物联网技术在智慧环保中的应用_黄冰倩

物联网技术在智慧环保中的应用

黄冰倩黄珊张雅

昆明理工大学呈贡校区信自院

摘要：环境信息化建设事业已经在我国开展多年，各项信息新技术应用于环境领域，并且取得了显著成效。物联网是继互联网之后的又一次信息技术革命，物联网技术广泛应用于各行各业，环境保护就是物联网技术应用的典型领域。作为“智慧环保”概念的核心技术，物联网应用成为推动环境管理升级、培育和发展战略性新型环保产业的重要手段，对促进智慧城市建设中的环保事业发展具有重要且深远的意义。本文对“智慧环保”的基本理念和意义进行了阐述；介绍了环保领域中物联网技术的深度运用，以及物联网和环保物联网的含义；并且分析了智慧环保物联网系统的发展和应用现状。

关键词：物联网技术智慧环保应用

1 引言

随着我国城镇化的迅速推进，城市建设的规模也越来越大，推动城市向低碳经济模式与低碳生活方式转变、提高城市管理能力成为城市建设的发展方向。智慧城市作为一种新的城市发展理念和实践，成为了现代城市发展方式转变的一种重要途径，受到了城市管理者的重视。智慧环保作为智慧城市的重要组成部分，也是环境监管与决策的有效手段，受到了政府与环保部门的重视。

“智慧环保”，是传统意义上“数字环保”系统的延伸与拓展。“智慧环保”系统，一般采用物联网、云计算、大数据、移动互联网、空间地理信息集成系统等信息技术，把传感设备应用到各种环境监控对象之中，通过“环保云”技术，将环保领域物联网整合起来，同时，借助移动互联网技术，将社会发展与环境保护系统紧密联系起来，以便更加精细化和智能化的实现环境管理与决策。

2“智慧环保”的基本理念及意义

“智慧环保”的基础是物联网。基于“数字环保”平台和物联网技术在环保领域的深入发展，构建环保领域覆盖全国的物联网系统，是实现由“数字环保”向“智慧环保”转化的第一步。在全国选择基础较好的地区开展“智慧环保”试点，建立环境物联监测网络，实时采集污染源数据、水环境质量数据、空气环境质量数据、噪声数据等环境信息，对重点地区、重点企业实施智能化远程监测，对各种环境信息进行智能分析，将为“智慧环保”的全面推进奠定良好基础[1]。

“智慧环保”从概念的形成到全社会的参与，是当代信息技术发展的必然结果，也为新时期环境保护的科学发展提供了崭新的思路。物联网是继互联网之后的又一次技术革命，是新时期环境信息化发展的必然趋势。“智慧环保”充分利用物联网等新一代信息技术以感知为先、传输为基、计算为要、管理为本，构建环境与社会全向互联的智慧型环保感知网络，率先实现环境监测与监控的现代化和智能化，率先实现环保物联网技术的标准化和产业化，率先探索环保物联网系统建设，达到“测得准、传得快、算得清、管得好”的智慧环保总体目标，对于提高环境与发展的综合决策能力，提升环境监管的现代化水平，构建资源节约型、环境友好型社会，实现环境保护的战略目标具有十分重要的意义。

3 物联网技术的应用

所谓环保物联网是指物联网技术在环保领域的智能运用。其目的在于通过综合应用传感器、红外探测、射频识别等装置技术，实时采集污染源、生态等信息，构建全方位、多层次、全覆盖的生态环境监测网络，从而达到促进污染减排与环境风险防范、培育环保战略性新型

产业等方面的目的。我国环境保护领域在十几年的发展过程中，广泛采用传感器、RFID等物联网相关技术，具有良好的物联网运作基础，对实现物联网在环保领域的深度运用提供了先决条件[2]。

