準確的信息資源、可靠的數據分析，開展數據挖掘，提升動力環境監控效能，對監測節點和工作人員做出具體的指導和方案。

（5）培養高素質的智慧環境監測隊伍。國家加強專業人才培養建設，培養既懂物聯網技術又懂環境監測的綜合素質人才，提高知識和技能水平。在高校環境監測專業增加大數據、物聯網課程，培養環境監測人員的信息素養，確保環境監測人員掌握運用物聯網技術的能力，不斷促進環境監測工作有效性的提升

（6）提升智慧環境監測保障。政府應加大資金投入，推進制度體系的發展和完善，強化專業人才的技能支撐，提升質量管理的思想意識，提高傳感器等設備的精準度和適用范圍，努力研發先進的物聯網設備，加強物聯網共享平臺的建設，建立健全物聯網監控數據共享平臺。

基于物聯網技術的智慧環境監測，可以實現動態管理和控制，進一步提升監測水平。通過互聯網實現數據傳輸，通過大數據分析、數據挖掘進行輔助決策，為環境保護管理部門及需求者提供信息支撐，在環境監測中實現整個系統的無線化，具有較高的經濟效益和社會效益。

[參考文獻]

[1]郭瓊.物聯網在環境在線監測系統中的設計與應用探討[J].內蒙古煤炭經濟，2014（1）：13-18.

[2]何剛，王金翔.物聯網技術在環境監測中的應用[J].科技資訊，2018（30）：108-109.

[3]蔡靖，牛麗紅.淺議環境檢測技術存在的問題及對策[J].中外企業家，2020（6）：163.

[4]王海峰.環境檢測技術中的問題與對策研究[J].智能城市，2019（24）：128-129.

（編輯 姚 鑫）