環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能及在我國的應(yīng)用探討

張闖

摘要 從感知、傳輸、支撐、應(yīng)用和用戶5個層次對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)進行了詳細的描述，同時從系統(tǒng)劃分的角度敘述了環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成和功能組成，并就其在我國當前的應(yīng)用中存在的問題進行了分析和探討，提出了相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞 環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)架構(gòu)；應(yīng)用；發(fā)展現(xiàn)狀；問題；中國

中圖分類號 TP391.44；TN929.5 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0331-02

Application and Current Status of Environment Protection IOT in China

ZHANG Chuang

（Environmental Monitoring Center of Liaoning Province，Shenyang Liaoning 110161）

Abstract The concept of what was environment protection IOT was described on five respects，which including sensing，transmitting，supporting，applying and using.At the same time，the function and structure of environment protection IOT were also given from system dividing. The existed problems and the methods how to resolve were put forward at the last part of this paper.

Key words environment protection IOT；system structure；application；developing status；problems；China

在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，環(huán)境問題也日益突出，嚴重制約了經(jīng)濟的健康發(fā)展以及人民生活水平的提高。由于我國目前仍然處于工業(yè)化的上升期，經(jīng)濟發(fā)展給環(huán)境帶來了嚴重的影響。“十一五”期間，雖然環(huán)保工作取得了一定成績，局部有所改善，但總體形勢依然十分嚴峻。為實現(xiàn)“十二五規(guī)劃”制定的污染物排放量減排長遠目標，迫切需要健全節(jié)能減排統(tǒng)計、監(jiān)測和考核三大體系，不斷完善統(tǒng)計、核算、監(jiān)測方法，提高能源統(tǒng)計的及時性、準確性和全面性，方便環(huán)保部門及時有效地對污染源排放量進行監(jiān)督，并做到信息公開化，實現(xiàn)全民共同監(jiān)督。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使上述目標的實現(xiàn)成為可能[1-2]。

1 環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能概述

通常意義上講，物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)為3層，但如果進一步細分，由下至上，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)可劃分為5層，分別為感知層、傳輸層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層。其中，感知層主要是各類智能監(jiān)控終端、傳感器和在線設(shè)備，對環(huán)境質(zhì)量和污染源等相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時的采集；傳輸層由有線和無線網(wǎng)絡(luò)組成，實現(xiàn)環(huán)境信息的傳遞，現(xiàn)在基本由電信運營商網(wǎng)和應(yīng)急狀態(tài)下的衛(wèi)星網(wǎng)構(gòu)成；支撐層主要是 IT 基礎(chǔ)設(shè)施，包括服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和各類通用軟件系統(tǒng)，為環(huán)保業(yè)務(wù)提供平臺支撐；應(yīng)用層包括各類具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，具體包括污染源一體化實時監(jiān)控、環(huán)境質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測、排污許可證管理、環(huán)境風險應(yīng)急處理、污染源動態(tài)管控等；用戶層是包括各種角色的最終用戶，如政府企業(yè)、環(huán)保機構(gòu)及社會公眾[3-5]。

如果從功能的角度，或者從系統(tǒng)的角度，也可以將環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)劃分為3個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)完成特定的功能，同時又互相聯(lián)系，通過每個系統(tǒng)的接口層實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的成熟。

1.1 智能感知終端子系統(tǒng)

智能感知終端子系統(tǒng)包括各類在線設(shè)備、傳感器、分析設(shè)備及數(shù)據(jù)采集傳輸儀。其中，在線設(shè)備和傳感器、分析設(shè)備通過物理化學方法，完成現(xiàn)實世界中各種物理量（如COD、PM2.5、噪聲）到模擬量或數(shù)字量的變換；數(shù)據(jù)采集傳輸儀通過模擬或數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)與上述設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，并按照國家標準（目前為HJ/T212）規(guī)定的格式，將信息上傳至服務(wù)器，傳輸方式為以太網(wǎng)或者2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)。但就目前情況而言，采集和傳輸已經(jīng)有融為一體的技術(shù)發(fā)展趨勢，二者在物理結(jié)構(gòu)上，也可能是同一臺設(shè)備。

