智慧環(huán)保下的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

安徽省安慶生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 葉偉

隨著通信和信息技術(shù)的飛速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提高，物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)方面的應(yīng)用越來越普遍。其中，重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)是體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在生態(tài)環(huán)保行業(yè)的主要應(yīng)用。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后的又一次信息技術(shù)變革，物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，生態(tài)環(huán)境保護(hù)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的典型行業(yè)。作為“智慧環(huán)?！倍x中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已成為推動(dòng)環(huán)境管理升級(jí)、培育發(fā)展趨勢(shì)戰(zhàn)略、節(jié)能環(huán)保新型產(chǎn)業(yè)的主要途徑，具有促進(jìn)我國環(huán)境保護(hù)事業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義。

一、智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)概述

智慧環(huán)保是生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及其數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的定義。“智慧環(huán)?！笔恰皵?shù)據(jù)環(huán)?！钡难由欤菍⒏黝惿鷳B(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)、污染監(jiān)控設(shè)施和遙感設(shè)備放置在不同環(huán)境條件下的定位點(diǎn)或線路中，對(duì)生態(tài)環(huán)境目標(biāo)感知的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及影響幅度、范圍等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、跟蹤，對(duì)采集的信息基于移動(dòng)設(shè)備傳輸?shù)胶笈_(tái)軟件系統(tǒng)，再對(duì)獲取的信息進(jìn)行智能分析，自動(dòng)生成圖表、圖像和信息報(bào)告，再將監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的問題和智能分析成果立即傳送到實(shí)際運(yùn)營服務(wù)平臺(tái)并發(fā)送到各個(gè)智能終端，實(shí)際運(yùn)營服務(wù)平臺(tái)最終將聚合的信息內(nèi)容和圖像集中到云服務(wù)平臺(tái)上。

進(jìn)入新時(shí)代，我國數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)日新月異，正逐步融入社會(huì)生產(chǎn)制造過程的各個(gè)領(lǐng)域。生態(tài)印發(fā)環(huán)境部《推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系與監(jiān)測(cè)能力現(xiàn)代化的若干意見》一文明確提出“推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能、5G通信等新技術(shù)在監(jiān)測(cè)監(jiān)控業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，促進(jìn)智慧監(jiān)測(cè)發(fā)展”。利用現(xiàn)代技術(shù)手段加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)預(yù)警和污染源的監(jiān)控溯源，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決生態(tài)環(huán)境問題具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，關(guān)鍵的是在重要環(huán)境隱患區(qū)域、部位安裝全自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)在生態(tài)環(huán)境檢測(cè)中及時(shí)開展巡查?？v觀我國環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步的全過程，從起步的污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控，發(fā)展到環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)，再進(jìn)步到污染物走航監(jiān)測(cè)、雷達(dá)掃描監(jiān)測(cè)、機(jī)器人監(jiān)測(cè)等，監(jiān)測(cè)智能化的進(jìn)展是與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分不開的?？梢灶A(yù)期，在“十四五”期間，我國生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展將迎來重大的發(fā)展機(jī)遇。

二、系統(tǒng)框架與架構(gòu)

（一）系統(tǒng)框架

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有三個(gè)關(guān)鍵方面。第一個(gè)是認(rèn)知層，主要是一些早期的生態(tài)環(huán)境保護(hù)檢測(cè)的集合和設(shè)置；第二個(gè)是傳輸層。在這方面，關(guān)鍵是傳輸。創(chuàng)新傳輸設(shè)備是優(yōu)良光纖線路的應(yīng)用，包括Mode和3G、4G、5G等。最后一個(gè)方面是網(wǎng)絡(luò)層。關(guān)鍵是要充分發(fā)揮后臺(tái)管理的作用，建立與之相關(guān)的制度。此外，智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一些系統(tǒng)軟件架構(gòu)主要由四個(gè)層次構(gòu)成。第一個(gè)是數(shù)據(jù)庫，主要用于收集與自然環(huán)境污染物相關(guān)的自動(dòng)監(jiān)管數(shù)據(jù)信息，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖斯芾矸?wù)站，為后續(xù)一系列工作的開展奠定基礎(chǔ)。第二個(gè)是信息共享服務(wù)工程。這個(gè)組成部分的關(guān)鍵是為各項(xiàng)環(huán)保工作的進(jìn)展提供相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。比如GIS服務(wù)項(xiàng)目、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)信息等。第三個(gè)是應(yīng)用支撐服務(wù)平臺(tái)。其運(yùn)營的核心內(nèi)容是在各項(xiàng)任務(wù)中進(jìn)行有機(jī)化集成，為數(shù)據(jù)和信息的傳遞提供服務(wù)平臺(tái)。第四個(gè)是業(yè)務(wù)流程的表現(xiàn)層，保證關(guān)鍵工作職責(zé)適用于移動(dòng)的自然環(huán)境。如圖1所示。