3.1 构建环保领域物联网体系

物联网作为一个系统，与其它网络一样，也有其内部特有的架构。其结构主要有三层：一是感知层，即通过RFID技术、传感器、二维码等物联网底层传感技术，对物体信息的实时获取，并通过传感网络；二是网络层，即通过将互联网、3G网络、短波网等多种网络平台的融合，构建物联网网络平台，将感知层采集的信息实时准确地传递至环保信息中心，并对数据清理、整合、汇总，处理各种机械或人工造成的异常，通过数据挖掘技术及数据融合技术实现对采集信息价值的深度提炼；三是应用层，即把感知层采集的信息，根据各功能模块需要进行智能化处理，实现污染的早期预警、治理的自动调节、环保信息的实时发布等环保物联网应用功能，并补救各种不稳定的技术结构,和程序、硬件和网络的错误，以及调整数据采集传感器不稳定的工作环境。

3.2 开发智能化处理功能

物联网技术应用的目的在于，通过广泛采集的数据，运用数据挖掘等智能化技术，对采集的数据进行筛选和提炼，为决策层提供安全、可靠、有效的决策依据。所以，数据的智能化处理是物联网技术应用的本质特征之一。任何领域对物联网技术的应用，如果缺乏智能化开发，都不能充分发挥物联网技术优势。充分发挥物联网智能化优势，对环境监测进行智能化处理，将简单的环境监测数据提炼为各有价值的统计数据，至少可以达到以下两点目的。

一方面，延长污染预警时间。传统的方式在数据到达信息中心后，根据各项数据，对比预警指标，从而得到预警信息。传统的环保预警方式的实时动态监测能力不强，面对紧急状况下的环境污染问题处理能力不足，对预警监测的精确度、稳定性甚至下一步采取防污措施都造成一定的负面影响。要发挥物联网技术的智能化优势，根据实时监控的环保数据变化，分析污染发展趋势，推算达到预警指标的时间和趋势，充分延长污染监测的预警时间。

另一方面，为环保部门治理环境污染提供可靠的决策依据。环境污染并不是孤立、无序的，对大多数环境污染的治理都具有一定的经验。物联网技术的应用可以根据环境变化的区域、时间、事件等信息，根据已有的环境治理经验，分析环境污染产生的原因及规律，提出治理环境污染的重点和难点问题，提供污染治理的可靠方式，缩短环境治理决策周期，降低人工决策风险。

3.3 实现自动化控制作用

物联网技术在环保领域中的应用，不能单单对数据进行采集然后传输至环保部门信息处理中心。除了要达到对环境污染提前预警和智能决策之外，物联网技术的应用实现在污染扩大之前，自动对污染做出早期处理，缓解或阻止环境污染的进一步扩大。

物联网的特征之一，就是实现数据采集设备与自动控制设备之间的信息互通，自动控制设备根据采集数据，结合已输入的自动处理程序，从而实现快速的自动处理，形成类似于感受器到神经反射弧的条件反射机制。

环保领域的物联网技术应用，可以通过将环境保护区域内，布置的环境感应装置与控制装置连接，构成信息传输整体网络，通过加载智能芯片，使环保设备具备独立计算及控制能力，构成自动控制系统。当污染达到一定指标时，自动控制系统自动采取一系列措施，达到快速调节污染的目的。实现环保的自动化控制功能，也是为了缓解信息中央处理部门的工作压力，在紧急状况下，为下一步治理工作延长处理时间。

3.4 提高抗损坏能力属性

在部分省市，物联网技术的运用已投入到环保领域当中，作用明显，但在使用的过程中，物联网设备的耐用性问题也越发突出。在环保领域，大多数物联网传感设备需要长期暴露在不

同的自然环境，如空气、水源等自然环境中，这会对物联网传感设备造成一定负面影响，尤其是在垃圾收集、生活污水处理、工业废气的检测等污染较严重的区域，对传感设备的损害程度十分严重。物联网设施设备的耐用性问题，是目前制约其在环保领域应用的主要瓶颈。虽然当前使用的物联网设施设备成本不高，但面对设施设备失灵或损坏的状况，物联网技术在环保领域的运用并不十分流畅。比如，在山东某市，环保部门将RFID标签装入垃圾桶当中，用于感应垃圾桶垃圾是否装满，便于及时回收。在实际使用过程中，由于长期与雨水、垃圾接触，大量的RFID标签出现失灵破损等状况，频繁的更换与修复工作消耗了不少人力与物力，同时也使最初的设想没有充分实现。

