物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用淺析

李軍會(huì)

（山西省澤州縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 山西澤州 048026）

物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用淺析

李軍會(huì)

（山西省澤州縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 山西澤州 048026）

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)的有力助推器。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

物聯(lián)網(wǎng)；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；環(huán)境保護(hù)；應(yīng)用

我國(guó)是全球水污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一，水質(zhì)監(jiān)測(cè)是治理水污染的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)減少污染物排放、控制和預(yù)防污染事故、提高監(jiān)測(cè)水平、及時(shí)為環(huán)境管理提供決策依據(jù)都有重要意義。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

我國(guó)傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要以實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)為主，分析方法全面、檢測(cè)參數(shù)全面、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，但要人工定期或不定期地現(xiàn)場(chǎng)采樣、化驗(yàn)、分析。現(xiàn)場(chǎng)采集樣品時(shí)間跨度大、樣品數(shù)量少、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，受到地域和時(shí)間限制，檢測(cè)頻次低、自動(dòng)化程度低，難以對(duì)水質(zhì)作出整體有效評(píng)價(jià)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)，可以在很大程度上彌補(bǔ)這些不足。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)最早由比爾·蓋茨在《未來(lái)之路》中提出，早期含義是把所有物品與互聯(lián)網(wǎng)相連；我國(guó)2010年《政府工作報(bào)告》注釋為“物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)”。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)環(huán)保行業(yè)引入自動(dòng)化和信息化的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)科學(xué)化管理的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在介質(zhì)中安裝前端采集設(shè)備，再將數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸系統(tǒng)上傳至應(yīng)用層進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)控污染成分指標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)是環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，可分為三層即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要是采樣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)端的感知，主要是現(xiàn)代化的信息傳感設(shè)備、分析儀、智能儀表等，信息傳感設(shè)備包括射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、二維碼、GPS、攝像頭、終端等，可對(duì)物進(jìn)行識(shí)別；網(wǎng)絡(luò)層主要作用是實(shí)現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)的傳輸，包括有線傳輸和無(wú)線傳輸。無(wú)線傳輸是通過(guò)三網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)）或下一代網(wǎng)絡(luò)，對(duì)感知層得到的信息實(shí)時(shí)采集、傳輸與計(jì)算；應(yīng)用層采用了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算和信息發(fā)布，其有兩方面的含義：一是通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得出相關(guān)結(jié)論支持管理決策，二是通過(guò)遠(yuǎn)程控制優(yōu)化環(huán)保治理設(shè)計(jì)的工藝運(yùn)行條件。

應(yīng)用水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管部門可從監(jiān)控中心清楚地看到通過(guò)視頻監(jiān)控設(shè)備傳回的感知處的實(shí)際情況，如排污量、污染處理設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、監(jiān)測(cè)站房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)情況。從視頻監(jiān)控設(shè)備中，監(jiān)管部門能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并遠(yuǎn)程協(xié)助，從而提高工作效率，降低工作成本，提高污染源監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行率及準(zhǔn)確率。同時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可接入應(yīng)急指揮系統(tǒng)，可以在排放超標(biāo)情況下自動(dòng)告警，一旦企業(yè)發(fā)生污染事件，便可及時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度指揮。

3 物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

3.1 國(guó)控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

這是現(xiàn)在中國(guó)最大的物聯(lián)網(wǎng)，包括了水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，已構(gòu)建了國(guó)家、省、市、重點(diǎn)企業(yè)的四級(jí)監(jiān)控體系。本系統(tǒng)是在各單位污水排放口安裝水質(zhì)自動(dòng)分析儀表和數(shù)據(jù)采集傳輸儀、各種傳感器，包括流量（速）計(jì)、污染治理設(shè)施運(yùn)行記錄儀等，對(duì)排污單位排放的污水水質(zhì)中的CODcr、BOD5、氨氮、pH值、色度、氯化物、流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)各種通訊信道（包括有線和無(wú)線）同步到排污單位、中央控制中心、環(huán)境執(zhí)法人員的終端上，以便有效防止過(guò)度排放或重大污染事故的發(fā)生。

3.2 飲用水源地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

這主要是在飲用水源地布置各種傳感器、視頻監(jiān)視等傳感設(shè)備，形成感知層，然后經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層將水源地基本情況、水質(zhì)的PH值等指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層，應(yīng)用層根據(jù)傳感器的位置、數(shù)據(jù)采集時(shí)間等信息綜合分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)組成監(jiān)測(cè)體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

3.3 水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

這主要是重要江河湖泊水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，已形成國(guó)控、省控、市控三級(jí)為主的水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并將在2015年左右，對(duì)80%的重要江河湖泊水功能區(qū)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，對(duì)主要江河干流及一級(jí)支流省界斷面實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)全覆蓋。