圖1 智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)軟件主要采用SOA構(gòu)建，可以達(dá)到更高的要求。軟件的關(guān)鍵涉及四個(gè)層次的內(nèi)容：第一，是公共文化服務(wù)層。其具體工作的關(guān)鍵是大數(shù)據(jù)平臺(tái)的接口服務(wù)項(xiàng)目。ESB解決方案系統(tǒng)可以滿足新項(xiàng)目系統(tǒng)軟件的要求。第二，是業(yè)務(wù)流程功能層。關(guān)鍵是ESB提供的服務(wù)接口，加載相關(guān)的自然環(huán)境數(shù)據(jù)和信息，為各行各業(yè)的人們提供各種業(yè)務(wù)流程服務(wù)項(xiàng)。第三，是頁面服務(wù)項(xiàng)目層。它的工作思路是在程序界面中顯示一些數(shù)據(jù)信息，對(duì)客戶的使用進(jìn)行一定程度的控制，并通過管理方法顯示一些相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。第四，是頁面展示層。其運(yùn)營的關(guān)鍵功能是與客戶互動(dòng)。

智能環(huán)保的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要由重點(diǎn)和移動(dòng)重點(diǎn)服務(wù)平臺(tái)組成，前端的分析設(shè)施檢測(cè)到的信息內(nèi)容傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，再根據(jù)終端設(shè)備的數(shù)字電路或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)礁鱾€(gè)業(yè)務(wù)流程服務(wù)平臺(tái)，開展各類環(huán)境信息內(nèi)容互動(dòng)工作。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

三、智慧環(huán)保下的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用

（一）云計(jì)算數(shù)據(jù)中心

現(xiàn)階段，我國的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多采用云計(jì)算技術(shù)，該技術(shù)可以管理與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的水質(zhì)、空氣、土壤、地下水、噪聲、生態(tài)、污染源等各種指標(biāo)，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)一些異常事件的響應(yīng)。在使用不同類型的信息管理系統(tǒng)時(shí)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫查詢劃分區(qū)域，根據(jù)管理要求生成生態(tài)環(huán)境及其污染物的數(shù)據(jù)庫查詢方法。以此向用戶提供 SAAS和其他服務(wù)項(xiàng)目。

（二）智能監(jiān)控平臺(tái)

智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控管理平臺(tái)，主要是按照軟件核心理念設(shè)計(jì)，利用5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)及近年來興起的人工智能技術(shù)，對(duì)污染源進(jìn)行監(jiān)管。同時(shí)，依托當(dāng)今優(yōu)秀的通訊設(shè)備和方法，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分析能力。該服務(wù)平臺(tái)是所有系統(tǒng)軟件的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。它為環(huán)保業(yè)務(wù)流程提供了一個(gè)架構(gòu)，然后在該架構(gòu)的基礎(chǔ)上完成一系列的業(yè)務(wù)任務(wù)。所以根據(jù)其發(fā)展，可以分為以下三點(diǎn)內(nèi)容：第一，是體現(xiàn)采樣技術(shù)的逐步完善。第二，是分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、智能化水平的不斷提高。第三是利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（三）污染監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)

污染物全自動(dòng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容分為三個(gè)層次，第一，是感知層，主要是解決采集到的信息內(nèi)容存儲(chǔ)并傳輸?shù)缴蠙C(jī)位，一般安裝到企業(yè)污染物排放口。第二，是傳輸層，主要是利用數(shù)字電路和4G/5G等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和收集。第三，是網(wǎng)絡(luò)層，采用的一種使用計(jì)算結(jié)構(gòu)的方法，在數(shù)據(jù)信息管控環(huán)節(jié)，按照污染物相關(guān)設(shè)施進(jìn)行電子設(shè)備備案，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。國家提出“治理現(xiàn)代化”在我國“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃中明確提出要朝5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等方向發(fā)展。因此，利用現(xiàn)代信息新技術(shù)、新科技進(jìn)行生態(tài)環(huán)境治理，全面掌握污染物的產(chǎn)生情況，分析生態(tài)環(huán)境趨勢(shì)，進(jìn)而明確提出重點(diǎn)對(duì)策，應(yīng)對(duì)關(guān)系民生的各類環(huán)境污染問題，控制重點(diǎn)污染物排放越來越重要。下一步，要再次加強(qiáng)對(duì)智慧環(huán)保技術(shù)的認(rèn)知，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸作用，制定環(huán)保智慧監(jiān)管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全面提升環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

