物联网在环境保护中的应用

物联网在环境保护中的应用

摘要：随着社会经济的迅速发展，物联网已经成为新兴的高科技产业之一，快速发展。本文介绍了物联网在环境保护领域中的应用，阐述了面向环境保护的物联网的组织结构、技术现状、应用和产业现状以及发展中的若干问题，同时对面向保护的物联网的发展前景进行探讨。

关键词：物联网环境保护发展前景

1 引言

随着经济的快速发展，我们面临的环境问题也越来越严峻。土地退化、水资源短缺及污染、空气污染、低质量的城市环境基础设施、农村环境退化、环境事故日益频繁、全球环境问题诸如气候变化等。这些环境问题严重威胁着人们的健康，不利于社会的可持续发展。而且，目前我国环境保护领域的信息化程度仍偏低，各地区环保系统相关业务数据共享和服务不对外开放，从而造成各地重复投资。因此未来环境保护工作的重点将是促进环境保护向自动化、智能化、网络化方向发展，环保信息化势在必行。又由于近年来，物联网应用于环境保护领域是信息通信技术发展到一定阶段的必然结果，也是环保领域信息化的必然趋势。物联网可实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，应用十分广泛。它是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业的第三次浪潮。环境保护是物联网技术应用的典型领域，将物联网应用到环境保护将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。

物联网概念最早于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技术的物流网络，然而在20世纪90年代“物联网”的概念才产生，在2005年国际电信联盟发布了互联网研究报告《物联网》后，它才引起各国政府与产业界的重视。早期的物联网并没有现在这么完善，它仅仅是依托射频识别技术的物流网络，随着技术的完善和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大的变化。[1]所谓物联网，从狭义上讲，就是传感网，但物联网的概念相对传感网要大一些；从广义上讲，就是社会生态系统的智能化或者说地球的智慧化，即实现所有对象的智能化识别和管理。物联网的基础是芯片技术、微型传感技术、无线传感器网络技术、智能技术、纳米技术、射频识别技术、MEMS技术的高度发达和信息高速公路的广泛应用。如今的物联网利用技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知

识挖掘，从而世界上所有的人和物在任何时间、任何地点，都可以方便地实现人与人、人与物、物与物之间的信息交互，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。

2物联网相关技术及组织架构

2.1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。包括RFID技术、红外感应器、激光扫描器、因特网技术、实体标记语言开发技术等。[2]

2.2物联网组织架构

物联网作为物联网技术在环保这一特定领域的应用，其技术应用于传统的物联网既有共同点又有特殊之处，其技术架构可以拓展为3层：感知层、网络层和应用层。

3 物联网在环境保护中的具体应用

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。[3]

3.1物联网在三个层次的应用

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。[4]

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，才能高效地发现有用的决策信息，并智能地处理。由于云计算的应用包含了“把力量联合起来，给其中的每一个成员使用”的思想，让人们能够调用全网络资源，预计将在面向环境保护的物联网中大规模地使用。污染源自动监控是对物联网技术的典型应用，这一技术的广泛应用将是未来污染源自动监控工作的重点，将给这项业务的工作模式带来巨大变革。[5]环境在线监控等技术手段的应用，对环境管理理念、方法、体制、机制的变革形成推动力量，从而借助技术手段实现中国污染的有效控制和环境的有效保护。环境在线监控就是在点线面源的合适点位上安装各种自动监测仪器仪表和数据采集传输仪，通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连，实现在线实时通讯，这样传感器感知的点位环境状态就被源源不断地送到环保部门，并存储在海量数据库服务器上，以供环保信息化各种应用系统使用。[6]

3.2物联网的具体应用

污染源自动监控是对物联网技术的典型应用，这一技术的广泛应用将是未来污染源自动监控工作的重点，将给这项业务的工作模式带来巨大变革。环境在线监控等技术手段的应用，对环境管理理念、方法、体制、机制的变革形成推动力量，从而借助技术手段实现中国污染的有效控制和环境的有效保护。由环保物联网实施的环境自动监控系统应包括污染源自动监控、环境质量自动监测和环境卫星遥感3个层面，由环境卫星(宏观，主要用于生态监控)、环境质量自动监测(中观，区域流域，即线源和面源)、污染源自动监控(微观，即点源)3个空间尺度的监控构成天地一体的、立体的、全方位的环境监控。[7]