環(huán)境檢測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用探討

張莉莉，郭 林，陳樟森，閆家寧

（1.浙江質(zhì)環(huán)檢測技術(shù)研究有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江求實環(huán)境監(jiān)測有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江省輕工業(yè)品質(zhì)量檢驗研究院，浙江 杭州 310000）

0 引言

環(huán)境作為人們賴以生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，當(dāng)前各地仍存在環(huán)境污染現(xiàn)象，檢測環(huán)境，以此基礎(chǔ)治理環(huán)境對生態(tài)環(huán)境文明建設(shè)具有重要意義。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為環(huán)境檢測工作的技術(shù)支持，能夠?qū)嵤┇@取目標(biāo)信息并傳遞至應(yīng)用平臺，相較于以往的環(huán)境檢測程序，流程簡化，效率提高，為科學(xué)的環(huán)境檢測措施、污染預(yù)防和治理工作提供有利條件。

1 探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境檢測中的具體應(yīng)用

1.1 水質(zhì)檢測應(yīng)用

社會發(fā)展進(jìn)程的加快推動工業(yè)化程度加深，污染排放量日益加大，外加一些地區(qū)生活污水的亂排亂放，在得不到有效治理的情況下，水體污染現(xiàn)象產(chǎn)出，比如湖泊水體、地下水污染，水體環(huán)境保護(hù)迫在眉睫。通過在水質(zhì)檢測工作中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠有效提高檢測工作的網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，依托于自動化、智能化技術(shù)擴(kuò)大水質(zhì)檢測范圍，實現(xiàn)對水體質(zhì)量的及時、準(zhǔn)確、有效控制。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實際應(yīng)用過程中：首先要對水質(zhì)檢測范圍進(jìn)行確定，根據(jù)范圍要求科學(xué)部署物聯(lián)網(wǎng)傳感器設(shè)備，銜接好傳感器設(shè)備和現(xiàn)有的水質(zhì)檢測系統(tǒng)，以此實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的傳遞與共享，及時開展檢測數(shù)據(jù)分析工作。其次要結(jié)合原有檢測系統(tǒng)情況，以此為基礎(chǔ)控制智能傳感器安裝數(shù)量、具體位置，將檢測重點落在水質(zhì)酸堿度、泥沙含量、水質(zhì)渾濁程度三方面，依托于完善的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)實現(xiàn)信息的互通和轉(zhuǎn)化[1]。其中，運用于環(huán)境檢測中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于環(huán)境檢測的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

1.2 大氣表層檢測應(yīng)用

大氣表層的檢測工作仍是依靠智能傳感器的安裝使用實現(xiàn)的，但是大氣污染作為當(dāng)前主要的環(huán)境問題，技術(shù)應(yīng)用過程中需要落實針對性設(shè)備部署方案，從而保證技術(shù)應(yīng)用有效。從當(dāng)前檢測需求來看，大氣表層檢測包括較多內(nèi)容，主要有二氧化氮、一氧化碳和二氧化硫含量，通過以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強與智能傳感器的連接，能夠根據(jù)檢測內(nèi)容的具體指數(shù)判斷大氣是否存在污染、污染情況嚴(yán)重程度、具體污染成分等，從而科學(xué)制定大氣環(huán)境改善方案，提高當(dāng)?shù)卮髿赓|(zhì)量。為實現(xiàn)對大氣質(zhì)量的準(zhǔn)確檢測，盡量將智能傳感器設(shè)備安裝在人流量較大、人流較為密集的地區(qū)，從而加強對大氣質(zhì)量的掌握，保護(hù)好人們的生存環(huán)境[2]。

1.3 聲環(huán)境檢測應(yīng)用

噪聲作為當(dāng)前的常見污染之一，為維護(hù)舒適的生活環(huán)境，可以將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行有機結(jié)合，以此實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)聲音的檢測，促進(jìn)宜居環(huán)境的建設(shè)與形成。在技術(shù)實際應(yīng)用過程中，主要應(yīng)用原理是通過智能傳感器收集環(huán)境噪音，依托于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)將其傳遞到相應(yīng)平臺，利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)對采集到的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果落實級別響應(yīng)。在移動智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和普及應(yīng)用下，還可以結(jié)合移動智能端，將監(jiān)控信息發(fā)送至多種客戶端中，信息內(nèi)容包括噪音視頻、噪音位置等，實現(xiàn)對噪聲污染源位置的準(zhǔn)確定位，直觀檢測噪音來源，促進(jìn)聲控整改方案的合理優(yōu)化。

