基于物联网技术的地表水环境自动监控系统构成及应用

夏文文左志芳

（1江苏省环境监测中心 江苏南京 210036 2扬州工业职业技术学院 江苏扬州 225000）

基于物联网技术的地表水环境自动监控系统构成及应用

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（1江苏省环境监测中心 江苏南京 210036 2扬州工业职业技术学院 江苏扬州 225000）

随着物联网产业链的迅速发展，物联网技术也被更多的应用于环保领域，环保部门运用物联网技术实行地表水环境自动监控，是物联网较早的一个应用领域。本文概述了物联网和环保物联网的概念，介绍了基于物联网技术的地表水环境自动监控系统的构成以及物联网技术在地表水环境自动监控中的应用。

物联网；地表水；自动监控

地表水环境自动监控预警系统是一套以在线自动分析仪器为核心，实现环境地表水水质自动监测为目的的现代化环境监测手段，它是运用自动测量技术、现代传感技术、自动控制技术和计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。随着物联网技术的快速发展，物联网技术也被更多的应用于环保领域，地表水环境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是未来地表水自动监控预警工作的重点，也是未来水质自动监测技术的发展趋势和方向。

1 物联网与环保物联网

1.1 物联网定义

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。最初在1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）”，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义，但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。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网，是通过射频识别(RFID+互联网）、红外感应器、传感器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。

1.2 环保物联网

环保物联网是指在环保行业引入自动化和信息化的技术来实现环境保护科学化管理的系统网络，所涉及的专业包括传统的环境工程、电气工程、通信工程、自动化工程、环境监测、计算机工程、管理学等学科，是一门多学科交叉的新兴专业。

环保物联网从结构上分，可以分为三层结构。首先是基础层，即感知层，此层面主要包括污染治理设施（污染源）现场端的感知，主要包括现代化的传感器、分析仪、智能仪表等。其次，是通信层，通信层的主要作用是实现感知层数据的传输，主要包括两种数据传输方式，有线传输和无线传输。最后，数据应用层，数据应用有两方面的含义，一方面是通过数据分析，得出相关的结论支持环保管理决策，另一方面是通过远程控制来优化环保治理设计的工艺运行条件。

目前在国内的环保物联网已经以各种形态展现出来了，比如重点污染源监控、重点河流断面的水质自动监测工作、各主要城市空气质量自动监测系统等等。

2 基于物联网技术的地表水环境自动监控系统构成

基于物联网技术的地表水环境自动监控系统主要由三大部分构成：一是作为物联网“感知层”的在线自动监测系统，二是作为通信层的传输网络，包括有线传输和无线传输两种方式。三是数据应用，自动监测数据进入数据库后，有统一的数据平台进行数据管理，可以实时数据展示、数据监控并进行统计分析，生成监测数据报表等。

2.1 自动监测系统

作为物联网“感知层”的地表水水质自动监测系统一般由6个子系统构成，包括：采水单元、水样预处理及配水单元、分析监测单元、控制单元、数据采集及通讯单元以及辅助单元。主要监测项目包括水质五参数、高锰酸盐指数、氨氮、总有机碳、总磷、总氮等。该系统是以在线自动分析仪器为核心，运用自动测量技术、现代传感技术、自动控制技术和计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。

2.2 数据采集与传输网络

地表水环境自动监控系统的数据采集与传输单元由现场数据采集模块和远程传输模块组成。其中数据采集模块完成对水质监测数据、监测仪器工作状态数据、报警数据的采集、显示和处理。

数据传输模块主要用来完成各子站与中心站的数据传输、远程控制及远程诊断功能。由于自动监测点位数量较多、分布较分散，通常的网络接入方式有很多种，主要包括：光纤、有线电话、无线GPRS/CDMA等。

3 地表水环境自动监控系统物联网技术应用

地表水环境自动监控是对物联网技术的典型应用，这一应用覆盖了多方面的内容，包括自动监控数据的应用、质控和运维管理应用以及监控预警信息管理等。

3.1 自动监控数据平台

水质自动监控平台是水质自动监测数据存储、汇总、分析、展示的综合平台，将所有自动监测点位的基础信息、监测信息等集中在数据平台，通常包括数据查询、数据审核、数据导出、报表统计、数据对比等多种功能模块，可以实现数据整合、数据共享，为环境管理以及智能环保物联网的规范化、标准化运营管理提供全方位的应用服务，是技术管理部门为实现水质自动监测数据的日常监控、运行管理、综合分析等工作的重要支撑。例如江苏省水质自动监控数据平台实现了对全省196个水质自动站点位的自动监控，覆盖了江苏省主要省市交界断面、国控断面、出入湖主要河流和饮用水源地，实现了对全省水质的实时监控和预警。

3.2 自动监控质控和运维管理平台

基于物联网理念的水环境自动监控质控平台能有效的统计运营商的到站巡检内容、巡检频次，能对标样进行有效管理，动态显示标样发放情况、库存情况及标样考核结果是否合格，对试剂更换、耗材备件更换进行自动判断，自动监控运营管理部门从环境物联网可自动获得需要执行的发放或更换计划，“人”与“物”的动态沟通使水环境自动监控系统能更加稳定、高效的运行，水站在线率、数据捕获率和数据有效率大大的提高。

3.3 自动监控预警信息管理

通过多指标、高频次、全覆盖的水环境自动监控体系建设，可以实现流域主要河流、湖体、水源地的实时连续监测和远程监控，及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况，实时感知污染信息，预警预报重大或流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，通过物联网技术与自动监控技术的融合，实现区域污染预警体系。

4 结语

综上所述，当前着力发展以物联网技术为核心的水环境自动监控系统是提高环境监测管理能力，保证流域水环境安全的重要技术。但水环境自动监控系统不应仅局限于现有的功能，而应逐渐提升到智能化的水平，即从“工具”的层面上升到“智囊”的水平。基于物联网技术的水环境自动监控系统应该可以协助技术人员管理流域水质信息，还应具备评价优先控制污染物以及发出健康风险评价及重大污染预警的功能。随着网络的应用和地理信息系统的不断发展，为数据收集、处理和发布提供了极好的展示平台，自动监控系统的迅猛发展为信息共享架起了一个快速通道，从而实现水环境自动监控网络由数字化向智慧化转变，实现水站集成智慧化。

[1]Lu Yan, Yan Zhang, Laurence T. Yang and Huansheng Ning. TheInternet ofThings∶From RFID to the Next- Generation Pervasive Networked Systems.Auerbach Publications,Taylor＆Francis Group,2008.

[2]李国刚,李旭文,温香彩.物联网技术发展与环境自动监控系统建设[J].中国环境监测,2011,27(01)∶5-10.

[3]张树礼,郝军,张巍.环保物联网技术及应用研究[J].中国环境管理,2012,(4).

[4]扬子江.物联网∶提升环境监控能力的抓手[J].环境保护,2010,(8)∶3-6.