物聯網技術在生態環境監測中的應用分析

李曉雪

(陜西職業技術學院，陜西 西安 710000)

物聯網技術在生態環境監測中的應用分析

李曉雪

(陜西職業技術學院，陜西 西安 710000)

摘要：物聯網技術以其高度的可用性迅速被應用于物流和環境監測等領域，尤其應用在生態環境監測領域中，大大提高了監測的科學性和實效性。研究了物聯網技術在生態環境監測中的應用，以及如何實現環保行業發展和環境監測科學化、合理化，進一步提高生態環境監測的管理手段，促進我國環保事業的發展。應用物聯網技術可大幅度提高檢測范圍，利用全球定位系統和地理信息系統等做到多層次、全方位的生態環境監控。基于物聯網技術的監測方法，利用電子傳感器能夠實時監測各類元素的含量，降低工作人員的監督難度，減少污染檢測的隨機性，增加監測的科學性和準確性，最終會提高污水治理的效果。

關鍵詞：物聯網技術；生態環境監測技術；應用分析

1970年我國才開始環境監測工作，該項工作需要耗費大量人力、物力和財力，且監測過程和結果受時間、天氣和距離等多種因素的影響，導致環境監測結果不準確甚至錯誤，給環境的治理以及污染的預防帶來巨大困難，而物聯網技術的發展就是為了克服這些困難。2010年，國務院《政府工作報告》中談到需要加快物聯網技術的發展和應用。2011年，國務院在關于環境保護方面指出加強環境信息資源的監測，加強物聯網技術在生態環境監測中的深入應用，實現危險品運輸、環境質量等的實時監測和突發事件的預防[1]。2011年，工信部發出通告，將物聯網技術的發展列為“十二五”重點發展科學技術之一，明確提出構建完整的生態環境監測系統。

物聯網已經引起了信息技術的新變革，使得用戶端延伸到生活的任意物體，以局域網和互聯網為基礎，將終端設備、人員和物體互聯[2]，實現自動化和智能化的管理，而生態環境監測領域是物聯網技術應用的關鍵領域之一；因此，研究物聯網技術在生態環境監測中的應用十分必要。本文結合實踐經驗，從不同的角度論述了物聯網和生態環境監測技術。

1物聯網技術和生態環境監測

環境監測首先要進行實地考察，包括水文地理信息、樣品采集和保存、采集點布置和監測地點的信息整理；其次是分析樣品，利用相關儀器設備進行科學處理，得出污染源的超標污染物質組成成分和比例；最后是根據數據進行分析，綜合評價監測地點的污染現狀和污染原因[3]。物聯網顧名思義是一種物體和物體相互連接的信息網絡，而它的核心基礎設施還是互聯網，利用互聯網的網絡基礎擴展到物體上，使得物體之間，物體和計算機設備也能實現通信。國內學者將物聯網定義為通過射頻識別技術和傳感器、地理信息系統、全球定位系統等設備，將物體與互聯網相互連接實現通信、定位和監測等目的的網絡[4]。物聯網應用范圍十分廣泛，例如交通、物流、醫療保健、農業信息化、智能建筑和體育賽事等，主要思想都是將傳感器放置在需要的物體上，并實現網絡化通信。學者將物聯網分為3層架構，如圖1所示。第1層是感知層，負責物體和物體之間的連接，采集一些需要的關鍵信息，并通過技術手段識別物體，這其中涉及的技術主要有射頻識別電子標簽和讀寫器、電子條碼以及自組織網絡等[5]，感知層面臨的主要問題是節能和降低成本；第2層是網絡層，其任務是傳遞信息，包括物聯設備和互聯網的融合操作、網絡管理、智能化操作等，利用感知層的信息合理配置通信環境，實現人之間、物體之間以及人與物體之間的通信，物聯網技術的發展也使得通信范圍變大，與核心網之間的融合方式多樣化；第3層是應用層，即物聯網的信息處理和應用，對已獲得的數據進行分析和處理，得出一些有益的結論，例如生態環境監測物聯網，就是將傳感器收集到的環境信息進行分析，它是一種對環境進行監控和污染預防的管理系統，智能化管理等技術讓環境監控擺脫人力勞動帶來的低準確性和低效率，創新了生態環境管理模式，推進了我國經濟的可持續發展[6]。