1.4 重金屬檢測應(yīng)用

工業(yè)的發(fā)展使得重金屬污染問題日益突出，現(xiàn)已成為環(huán)境檢測、治理中的重要組成部分。在將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境中的重金屬檢測方面時，主要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對檢測流程、效果進(jìn)行強化，相較于其他污染類型，重金屬污染持續(xù)時間長，較難實現(xiàn)根本上消除，所以重金屬檢測是重金屬污染防治中的重要預(yù)防手段。在技術(shù)實際應(yīng)用過程中，相關(guān)工作人員可以使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)合理采集樣本并化驗，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)化驗結(jié)果的快速傳輸，使污染地區(qū)能夠根據(jù)具體結(jié)果及時制定解決措施，盡可能的避免重金屬污染的發(fā)生。

1.5 海洋檢測應(yīng)用

海洋占據(jù)地球總面積70%左右，所以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境檢測中，與水質(zhì)檢測不同，檢測工作不僅要注重海洋整體水質(zhì)情況，還要分析海洋組成物質(zhì)，從而通過精準(zhǔn)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)為海洋環(huán)境保護(hù)措施的制定提供支持。在技術(shù)實際應(yīng)用中，主要借用海洋區(qū)域現(xiàn)有的無線傳感器采集海洋中的營養(yǎng)鹽含量，然后結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高效、安全、準(zhǔn)確傳輸所采集到的數(shù)據(jù)信息，以此實現(xiàn)海洋環(huán)境檢測數(shù)據(jù)的快速上報。其中，無論是海洋環(huán)境檢測還是上述環(huán)境檢測，其均運用了感知控制層模型，物聯(lián)網(wǎng)分為應(yīng)用層、傳輸層和感知層，其中，感知層采用模塊化設(shè)計思路，其整合的技術(shù)模塊和模型如圖2 所示。

圖2 感知層控制模型

相較于其他環(huán)境部分的檢測，海洋環(huán)境檢測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的主要作用是加強不同海洋區(qū)域傳感器之間的連接，所以在實際檢測中，利用現(xiàn)有傳感器的同時也要掌握好此類設(shè)備的安裝高度，以此提高海洋數(shù)據(jù)檢測結(jié)果可靠性、準(zhǔn)確性。

2 研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用不足

從技術(shù)發(fā)展和環(huán)境檢測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其應(yīng)用不足主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）技術(shù)應(yīng)用范圍仍需擴(kuò)大。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對水質(zhì)、海洋、大氣表層等環(huán)境組成進(jìn)行檢測，但并不能檢測所有環(huán)境類型，應(yīng)用最多的仍是水質(zhì)、大氣，相較于生物資源、土壤資源檢測，由于技術(shù)限制性，無法實現(xiàn)空間與設(shè)備的相應(yīng)接入，所以導(dǎo)致技術(shù)發(fā)揮范圍有限。不僅如此，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用過程中，主要使用的設(shè)備是傳感器、檢測儀器和互聯(lián)網(wǎng)等，然而傳感器感知功能仍有較大發(fā)展空間，換言之，目前傳感器發(fā)展階段無法對各種環(huán)境下的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢測，在遇到一些情況較為特殊和復(fù)雜的環(huán)境時，相對單一的感知器功能無法檢測污染物，這導(dǎo)致最終的檢測結(jié)果也難以為針對性環(huán)境整改方案提供建議支持。

（2）環(huán)境檢測體系仍需完善。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能化、自動化水平較高，隨著該技術(shù)在環(huán)境檢測工作中的融合層次日益深入，以往的環(huán)境檢測體系并未根據(jù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮有限。除此之外，環(huán)境檢測體系仍更加注重人的作業(yè)，尤其是在環(huán)境信息采集方面，缺乏人工與技術(shù)的有機融合，不僅需要耗費大量各類資源成本，還無法為環(huán)境信息檢測效率、結(jié)果提供保障。

（3）技術(shù)穩(wěn)定性亟需提高。從技術(shù)應(yīng)用原理出發(fā)，技術(shù)作用發(fā)揮主要通過設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接，在二者連接過程中，依托于射頻波段發(fā)射實現(xiàn)信息傳輸。然而在傳輸過程中，其受到的影響因素較多，比如電磁波、金屬環(huán)境等，所以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境檢測中的穩(wěn)定性較差[3]。

3 分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境檢測中的優(yōu)化運用策略

3.1 加大力度研發(fā)技術(shù)設(shè)備，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍

環(huán)境檢測內(nèi)容本就具有復(fù)雜、豐富的特點，當(dāng)前檢測內(nèi)容仍是不完善的，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)檢測方面，檢測內(nèi)容較為片面，缺少環(huán)境污染復(fù)雜性等其他環(huán)境內(nèi)容的檢測。因此，相關(guān)機構(gòu)和組織部門應(yīng)加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配套設(shè)備的研發(fā)力度，并搭建更為先進(jìn)的檢測系統(tǒng)，將該技術(shù)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，并提高其檢測深度。比如在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，除了土壤、水分等環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測，還可以向農(nóng)藥污染、垃圾產(chǎn)生等方面深入、延伸，以此擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。比如，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計環(huán)境檢測和控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集、檢測的基礎(chǔ)上結(jié)合參數(shù)控制，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三大層次設(shè)計智慧檢測系統(tǒng)。比如，感知控制層主要依托于智能采集設(shè)備對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，網(wǎng)絡(luò)傳輸層則以5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的高效傳輸，應(yīng)用層主要結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對采集到的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理和應(yīng)用，以此提高物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境檢測系統(tǒng)智能化水平，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、傳輸、遠(yuǎn)程控制等功能的整合，真實反映環(huán)境情況，便于相關(guān)工作開展。

