我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)問題與解決措施

周 覓，楊 夕，張明慧

（1.杭州天量檢測科技有限公司，杭州 311202；2.三捷環(huán)境工程咨詢（杭州）有限公司，杭州 310012）

我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)問題與解決措施

周 覓1，楊 夕2，張明慧1

（1.杭州天量檢測科技有限公司，杭州 311202；2.三捷環(huán)境工程咨詢（杭州）有限公司，杭州 310012）

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的重要手段，對于維持生態(tài)平衡、提高環(huán)境質(zhì)量具有重要作用。本文主要分析了環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的概況以及我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的不足，闡述了環(huán)境監(jiān)測技術(shù)問題的解決措施，最后總結(jié)了環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的重要性，旨在完善我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，提高環(huán)境監(jiān)測技術(shù)水平，為我國的環(huán)境保護(hù)提供保障。

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)；不足；環(huán)境保護(hù)

1 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)概況

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中具有重要的作用和意義，下面主要從概念、重要性以及監(jiān)測對象等方面對其進(jìn)行介紹。

1.1 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的概念

所謂的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，指的是在研究和評估相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息的前提下，對環(huán)境的污染源和污染趨勢進(jìn)行分析和探索，并全面、準(zhǔn)確、客觀地闡釋環(huán)境污染的程度、范圍及其影響，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境污染情況的全面和真實(shí)的展示[1]。

1.2 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的重要性

首先，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是我國環(huán)境保護(hù)中的重要監(jiān)測手段，是實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的第一步，也是后續(xù)環(huán)境保護(hù)措施能有效實(shí)施的基礎(chǔ)；其次，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)能夠?yàn)榄h(huán)境保護(hù)提供理論來源，是我國防治環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié)，在協(xié)調(diào)人與自然的矛盾上也發(fā)揮著不可替代的作用；最后，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是在我國相關(guān)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上開展監(jiān)測工作的依據(jù)，是踐行環(huán)境保護(hù)法的重要途徑。

1.3 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的對象

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的對象從污染的載體來分，可以分為水污染監(jiān)測、大氣污染監(jiān)測、固體污染監(jiān)測以及生物污染監(jiān)測等方面[2]。

2 我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中的不足

我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的不足主要表現(xiàn)在以下方面，分別是環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的硬件設(shè)施、資源配置、設(shè)備管理和人員素質(zhì)。

2.1 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的硬件設(shè)備較落后

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的硬件設(shè)備至關(guān)重要，但是目前我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)設(shè)備還無法與發(fā)達(dá)國家的設(shè)備媲美，仍然存在一些落后的情況。據(jù)調(diào)查，我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的排名僅僅在全球的前二十范圍內(nèi)，與發(fā)達(dá)國家的差距仍然較大。我國的環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室中，有將近30%的實(shí)驗(yàn)室還沒有達(dá)到資質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此環(huán)境監(jiān)測技術(shù)在我國還沒有得到廣泛的應(yīng)用[3]。此外，大概有50%的監(jiān)測站在實(shí)際工作中，沒有定時(shí)進(jìn)行維護(hù)，導(dǎo)致設(shè)備的故障率大大提高，器械設(shè)備中的問題長期得不到解決，對我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)展極其不利。

2.2 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的資源配置不合理

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的資源配置不合理主要包括兩個(gè)方面：一是人力資源的匱乏，二是硬件設(shè)備的配置不合理。專業(yè)的人才資源能夠?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測技術(shù)提供人力保障，是環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。因此，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)對人員的技術(shù)水平和專業(yè)性具有較高的要求。但是，我國技術(shù)水平高、專業(yè)能力強(qiáng)的技術(shù)人員嚴(yán)重缺乏，不能夠適應(yīng)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展需要，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)還不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和要求。設(shè)備是環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)，但我國的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備較為落后，相關(guān)的制度落實(shí)不到位，其中的設(shè)備采購流程混亂，設(shè)備沒有進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析就投入使用，人們對其性能不夠了解，因此設(shè)備在使用過程中發(fā)生故障的概率增加。

2.3 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的設(shè)備管理體系不完善

要想讓環(huán)境監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)充分利用，首先要具備良好的監(jiān)測技術(shù)設(shè)備。環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的有效應(yīng)用離不開對設(shè)備的高要求，而環(huán)境監(jiān)測技術(shù)設(shè)備的良好性能對我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)來說意義重大，能夠促進(jìn)我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。但是，目前我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)設(shè)備的管理工作不到位，相應(yīng)的管理制度和條例不夠完善，造成大量監(jiān)測設(shè)備沒有真正落實(shí)到工作中，造成大量監(jiān)測設(shè)備的浪費(fèi)。另外，人們沒有對監(jiān)測設(shè)備的使用進(jìn)行明確規(guī)定和說明，造成約70%的設(shè)備在使用中會出現(xiàn)故障。員工的保護(hù)觀念不強(qiáng)，導(dǎo)致設(shè)備在使用中得不到合理的維護(hù)和保養(yǎng)，老化和故障的情況嚴(yán)重，嚴(yán)重影響監(jiān)測工作的正常進(jìn)行，對環(huán)境的情況不能做出正確合理的分析，無法確保環(huán)境得到有效控制，環(huán)境問題也不能得到合理的解決[4]。