在环保领域中，物联网技术的应用，需要采用抗酸、抗潮、防晒、防火等抗损坏能力较强的材料增强物联网传感设备的耐用性。同时在物联网设施设备的整体结构上做改善，避免传感设备与恶劣环境的直接接触。

3.5 构建多平台网络模式

物联网技术的运用，网络平台是基础，缺乏安全稳定的网络传输环境，环保工作中的监测、控制工作则难以实现。物联网通过广泛散布传感设备，实现对数据的广泛采集和实时传输，并及时汇总，数据采集量、传输量和处理量较大，对网络平台的要求较高。当前，在不同领域，物联网应用的网络平台大多数是以互联网为基础，原因在于一方面互联网使用成本低，另一方面在于互联网运行情况稳定，便于物联网技术的开发和使用。

由于环保工作中，环境监控的主要对象分布较广泛，远离基础设施较好的区域，网络条件较差，为实现物联网数据的高速稳定传输造成一定负面影响。若以互联网为单一的网络平台基础，一方面需要在不同的自然环境中布置大量互联网接入设备，需要耗费一定的物质成本；另一方面，以单一网络平台为基础，若面对复杂的自然环境变化，互联网使用受到破坏，物联网运作停滞，运作流畅性得不到充分保证；且由于互联网属于开放性网络，物联网使用需要面对各类网络安全风险。

为保证环保工作中，物联网的正常运作，需要建立以互联网为主体，多网络平台共同适用的网络平台环境。以互联网为主体，原因在于需要环保工作中，信息采集处理的范围广，需要互联网作为主要运作平台，且面对城市、大型环保工程等基础设施较好的区域，互联网平台优势明显。多网络平台共同适用，原因在于，虽然大部分环保监控区域是孤立的，但大多数已具备一定的信息传输基础，如电信3G网络，充分利用已有的电视、电话等网络平台，为数据传输提供硬件基础，同时积极开发小范围内无线传感专用网络，为实现环保监控区域系统化提供条件。

4 智慧环保物联网的发展方向

虽然智慧环保物联网技术已经取得了显著成果，但是在发展的过程中仍然面对着许多问题和困惑，例如，对物联网环保事业的推动作用机器应用范围的认识不够深入和全面；对环保物联网的建设模式，管理、实施方法方面缺乏准确的认识；对环保物联网建设缺乏统一筹划；相关的人才质量与环保物联网发展需求存在较大差距；支撑环保物联网应用的产业链建设不成熟等等[3]。

面对这些问题，环保物联网产业必须做出切实可行的措施。首先，重视环保物联网应用，将其作为环保发展的基本支撑和关键环节，制定各种法规政策、完善组织管理制度、通过宣传、培训等各种方式使环保部门、企业、公众都认识到物联网技术对环保未来发展的重要性，关注环保物联网建设和应用。其次，通过科学的统筹，确定环保物联网建设的总体框架和推进策略，准确划定环保物联网应用建设的范围。第三，构建适应环保物联网建设和应用的管理体系与管理机制，有序推进环保物联网建设和应用。同时，还要加强人力资源建设，通过人才培养、引进和储备，保证有充足的高端、综合性人才投入到环保物联网的建设中去，最终将中国的环保物联网事业推人到健康有序的发展轨道上。

参考文献：

[1] 刘旭东. “智慧环保”物联网建设总体框架研究[J]. 淮北职业技术学院学报，2014（2）.

[2]严奇，陈鹏，丁晨.浅谈环保物联网技术应用[J]. 物联网世界，2012（2）.

[3] 中国环保物联网应用白皮书（2013年）. 中国电子信息产业发展研究院

.

作者简介：

黄冰倩，女，1992年生，昆明理工大学15级硕士研究生，电子与通信工程专业。

联系地址：昆明理工大学