在實際環(huán)保應(yīng)用中，各級污染源企業(yè)在數(shù)據(jù)傳輸時目前廣泛應(yīng)用的還是符合HJ/T212標準的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，或簡稱數(shù)采儀，主要完成的功能包括人機交互、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)庫存儲3個方面，具體如下：通過數(shù)字或模擬接口，調(diào)用內(nèi)置的驅(qū)動程序，完成與在線設(shè)備或傳感器的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的獲取；按照HJ/T212標準與平臺交互，對接收的指令進行解析和對上傳的數(shù)據(jù)進行協(xié)議封裝，同時通過擴展協(xié)議，實現(xiàn)技術(shù)人員對數(shù)采儀設(shè)備的遠程控制和狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷；技術(shù)人員通過人機界面或者遠程方式，完成對儀器的系統(tǒng)配置，如量程、補償系數(shù)等，這些配置信息掉電不會丟失；根據(jù)實現(xiàn)方式的不同，采用文件、數(shù)據(jù)庫或者序列化的方式實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)和配置信息的存儲；技術(shù)人員可通過人機界面，實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況及趨勢，同時也可以通過條件檢索，查詢一定時間段的歷史數(shù)據(jù)。

1.2 基于云計算的支撐子系統(tǒng)

傳統(tǒng)的環(huán)保IT架構(gòu)中，各業(yè)務(wù)平臺獨立建設(shè)，均由相應(yīng)的服務(wù)器資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等構(gòu)成，各業(yè)務(wù)平臺重復建設(shè)以上設(shè)備，導致CAPEX較高；同時由于需要滿足不同的安全性或者技術(shù)要求，在硬軟件的選擇上也存在多種組合（如服務(wù)器：IBM/ SUN/ HP，操作系統(tǒng)UNIX/ Linux/ Windows/AIX，數(shù)據(jù)庫：Oracle/ SYBASE/SQL等）和運維手段（B/S，C/S）等，導致OPEX較高。

目前，在環(huán)保業(yè)務(wù)應(yīng)用中，已經(jīng)普遍采用了云計算技術(shù)取代傳統(tǒng)的硬件部署模式，通過虛擬化的技術(shù)手段，實現(xiàn)對物理資源分配單元的細化，從而達到提高系統(tǒng)分布密度和使用效率，降低對物理設(shè)備的需求投入和需求能耗的目的。endprint

具體而言，是構(gòu)造資源池系統(tǒng)，對外提供各類IT資源，包括計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源。計算資源由虛擬機資源、物理機資源組成；存儲資源主要由磁盤陣列提供；網(wǎng)絡(luò)資源包括公網(wǎng)IP資源、帶寬資源、虛擬防火墻資源、負載均衡資源等，由NAT設(shè)備、路由器/交換機、防火墻、負載均衡器等設(shè)備提供。計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源、本地備份資源之間相互協(xié)作對外提供完整的資源使用環(huán)境。

借助于云服務(wù)模式，可達到以下的效果：提高資源利用率，降低能耗；實現(xiàn)更快速的資源管理；減少在IT維護方面的人員投入；更快速地應(yīng)用部署；按需索取的資源利用方式；新增預(yù)算及投入可控。

1.3 以污染源在線監(jiān)控為核心的應(yīng)用子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要通過集成多個相應(yīng)的服務(wù)模塊，實現(xiàn)為不同的角色服務(wù)。主要包括污染源檔案管理、一體化實時監(jiān)控、有效性審核、風險源管理、排污許可證管理與排污交易、查詢與評價和系統(tǒng)管理等部分，協(xié)助政府環(huán)保部門對污染源進行綜合查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、趨勢分析、專題分析、數(shù)據(jù)瀏覽、報告生成等操作。同時，輔助環(huán)保業(yè)務(wù)部門對區(qū)域內(nèi)的污染源監(jiān)控設(shè)備進行狀態(tài)評估和健康管理，準確掌握區(qū)域內(nèi)污染物排放量及趨勢變化。目前，多個軟件系統(tǒng)已經(jīng)打破原有信息孤島的局面，實現(xiàn)橫向貫通。

