物联网在环境领域中的应用

物联网在环境保护领域中的应用

计算机科学与技术学院，宁钊 090601111

摘要

物联网的发展如火如荼，作为新兴高技术产业的重要组成部分，物联网技术广泛应用于各行各业。本文介绍物联网在环境保护领域的应用，对现阶段面向环境保护的物联网的网络结构、技术现状、应用和产业现状以及发展中的若干问题进行分析，同时对面向环境保护的物联网的发展前景进行探讨，着重阐述技术、应用及产业化发展方向。

1.引言

近年来，物联网的发展受到广泛关注。物联网(Internet of Things，IOT)概念最早于1999年由美国麻省理工学院提出，目前业界并没有明确统一的定义。早期的物联网是指依托射频识别(RFID)技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化现阶段，物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的各种信息传感设备，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与物物与物之间信息交换需求的互联。

2.物联网相关技术

物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的各种信息传感设备，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。物联网依托传感器、传感器网络技术、射频识别技术、通信网与互联网技术、智能运算技术等，实现全面感知、可靠传递、智能处理。

RFID技术？

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。

红外感应器

红外感应器是接收信号或刺激并反应的器件，能将待测物理量或化学量转换成另一对应输出的装置。用于自动化控制、安防设备。

激光扫描器

激光扫描器是一种远距离条码阅读设备，其性能优越，因而被广泛应用。激光扫描器的扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。激光手持式扫描器属单线扫描，其景深较大，扫描首读率和精度较高，扫描宽度不受设备开口宽度限制；卧式激光扫描器为全角扫描器，其操作方便，操作者可双手对物品进行操作，只要条码符号面向扫描器，不管其方向如何，均能实现自动扫描，超级市场大都采用这种设备相关的技术和平台的具体介绍有待完善和发展。

因特网技术

物联网是在现有计算机互联网的基础上,利用技术实现对物品的电子标识,然后再利用无线通信等技术

接人互联网,构造一个覆盖世界上万事万物的网络,并实现网络中物品与物品或人与物品之间的“交流”。因此,因特网技术是物联网的技术基础,或者说,物联网是因特网技术在应用范围上的一个由人及物的拓展,因特网主要解决物联网中传感器节点感知信息的传输与共享问题。

实体标记语言（PML）开发技术

实体标记语言（physical markup language，PML）是基于为人们广为接受的可扩展标识语言发展而来的。提供了一个描述自然物体、过程和环境的标准,并可供工业和商业中的软件开发、数据存储和分析工具之用。

它将提供一种动态的环境,使与物体相关的静态的、暂时的、动态的和统计加工过的数据可以互相交换。物联网中任何单品的有用信息的描述都可以用实体标记语言这种新型的标准计算机语言书写,它将会成为描

述所有自然物体、过程和环境的统一标准而得到非常广泛的应用。

3.物联网技术集成工作原理

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签，是一项利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到物体识别的技术。RFID系统主要由三部分组成：电子标签、读写器和天线。其中，电子标签芯片具有数据存储区，用于存储待识别物品的标识信息；读写器是将约定格式的待识别物品的标识信息写入电子标签的存储区中(写入功能)，或在读写器的阅读范围内以无接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来(读出功能)；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签或读写器中。RFID技术的工作原理是：电子标签进入读写器产生的磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M-960MHz、微波2.4G-5.8G。目前，实际RFID应用以低频和高频产品为主，但超高频标签因其具有可识别距离远和成本低的优势，未来将有望逐渐成为主流。RFID 标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享，被广泛应用于物流、制造、公共信息服务等行业。

4.物联网在环境保护领域的具体应用

随着我国物联网在环保领域应用的不断推广，应用中遇到的问题也愈发错综复杂，这对面向环境保护的物联网提出更高的技术要求。在面向环境保护的物联网感知层，作为感知层获取环境信息的重要手段，传感器应该具备精确感知热、力、光、电、声、位移等多种信号的能力，为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。同时，作为物联网在环境保护领域的特殊应用，传感器应该满足在大范围无人值守环境大规模部署的要求，同时应应各种恶劣的应用环境，因此，要求传统的传感器逐步实现微型化、低成本、低能耗、智能化、信息化、网络化，经历一个从传统传感器(dumb sensor)→智能传感器(smart sensor)→嵌入式Web传感器(embeddedweb sensor)的内涵不断丰富的发展过程。新材料微型化传感器、智能处理和存储信息的智能化传感器和多功能传感器等领域必将会成为未来研究的热点问题。对RFID技术的研究今后将重点放在RFID的反碰、撞冲突问题、RFID天线研究、工作频率的选择以及安全与隐私问题上。在感知层网络方面，无线传感器网络将成为主流，同时嵌入式芯片和软件、近距离无线通信芯片和新型电池技术等也会是未来面向环境保护的物联网研究的重点。在面向环境保护的物联网网络层，随着3G网络的大规模部署，3G及LTE 无线接入技术将能提供高吞吐量的传输能力，将进一步促进面向环境保护的物联网应用的普及。与此同时，电信网络的接入层和网络架构也将面临改进和优化问题，电信网络未来需要针对面向环境保护的物联网的低移动性、低数据量、高可靠性、海量容量进行优化，包括适应面向环境保护的物联网业务模型的无线接入技术、核心网优化技术，包括鉴权、计费、网络管理、移动性管理等技术，包括适用于传感器节点的短距离通信技术，自组织组网技术以及异构网络的融合技术和协同技术等。在面向环境保护的物联网应用层，高效处理海量数据的技术和科学模型将会出现并将大规模应用。面向环境保护的物联网中每时每刻都在产生大量的数据，这其中既有对决策有很大贡献的数据，也有帮助较小的数据，还有噪声数据，对如此海量数据的处理，需要有超级计算能力，并且在科学模型的指导下，才能高效地发现有