湖南力合公司已成功研制了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用儀器和系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)、智能化水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用等創(chuàng)新性技術(shù)，克服了當(dāng)前水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的監(jiān)測(cè)參數(shù)可擴(kuò)展性差、缺少在線質(zhì)控手段、對(duì)異常數(shù)據(jù)智能化識(shí)別能力不足等瓶頸問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)溫度、色度、濁度、pH值、懸浮物、溶解氧、化學(xué)需氧量以及酚、氰、砷、鉛、鉻、鎘、汞等86項(xiàng)參數(shù)的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。還可利用發(fā)光細(xì)菌法，對(duì)突發(fā)性污染事件進(jìn)行預(yù)警。項(xiàng)目創(chuàng)建了完善的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線質(zhì)量控制系統(tǒng)，保證了自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可溯源性。這一系統(tǒng)已在長(zhǎng)江、閩江、東江等流域以及南水北調(diào)中線工程得到應(yīng)用，在多起重大水污染事件中發(fā)揮了顯著作用。

無(wú)錫采用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)太湖水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，感知節(jié)點(diǎn)為設(shè)在環(huán)湖周圍的86個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，其中浮動(dòng)監(jiān)測(cè)站15個(gè)，覆蓋了主要出入湖斷面、行政交界斷面、重點(diǎn)監(jiān)視河流斷面、主要飲用水源地，浮動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，裝有集成光學(xué)感知芯片、6個(gè)精密探頭、360°攝像頭，安裝的智能傳感器可快速測(cè)出湖水溫度、電導(dǎo)率、溶解氧、pH值、濁度、葉綠素、藍(lán)綠藻，浮標(biāo)監(jiān)測(cè)站還裝有氣象傳感器，可測(cè)出風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度；浮標(biāo)還帶有GPS、雷達(dá)發(fā)射器等，可將連續(xù)24h實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)及時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳送至控制中心，如有異常，可自動(dòng)報(bào)警，并及時(shí)給相關(guān)人員發(fā)送手機(jī)短信以及時(shí)處理。

4 存在問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展

4.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還有很多不足，主要是監(jiān)測(cè)項(xiàng)目較少，有機(jī)物、重金屬、生物項(xiàng)目少；傳感器功能單一，速率低導(dǎo)致信息滯后，傳感器靈敏度和穩(wěn)定性還有待提高；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未統(tǒng)一，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；監(jiān)測(cè)布點(diǎn)數(shù)量和監(jiān)測(cè)區(qū)域少，覆蓋面小；對(duì)重點(diǎn)污染源還未能進(jìn)行生產(chǎn)的全過(guò)程監(jiān)控；公眾的認(rèn)知度不高；產(chǎn)業(yè)鏈還未成熟，企業(yè)規(guī)模小，人才匱乏，技術(shù)研發(fā)力量不足。應(yīng)用層的規(guī)模還太小，未擴(kuò)展到其他相關(guān)部門和社會(huì)公眾。

4.2 隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)提出了更高的要求。建議制定中長(zhǎng)期監(jiān)控規(guī)劃，逐步擴(kuò)大水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)范圍，在重點(diǎn)水域、重要飲用水源地、國(guó)界河流和主要支流入河口不斷增加水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，增強(qiáng)水環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)警能力；國(guó)家對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一系統(tǒng)規(guī)劃，統(tǒng)一系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；要加大對(duì)環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)支持力度，培養(yǎng)專門人才，研發(fā)性能更加穩(wěn)定可靠、參數(shù)多樣、成本低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單方便的各種傳感器；要依托三大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商基站，建成覆蓋全國(guó)的水環(huán)境污染監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)國(guó)家級(jí)專網(wǎng)，將水環(huán)境污染源納入實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中；要進(jìn)行系統(tǒng)整合，制定政策和加強(qiáng)立法，對(duì)公眾加強(qiáng)宣傳，增加公眾對(duì)環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注和支持；要與水利、交通、工信等相關(guān)部門加強(qiáng)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)信息共享，部門聯(lián)動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)正以不可阻擋之勢(shì)快步向我們走來(lái)，我們要抓住這難得的發(fā)展機(jī)遇，盡快建設(shè)完善的水質(zhì)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使之成為環(huán)境科學(xué)管理的有力助推器，把污染物的事后治理轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)警，大大減少污染事故發(fā)生，并鞏固節(jié)能減排成果，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)事業(yè)向信息化、產(chǎn)業(yè)化、智能化邁進(jìn)。

[1]蒙海濤,張?bào)K,易曉娟，薛嬌嬈.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2013(01)∶11-13.