（四）質(zhì)量監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)

生態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)知層具體包括生態(tài)環(huán)境全自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集機(jī)械設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備。現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知層實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了自然環(huán)境中的空氣、水質(zhì)以及噪音等，自動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)觀察城市空氣指數(shù)情況。對(duì)于在我國已經(jīng)進(jìn)入監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)站，都將按照4G/5G或有線網(wǎng)絡(luò)的方式同步傳輸，數(shù)據(jù)信息按照局域網(wǎng)連接方式連接到系統(tǒng)軟件，通過環(huán)保專網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)管智能管理系統(tǒng)完成了生態(tài)環(huán)境全自動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示、報(bào)警、歷史時(shí)間，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)跟蹤及其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歸納、補(bǔ)充登記審批等功能；常規(guī)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能的錄入和審批。該系統(tǒng)為排污處理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、污染物監(jiān)督檢查、自然環(huán)境突發(fā)事件應(yīng)對(duì)、總產(chǎn)出節(jié)能減排提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為生態(tài)環(huán)境主管部門和相關(guān)部門生態(tài)環(huán)境的決策工作提供了足夠的信息。

（五）移動(dòng)辦公和管控平臺(tái)

對(duì)環(huán)境移動(dòng)辦公平臺(tái)和監(jiān)測(cè)監(jiān)管平臺(tái)采用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G/5G通信、GPS定位、GIS大數(shù)據(jù)、虛擬化、云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造。借助云計(jì)算平臺(tái)、大數(shù)據(jù)中心、環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能監(jiān)控管理平臺(tái)，搭建了集管理、監(jiān)測(cè)、執(zhí)法綜合業(yè)務(wù)流程管理服務(wù)平臺(tái)和“掌上系統(tǒng)”為一體的移動(dòng)式協(xié)同辦公系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)。服務(wù)平臺(tái)以“硬件配置、手機(jī)軟件”和“人防+技防”為核心理念。完成了檢驗(yàn)印制，規(guī)范了程序，固化了直接證據(jù)。服務(wù)平臺(tái)還依托云空間的技術(shù)性，在手機(jī)上完成云備份、云消息推送以及云升級(jí)?，F(xiàn)階段，移動(dòng)辦公平臺(tái)和巡檢服務(wù)平臺(tái)已覆蓋環(huán)保各項(xiàng)重點(diǎn)業(yè)務(wù)流程，包括：辦公0A、污染物監(jiān)管、工作狀態(tài)檢測(cè)、生態(tài)環(huán)境、環(huán)境應(yīng)急、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)法律法規(guī)、危險(xiǎn)廢物管理、危化產(chǎn)品登記等服務(wù)，可以合理填補(bǔ)生態(tài)環(huán)境部門在工作鏈和管理方法上的短板，提高員工的工作能力，逐步完善日常工作模式，顯著提升環(huán)境業(yè)務(wù)管理能力。

為滿足服務(wù)平臺(tái)適當(dāng)?shù)拇笠?guī)模部署，本監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)適合管理人員級(jí)別的設(shè)置，適合無限級(jí)擴(kuò)展，適合大型機(jī)械設(shè)備的部署。例如，超級(jí)管理人員：擁有最大權(quán)限，負(fù)責(zé)服務(wù)平臺(tái)的資源配置、系統(tǒng)配置和各個(gè)訪問權(quán)限；綜合管理人員：負(fù)責(zé)特定用戶群體的機(jī)器設(shè)備、人員名單及使用的管理方法、應(yīng)用商城的管理方法及其機(jī)器設(shè)備和管理方法；角色管理：適用于對(duì)不同的身份授予不同的管理權(quán)限，包括建立、查看、刪除等權(quán)限。

四、結(jié)語

智能環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式技術(shù)完成復(fù)雜數(shù)據(jù)庫與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的智能連接；根據(jù)“云計(jì)算”的技術(shù)性，打造城市自然環(huán)境大數(shù)據(jù)中心；開放支持環(huán)保應(yīng)用支撐服務(wù)平臺(tái)模式，完成業(yè)務(wù)流程高度整合；在全國范圍內(nèi)創(chuàng)新選用“三位一體”綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)方法?？蒲谐晒浞直砻?，通過技術(shù)創(chuàng)新完成環(huán)境保護(hù)管控工作能力的跨越式發(fā)展不僅是有效的，也是完成生態(tài)環(huán)境保護(hù)里程碑式變革的必然選擇。