圖1　物聯網3層架構示意圖

物聯網技術在生態環境監測中的應用已經成為促進環保行業發展和環境監測科學化、合理化的重要手段，進一步提高了生態環境監測的管理手段，促進我國環保事業的發展[7]。目前，我國的環境污染問題開始制約經濟的穩定發展，國家不斷出臺新的政策治理污染源，環境監測的科技化信息化正是在這種背景下產生的，而物聯網技術也因此備受重視，提到了國家重點發展技術之一的高度。物聯網技術將傳統的環保監控技術融合到自動化技術中，大幅度提高了我國環境監測的水平，過去很長一段時間，我國的生態環境監測水平一直很低，相關技術和基礎設施不完善，難以完成環境監測和預防等任務，在惡劣環境事件發生后僅僅能夠得到一些數據，分析出保護方法，例如PM2.5指數也是在近年才公布出來的，一些環境污染數據標準無法準確測量[8-9]。而且監測范圍集中在大的生態系統，例如鄱陽湖重點監測的山川河水，因此一旦發生環境污染突發事件，沒有準確的數據，無法合理解決污染問題。物聯網技術可以大幅度提高檢測范圍，利用全球定位系統和地理信息系統等做到多層次、全方位的生態環境監控，方便有關管理部門及時地解決突發環境污染問題。以免事件進一步惡化。

2物聯網技術在生態環境監測中的應用分析

2.1物聯網技術在大氣監測中的應用

大氣監測十分復雜，需要監測人員每天定時觀察大氣中污染情況，檢測SO2、H2S、CO2、CO和HF氣體，以及粉塵等顆粒物的含量，判斷大氣環境是否符合標準，然后再公布一些關鍵污染物質的含量。這種觀測無法實時進行，需要耗費大量人力和物力，而且效率低下。應用物聯網技術可以采用氣體傳感器實時監測區域中大氣環境狀況，包括市區等鬧市地段，其工作原理如圖2所示，內置各類污染氣體和顆粒物的標準，一旦污染物質超標，可以及時將數據和地理信息傳遞給后臺計算機處理中心，管理人員能夠及時處理嚴重污染事件，科學地預防重大污染事件的發生和擴散。

圖2　物聯網監測系統工作示意圖

2.2物聯網技術在水質監測中的應用

水質監測和人們的生活息息相關，為水資源的保護，開發和預防提供了數據依據。管理人員能夠認真分析污染來源，及時地關閉一些重污染企業，整頓一些排放不達標的企業，因為水對人類來說比其他任何物質都重要，我國是一個淡水資源缺乏的國家，很多地區都嚴重缺水，水質生態環境監測尤為重要，除了要監測被污染的區域，還要認真保護未被污染的河流，控制污染源。我國的主要檢測手段是飲用水監測和污染監測，基于物聯網技術的監測方法主要將電子傳感器直接放置在水域中，實時監測各類元素的含量。污染監測的對象主要是工業廢水，電子傳感器可置于排放口，一旦排水不符合標準，就會傳遞給計算機，通知管理人員及時處理。

2.3物聯網技術在污水處理監測中的應用

我國城鎮化進程不斷加快，隨之而來的就是一系列的環境問題，其中最主要的生態環境問題就是污水。過去，傳統的污水監測手段是由專門人員去現場取樣到實驗室檢測，監測報告需要幾個工作日才能拿到，這種方法無法應對城鎮化進程中污水問題的加劇，因為每次檢測的時間比較長，人力成本比較高，而且整個檢測的周期也比較長，無法做到實時監測，影響了污染問題解決的最佳時機。物聯網技術很好地解決了這一問題，實時監測能夠降低工作人員的監督難度，減少污染檢測的隨機性，增加監測的科學性和準確性，最終提高污水治理的效果。

3物聯網技術在生態環境監測中存在的問題及應對策略

3.1物聯網技術在生態環境監測中存在的問題

從目前物聯網的應用情況分析可知，生態環境監測成本降低，檢測結果正確性提高；但是仍然存在很多問題，主要表現在如下3個方面。

1)管理體系不科學。傳統監測體系的難度主要原因是耗費大量人力、物力和財力，且監測效率低下，結果不科學，無法進行實時監測。雖然物聯網技術有很大優勢，但是管理方法的不科學導致其沒有充分發揮技術帶來的高效性，物聯網目前的理論研究還沒有建立國際統一的標準，一些技術細節還在研究之中；因此，建立跨區域的生態環境監測物聯網的難度很高，管理難度幾何級數上升。

