物联网在环境监测和保护中的应用研究

物联网在环境监测和保护中的应用研究

省、自治区、直辖市，6个环保督查中心和333个地级市部署的国控污染源在线监控系统，该系统是物联网在环保领域的规模建设和行业级实践。第三梯次，也就是未来发展将通过投资、考核和创新，按照物联网的体系结构，重新梳理环境在线监控和环保信息化，把物联网最新技术用到环境在线监控中，建立运维体系，实现三级数据贯通。

物联网可以广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾检测、水质监测、排污水监控、降水监测、大气监测、电磁辐射监测、噪声监测、森林植被防护、土壤监测、生物种群监测、地质灾害监测等。

3.1大气监测

对大气的监测一般可采用固定在线监测、流动采样监测等方式，可在污染源安装固定在线监测仪表，在监控范围内按网格形式布置有毒、有害气体传感器，人群密集或敏感地区布置相应的传感器。这样，一但某地区大气发生异常变化，传感器就会通过传感节点将数据上报至传感网，直至应用层的“云计算”，根据事先制定的应急方案进行处理；对于污染单位的排放超标，物联网可实现同步通知环保执法单位、污染单位，同时将证据同步保存到物联网中，从而可避免先污染后处理的情况。

3.2水质监测

对水质监测包含饮用水质监测和水质污染监测两种。饮用水源监测是在水源地布置各种传感器、视频监视等传感设备，将水源地基本情况、水质的PH值等指标实时传至环保物联网，实现实时监测和预警；而水质污染监测是在各单位污染排放口安装水质自动分析仪表和视频监控，对排污单位排放的污水水质中的BOD5、CODer、氨氮、流量等进行实时监控，并同步到排污单位、中央控制中心、环境执法人员的终端上，以便有效防止过度排放或重大污染事故的发生。

3.3污水处理监测

西安市目前已经建设有两个污水处理厂。但对于污水的进水监测和出水监测大多还是依靠工作人员在入水口和出水口定时采样进行化验，不但费时、费力，而且对于进出水质的监测不是持续在线监测，使处理厂水处理设备不能达到最经济的运行状态。在污水处理厂的入水口和出水口设置多种传感设备，可实现对进水水质和出水水质、流速、流量等持续的监测。

从技术发展方向看，还可同时在污水处理的各个环节增加视频监控和各种传感设备及污水处理设备的自控设备，构建多个传感网节点，控制各污水处理流程中的水质，若水质不在预设的控制范围内，传感网节点便可根据处理的数据发送控制信号给污水处理设备的自控设备，以调整各污水处理设备的运行状态，使污水处理设备始终处于最经济的运行状态，同时也减少了工作人员的编制。

构建环境保护物联网的各种应用领域，最主要的是选择适合的传感器，依托最优的无线传输技术形成传感网，根据对数据安全性的要求通过预定的网关接人网络层，并将数据传输到应用层的“云储存”。

4环保物联网发展面临的问题

4.1关键技术制约物联网发展

在物联网中，传感器技术、无线传输技术、云计算等关键技术还需要再次突破。如传感器的灵敏度和准确度问题就可能使预警产生误动作；传感网的低速率问题涉及到大规模布置节点和终端所需要的路由和地址资源；目前物联网的网络层是多运营商、多种通信制式、多网络并存的环境，网络的业务模型、上下行速率支持、通信网资源配置等都难以达成一个统一的传输平台；云计算的关键技术突破，对于各种应用领域的建模、数据处理、数据存储安全也有很大的影响。

4.2技术标准体系不统一

物联网的感知层、网络层、应用层都存在标准化组织，而国标标准化组织之间缺乏协调，又使物联网各结构层涉及的技术标准不统一。国内也未形成统一的标准，在2010年中国物联网大会上，国内三大运营商分别展示了各自的物联网解决方案。表l所列为是几个主要标准组织对物联网关健技术标准的关注角度和关注内容。

4.3安全性和可靠性制约物联网的进一步推广

在物联网中，感知层的传感网组网相对简单，传感器体积小，功耗有一定的限制，数据加密强度弱；网络层中由于病毒、黑客、网络自身漏洞等原因会使用数据的安全受到威协；应用层由于数据的共享也使得使用数据的安全性进一步下降。物联网构件多层面相互间协同运作的整体安全性和可靠性、安全接人控制系统设计、基于可信平台的安全模块及其提供的可信度量和评估机制、加密技术等，已成为物联网发展中的拦路虎。

在环保物联网中，感知层的传感器大多处理环境恶劣的地方，会有化学物质的腐蚀等，而个别不法分子的破坏，也会对传感器的可靠性要求增高，因此，感知层应能适应各种恶劣的应用环境。

4.4应用与产业化问题

在现阶段，环境保护的物联网应用规模领域还比较小，还形成不了成熟的商业模式，另一方面，也不利于市场的培育，因此，未来要选择重点领域和重点工程，积极引导面向环境保护的物联网行业示范应用，扩大应用规模，积累技术发展、产业应用、经营管理、政策实施等方面的经验。同时，当前我国面向环境保护的物联网产业链也尚未成熟，仍然面临着巨大挑战。首先是产业链各环节尚未形成共赢商业模式，各环节之间协同能力较差；其次是产业链环节较长，复杂度高，导致整体成本很难降低；最后，产业链各环节企业相对分散，规模小，尤其是服务环节。因此，面向环境保护的物联网未来发展，沿需要产业链的共同努力，只有在芯片商、传感设备商、系统解决方案厂商、移动运营商等上下游厂商的通力配合下，才能实现上下游的联动，从而带动整个产业链，共同推动面向环境保护的物联网的发展。

5结论

我国基于物联网的解决方案虽然在环境保护中得到了初步的应用，但仍存在标准不统一、系统规模小、设备成熟度低、信息处理平台不完善等问题。传统的坏境保护方式必将由环境保护的物联网所替代。现阶段我国对于运用物联网来保护环境的发展已经具有一定的技术储备，同时也有相当的应用和产业化基础，但是，总体而言，仍处于起步阶段，在关键技术、标准体系、应用和产业化方面仍存在着一些亟待解决的问题，这些问题的解决需要政府、企业、科研部门以及各个行业的共同努力。但是，利用物联网来保护环境是一个持续长效的工程，也是一个利国利民的工程，我们坚信，在各方力量的不懈努力下，我们必将构建出远大宏伟的、面向环境保护的物联网，使其施惠于国，惠利于民。