2.4 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的技術(shù)人員素質(zhì)不夠高

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)不僅對設(shè)備、材料等有高要求和高標(biāo)準(zhǔn)，對于技術(shù)人員的專業(yè)能力也非常重視，技術(shù)人員的能力大小直接影響到環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的水平高低。目前，我國環(huán)境檢測技術(shù)人員的綜合素質(zhì)普遍偏低，據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大概有60%的技術(shù)人員沒有接受過專業(yè)和系統(tǒng)的培訓(xùn)，再加之人們對技術(shù)人員教育培訓(xùn)的重視程度不夠，導(dǎo)致沒有完善的培訓(xùn)機(jī)制和交流空間。因此，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的工作人員無法就工作中的難點(diǎn)和困難進(jìn)行交流，沒有相應(yīng)的培訓(xùn)制度，工作人員的專業(yè)能力得不到提升，停留在原來的技術(shù)水平上，無法適應(yīng)日新月異的社會發(fā)展的需求和環(huán)境保護(hù)的需要，對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。

3 解決環(huán)境監(jiān)測技術(shù)問題的措施

針對環(huán)境監(jiān)測中的不足，本文在無線傳感器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并提出一種無線環(huán)境監(jiān)測的系統(tǒng)。這種環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠快速、方便地進(jìn)行部署，操作簡單，采集的數(shù)據(jù)量大，準(zhǔn)確度高，并且用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)直接訪問服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的更新、監(jiān)聽和顯示等功能。

3.1 全新的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)概況

3.1.1 無線環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

這種全新的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)包括傳感器和環(huán)境數(shù)據(jù)采集站的監(jiān)測，傳感器主要負(fù)責(zé)監(jiān)測范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)參數(shù)的收集，然后由終端將已采信息傳遞回中心[5]；環(huán)境參數(shù)采集站的監(jiān)測主要負(fù)責(zé)信息的存儲和傳輸，同時(shí)需要向監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和流程如圖1所示。

3.1.2 無線環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

系統(tǒng)中的傳感器所有節(jié)點(diǎn)，自發(fā)形成無線環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，一是終端節(jié)點(diǎn)，二是中間節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)的信息先傳輸?shù)街虚g節(jié)點(diǎn)，然后由中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，再傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集站[6]。此外，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用中間節(jié)點(diǎn)，發(fā)送指令到終端節(jié)點(diǎn)，讓監(jiān)測中心和終端節(jié)點(diǎn)通過中間節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)良好的通信，其示意圖如圖2所示。

3.1.3 環(huán)境監(jiān)測的終端節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)

環(huán)境監(jiān)測的終端節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，終端節(jié)點(diǎn)中的微控制器能耗低，操作系統(tǒng)為最新系統(tǒng)，傳感器分為光強(qiáng)度和溫濕度兩種類型，無線收發(fā)器的芯片的工作頻率為2.4 GHz[7]，電源采用的是能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化為直流電的模塊，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示；而中間節(jié)點(diǎn)中沒有的結(jié)構(gòu)是傳感器，其他結(jié)構(gòu)與終端節(jié)點(diǎn)是完全一樣的，如圖4所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

圖2 無線環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

圖3 終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖4 中間節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

3.1.4 中心匯聚節(jié)點(diǎn)

中心匯聚節(jié)點(diǎn)主要利用無線的優(yōu)勢，和整個(gè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系，然后借助串口，和無線傳感器的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。

3.2 軟件的設(shè)計(jì)

無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是針對軟件的接口裝置和遠(yuǎn)程管理軟件，在接口裝置的設(shè)計(jì)中，先要設(shè)計(jì)無線傳感器的驅(qū)動程序，然后需要對應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)置，而遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對數(shù)據(jù)庫和管理軟件進(jìn)行分析和設(shè)置。

3.2.1 接口裝置

（1）驅(qū)動程序。為了確保傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)正常的運(yùn)行和工作，先要將中央處理器的接口、內(nèi)部寄存器等初始化，這一操作通常通過宏函數(shù)的方式進(jìn)行，內(nèi)部寄存器的設(shè)置如表1所示[8]。

表1 內(nèi)部寄存器的設(shè)置

初始化之后，可通過無線傳感器，并借助已經(jīng)編寫完整的應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和采集，其流程如圖5所示。

（2）應(yīng)用程序。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，運(yùn)用局域網(wǎng)協(xié)議技術(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，并對操作系統(tǒng)的消息報(bào)文格式進(jìn)行研究，其數(shù)據(jù)包如表2、表3所示。

3.2.2 遠(yuǎn)程管理

（1）數(shù)據(jù)庫。本文通過建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，并建立相應(yīng)的信息表，便于用戶查看監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)，以及各種設(shè)備在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的工作狀態(tài)，然后根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的實(shí)際情況對環(huán)境做出妥善的處理，同時(shí)對溫濕度、光強(qiáng)度等方面進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。此外，用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器查看采集的信息數(shù)據(jù)[9]。相關(guān)的信息表包括節(jié)點(diǎn)、用戶、設(shè)備、環(huán)境參數(shù)的采集等信息表，分別如表4、表5、表6、表7所示。