3.2 基于技術(shù)運用與進(jìn)步落實完善環(huán)境檢測體系

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展是環(huán)境檢測工作優(yōu)化的重要基礎(chǔ)，而環(huán)境檢測系統(tǒng)作為各項工作開展的重要依據(jù)，應(yīng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合深度對環(huán)境檢測體系進(jìn)行調(diào)整和完善，使其與技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展相匹配。具體而言，在對環(huán)境檢測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時，應(yīng)加入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境檢測中的相關(guān)準(zhǔn)則與要求，一方面實現(xiàn)工作中對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)管理，另一方面約束人員工作行為，提高環(huán)境檢測效率。除此之外，圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實際應(yīng)用場景落實相應(yīng)的環(huán)境管理體系，加強系統(tǒng)的互通性和統(tǒng)一性建設(shè)，使不同環(huán)境、區(qū)域的檢測數(shù)據(jù)得以無障礙流通、交互，促進(jìn)環(huán)境治理工作的統(tǒng)籌開展。另外，正確認(rèn)識到環(huán)境檢測工作的復(fù)雜性和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性，相關(guān)部門應(yīng)針對環(huán)境檢測需要不斷優(yōu)化體系管理標(biāo)準(zhǔn)，切實提高環(huán)境檢測技術(shù)含量。其中，在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)合理參考、借鑒國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并加強各個地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的統(tǒng)一性，依托于統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和體系確保各地區(qū)電子終端設(shè)備充分發(fā)揮作用，使其協(xié)調(diào)運作。另外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用范圍擴(kuò)大是必然趨勢，雖然目前正在探索、研究階段，但仍要根據(jù)范圍具體擴(kuò)大情況豐富檢測內(nèi)容，比如垃圾場檢測、城市環(huán)境檢測等，依托于完善生態(tài)檢測系統(tǒng)的形成提高環(huán)境檢測質(zhì)量[4]。

3.3 加強技術(shù)實踐，提高穩(wěn)定性

為使得到的環(huán)境檢測信息能夠?qū)ξ覈h(huán)境變化情況、當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)、完整描述，應(yīng)加強物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實踐，針對信息傳輸過程中較差的穩(wěn)定性落實相應(yīng)優(yōu)化措施。具體而言，改革現(xiàn)有的信息傳輸方式，不斷整合人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)，將其作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用后盾，尤其是信息采集過程中傳感器的感知功能，應(yīng)不斷提高其智慧化水平，使此類設(shè)備性能不斷提升，減少技術(shù)使用干擾。另外，為強化環(huán)境信息采集的時效性、綜合全面性，還應(yīng)圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建技術(shù)信息交流平臺，進(jìn)一步為環(huán)境檢測工作提供數(shù)據(jù)保障。除了體系的構(gòu)建，在相關(guān)設(shè)備、技術(shù)研發(fā)過程中，還可以通過電子標(biāo)簽、傳感器設(shè)備安裝位置的調(diào)整，盡量降低其他波段對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸干擾，比如電子標(biāo)簽、讀取器等安裝在距離噪聲源較遠(yuǎn)的地點，若是距離無法滿足，那么可以進(jìn)行隔離帶的設(shè)置，實現(xiàn)干擾源和傳感器設(shè)備的有效分離，同時加強人為干擾管理，進(jìn)而從多個角度和方面提高環(huán)境檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在加強技術(shù)實踐方面，還應(yīng)根據(jù)具體污染物落實相應(yīng)的環(huán)境檢測、監(jiān)控方案，比如開展大氣表層檢測工作時，可以同時落實多種檢測技術(shù)，根據(jù)目標(biāo)成分多少科學(xué)確定射頻電子設(shè)備的部署數(shù)量與位置，并落實差異化污染預(yù)警策略等，從而加大環(huán)境檢測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用深度，為工作提供更為全面的技術(shù)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)前環(huán)境檢測工作開展的重要技術(shù)基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于大氣表層、水質(zhì)、聲環(huán)境、海洋環(huán)境等方面。為提高技術(shù)效果，應(yīng)加強技術(shù)實踐，結(jié)合國際發(fā)展現(xiàn)狀優(yōu)化環(huán)境檢測技術(shù)體系，優(yōu)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，從而提高檢測質(zhì)量。