2 環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)存在的問題

從20世紀末期開始，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就開始在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用。2007年，國家財政部會同其他有關(guān)部門，頒布了多項財稅政策和制度方法，初步形成了財稅政策體系以支持節(jié)能減排，并下?lián)軐ｍ椯Y金用于節(jié)能減排體系的建設(shè)，在全國范圍內(nèi)遴選出重點排污企業(yè)，并為之配套在線監(jiān)控設(shè)備，建成覆蓋國家、省、市3級監(jiān)控中心和污染物排放監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；在“十二五”規(guī)劃中，對COD、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等污染源約束指標進行了明確規(guī)定，同時制定了量化的節(jié)能減排目標，用于進一步的指導和規(guī)范節(jié)能減排工作。借助于以上措施，保障了環(huán)保監(jiān)控體系信息化建設(shè)，同時，在全國范圍內(nèi)也初步形成了環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系。但是，由于技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱等各方面原因，與發(fā)達國家相比，我國環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用還處于初級階段，很多方面很不成熟，存在的主要問題有以下幾個方面。

2.1 前端感知方面

目前，市場上已經(jīng)應(yīng)用的在線監(jiān)控設(shè)備、智能感知設(shè)備和數(shù)采儀技術(shù)含量低，功能單一，測量精度難以保證，可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和智能化程度等有待提高和改善。

2.2 支撐平臺方面

很多在信息領(lǐng)域或工業(yè)上已經(jīng)得到大量應(yīng)用的成熟IT技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用還不是很普及，而且由于行業(yè)限制以及重業(yè)務(wù)輕管理的思維方式，使得新的IT技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的更新速度較為緩慢，例如目前對社會各界廣泛關(guān)注的PM2.5的監(jiān)測，幾乎沒有成熟的分析、預(yù)測模型，使得預(yù)報的精度難以保證，大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段也僅僅停留在概念階段。

2.3 上層應(yīng)用方面

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)是復雜系統(tǒng)，需要將信息技術(shù)與環(huán)保業(yè)務(wù)密切結(jié)合，而當前一個非常突出的問題是由于歷史原因，不同的環(huán)保管理部門各自上了大量獨立的軟件系統(tǒng)，由于沒有統(tǒng)一的規(guī)范或者標準，而且這些系統(tǒng)是不同的公司、不同時期的產(chǎn)物，無法橫向貫通，導致信息孤島現(xiàn)象嚴重，不僅造成資源和成本的浪費，更與其他已有系統(tǒng)難于融合協(xié)作，信息共享困難。

2.4 人才培養(yǎng)方面

由于環(huán)保領(lǐng)域工作人員的專業(yè)限制，缺少既懂環(huán)保又懂信息技術(shù)的人才來統(tǒng)籌和推動環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的頂層設(shè)計與具體實施，而從事信息技術(shù)的開發(fā)人員，由于環(huán)保專業(yè)知識的欠缺，又很難確切理解環(huán)保的業(yè)務(wù)需求，從而阻礙了新技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.5 國家政策法規(guī)層面

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，離不開國家法律法規(guī)的進一步完善，政策指令的進一步引導，以及各方資金的持續(xù)投入，以形成良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語

縱觀全球，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方興未艾，國外已經(jīng)有了很多具體的應(yīng)用案例，在污染防治、生態(tài)保護等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。而在我國，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)還未大量運用的主要原因是由于物聯(lián)網(wǎng)自身的理論、技術(shù)還不夠完善，暫時還無法真正體現(xiàn)出新技術(shù)對于環(huán)保工作的顛覆性促進作用，但相信隨著科技人員的不懈努力，物聯(lián)網(wǎng)各項技術(shù)的日趨完善，大量成熟的產(chǎn)品和應(yīng)用將越來越多地出現(xiàn)，同時也將環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)在我國的應(yīng)用推向新的高度。

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