圖5 數(shù)據(jù)信息的收（左）發(fā)（右）

表2 操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式

表3 操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包頭部

表4 用戶信息表

表5 節(jié)點(diǎn)信息表

表6 環(huán)境數(shù)據(jù)采集信息表

表7 設(shè)備信息表

（2）系統(tǒng)管理軟件。首先，遠(yuǎn)程管理中，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)管理軟件是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的平臺，用戶可以通過這個(gè)平臺，查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)監(jiān)測信息和數(shù)據(jù)，并分析和查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，然后由管理系統(tǒng)發(fā)送指令到監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的運(yùn)作。服務(wù)器界面中的內(nèi)容主要有登陸設(shè)置、主頁、環(huán)境數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)查詢?nèi)肟凇⒐?jié)點(diǎn)管理、設(shè)備管理等。

其次，在遠(yuǎn)程管理中，系統(tǒng)管理軟件的主要功能是對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和控制，其流程如圖6、圖7所示。圖6中，按照流程需要先對串口進(jìn)行設(shè)置，然后打開串口，重復(fù)操作，直到成功，串口是為了讓程序能夠正常運(yùn)作。圖7中，為了讓程序軟件能夠正常發(fā)送指令，要先設(shè)置好程序的相關(guān)流程，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，同意發(fā)送指令，直到發(fā)布成功的信息反饋回來，否則顯示控制失敗[10]。

此外，服務(wù)器界面中設(shè)備狀態(tài)的查詢是一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，主要展示所監(jiān)測范圍內(nèi)的設(shè)備運(yùn)作情況，并對環(huán)境數(shù)據(jù)的相關(guān)信息進(jìn)行檢查。在系統(tǒng)的監(jiān)測范圍內(nèi)，一臺設(shè)備與一定數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測相聯(lián)系，負(fù)責(zé)該傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測，并對環(huán)境的保護(hù)起到一定作用，滿足用戶查詢環(huán)境數(shù)據(jù)的要求。

圖6 系統(tǒng)管理軟件的數(shù)據(jù)接收（左圖）

圖7 系統(tǒng)管理軟件的指令發(fā)送（右圖）

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過驗(yàn)證來檢查該無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的性能。本文通過傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，測試該無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

3.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

先設(shè)置溫濕度無線傳感器的中間節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測節(jié)點(diǎn)等，然后由各個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)形成無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，再把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街虚g節(jié)點(diǎn)的位置。

3.3.2 監(jiān)測系統(tǒng)功能的測試

監(jiān)測系統(tǒng)功能的測試，主要有兩個(gè)部分，一是控制功能，二是實(shí)時(shí)監(jiān)測功能[11]。通過監(jiān)測節(jié)點(diǎn)建立的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將監(jiān)測的信息以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送到中間節(jié)點(diǎn)，然后中間節(jié)點(diǎn)將收到的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)，最后由中心節(jié)點(diǎn)從串口將信息和數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測中心。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通過局域網(wǎng)協(xié)議把采集到的環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)，然后中心節(jié)點(diǎn)從串口位置將收到的參數(shù)發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)上，從而在監(jiān)控主機(jī)上將這些數(shù)據(jù)完整地呈現(xiàn)出來，便于用戶清晰、明了地獲得監(jiān)測范圍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和信息。

4 結(jié)語

綜上所述，在市場經(jīng)濟(jì)的作用下，我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，但是仍然存在一些不足，需要完善。我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的設(shè)備落后、工作人員綜合素質(zhì)不高、管理制度不夠完善，因此必須積極采取有效的措施，對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中存在的問題進(jìn)行解決，從而推動我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。為此，有必要完善相關(guān)的管理制度、創(chuàng)新環(huán)境監(jiān)測技術(shù)設(shè)備和硬件設(shè)施、提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，確保環(huán)境監(jiān)測技術(shù)能夠適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的需要，從而維持生態(tài)平衡，促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)增長。

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Technical Problems and Solutions of Environmental Monitoring in China

Zhou Mi1, Yang Xi2, Zhang Minghui1
(1.Hangzhou Tianliang Detection Technology Co., Ltd., Hangzhou 311202, China;2.Sanjie Environmental Engineering Consultation(Hangzhou) Co., Ltd., Hangzhou 310012, China)

The Environmental monitoring technology is an important means of environmental protection, and plays an important role in maintaining the ecological balance and improving the quality of the environment. This paper mainly analyzes the general situation of environmental monitoring technology and the lack of environmental monitoring technology in China, expounds the technical measures to solve the problems of environmental monitoring, and finally summarizes the importance of environmental monitoring technology, to improve the environmental monitoring technology in China, improve the technical level of environmental monitoring, to provide protection for environmental protection in china.

environmental monitoring technology; inadequate; environmental protection

X830

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1008-9500(2017)06-0082-05

2017-05-13

周覓（1983-），女，四川宜賓人，碩士研究生，工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。