2)目前物聯網關鍵監測區域只有水質、水污染和大氣污染。監測內容不足以完整描述我國生態環境的變化情況和狀態。電子傳感器也是一種終端設備，無法實現無死角的監控，只能監測射頻發射范圍內的環境狀況。

3)監控環境不確定。物流網依賴于終端設備，而射頻識別技術的原理就是發射射頻波段，因此很容易受到金屬、電磁波和噪聲等聲源的影響，導致監測準確率大大下降。

3.2應對策略

針對上述問題，在物聯網技術的實際應用中，還需不斷改進，增加物聯網技術的應用效果。首先，科學化管理方法，積極參與制定國際物聯網各項技術的標準，為其在生態環境監測領域的應用提供統一技術標準，使得各個地域的電子終端能夠協調使用，不會出現差錯；其次，加大環境監測物聯網的監測內容，例如城市環境監測，垃圾場監測等，建立一個完善的生態監測系統，提高人們的生活質量，享受大自然帶來的樂趣而不是災難；最后，避免來自于其他波段的干擾，電子標簽的安裝地點盡量避開噪聲源，讀取器的安裝也要遵循這個準則，可以利用一些算法去除一些噪聲干擾，同時設立合理的隔離帶，將傳感器設備與電纜等干擾源分開放置，除了考慮防干擾之外還要考慮防止人為的破壞。

3.3生態環境監測物聯網的發展趨勢

首先，制定科學的空氣檢測制度，增加生態環境物聯網的監測范圍，大氣監測所面臨的情形復雜多變，因此應根據具體的污染物調整監控方案，例如二氧化硫等霧霾主要成分的監測，需要多種監測手段協同進行，根據霧霾的輕重程度確定分配射頻電子設備的多少，制定不同的污染預警策略。水資源監測也要包括重金屬和輻射源等，實現地表水的綜合監測，家用自來水的監測更為重要，可以在管道口安裝射頻裝置，實時測試水源的污染情況，如果不符合飲用標準，則給出警示，提示用戶不要使用飲用水，防止帶來一些潛在疾病。除此之外， 還需要建立統一的信息平臺，使人們能夠自由地獲取生態環境系統的監測數據，并根據數據分析結果，提示人們是否應該采取防范措施。

4結語

信息技術和社會經濟的發展促使人們更加關注生態環境的安全，物聯網技術被迅速應用到生態環境監測中，提高了監測效率，節省了監測成本。本文分析了物聯網和生態環境監測的現狀和應用，探析了物聯網技術在生態環境監測應用過程中出現的問題，并有針對性地提出了一些解決對策。

參考文獻

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責任編輯鄭練到

The Internet of Things Technology in the Application of Ecological Environmental Monitoring Analysis

LI Xiaoxue

(Shaanxi Vocational and Technical College, Xi′an 710000, China)

Abstract：The internet of things technology with its high availability is quickly applied to logistics, environmental monitoring and other fields, especially in the field of ecological environment monitoring, greatly improving the scientific nature and effectiveness of monitoring. Study the internet of things technology in the application of ecological environmental monitoring, and present how to realize the environmental protection industry development and environmental monitoring scientific and rationa. It further improves the ecological environment monitoring management and the development of our country environmental protection enterprise. This topic in the internet of things technology greatly improves the detection range, using the global positioning system (GPS), geographic information system and so on to realize multi-level and comprehensive ecological environment monitoring. Monitoring method based on the technology of internet of using electronic sensor can realize real-time monitor with the content of all kinds of elements. Real-time monitoring can decrease the difficulty of the supervision of the staff to reduce pollution detection of randomness, increases scientific and accuracy in the monitoring, and ultimately improves the effect of sewage disposal.

Key words:the internet of things technology, ecological environment monitoring technology, application analysis

收稿日期：2015-01-21

作者簡介：李曉雪(1986-)，女，碩士，助教，主要從事環境評價與治理等方面的研究。

中圖分類號：X 830.2

文獻標志碼:B