基于物联网技术的环境监测系统研究

张雷

[摘 要]物联网技术作为继计算机技术互联网应用之后的第三次信息产业浪潮，已经应用到众多领域之中，同时，伴随着工业化进程的加快，带来了环境污染等制约经济发展的问题，已经备受人们的关注与重视，对环境进行监测与保护已刻不容缓，将物联网技术应用到环境监测之中，既可以有效地对环境提供实时性的监测，又可以通过信息共享与辅助决策，来为环境监督与管理提供重要的数据依据。因此，本文首先对环境监测以及物联网的相关内容进行概述，分析当前物联网技术在环境监测中的应用现状，再对基于物联网技术的环境监测系统进行架构，剖析其存在的问题，进而加以总结。

[关键词]物联网；环境监测；系统；网络

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.090

[中图分类号]TP391.44 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）24-0-02

1 环境监测和物联网相关内容概述

1.1 环境监测的内涵

环境监测自20世纪70年代开始进行，目前是对于当前环境的评价质量趋势的一种重要手段，对于环境监测概念没有统一的定义，伴随着工业的发展变化，研究涵盖了从环境污染到环境质量等各个方面的监控，对于环境监测的过程一般来说，分为三个步骤，首先是要进行有目的的样地调查，对于样品进行收集与处理，并且要遵循污染源的排放规律；其次，要确保样品的真实性，收集到的样品要进行测试分析，将取得到的结果进行分析与处理；最后，将得到的数据进行整理，根据相关的标准进行评估，最终确定其综合指标。

1.2 物联网的概述

物联网技术出现与20世纪90年代，最初由美国麻省理工学院提出，主要是指所有物品通过传感器与网络进行连接，进而实现对物品智能化识别的一种技术。时代在变化，物联网的应用也在逐步扩大，因此定义也越来越广阔，一版来说，物联网就可以理解为一种通过网络进行传输，感知装置进行信息的处理，数据的计算，并且挖掘出相关的信息，最终，使物与物或人与物之间进行连接，是一种通信技术与网络技术的延伸。

1.3 物联网的体系结构

物联网的结构较为复杂，且形式多样，对物联网的体系结构主要包含三个层面，即感知层、网络层和应用层。

感知层作为物联网技术的核心层，主要是将物理世界与信息世界通过一些硬件设备进行连接，比如射频标签的读写器、二维码的识别读取器、摄像头等设备，作为物联网的基础，主要是负责对环境或是物质的属性等进行感知的。网络层主要是负责把感知层所收集到的信息进行传递，最终输出到应用层，也可以说是物联网的大脑，应用层的主要的功能是进行数据的汇总与转换，通过支撑平台的子层来进行数据的处理，在应用服务的子层进行相关行业的应用。

2 物联网技术在环境监测中的应用

物联网技术的不断发展已经应用到各行各业之中，比如电子商务的智能物流、家庭可使用的智能家居、医疗部门所使用的医疗检测等，但环境监测则是物联网技术最早所涉及的领域。

2.1 大气监测

目前人们越来越重视空气的质量，因为它直接影响着人类的健康，对于物联网技术在大气监测中的应用，主要是可以通过互联网来监测某一点位大气所发生的变化，传感器可以通过节点将监测到的数据进行上传到感知层，感知层则传递到应用层，最终对程序进行处理，当一些有毒有害气体或是单位超标的排放，都被监测到，及时通知环保相关执法机构，对其进行处理和整治，来确保大气质量。

2.2 水质监测

水是万物之源，水的质量更是受到老百姓的关注，通过物联网技术对水质进行监测主要包括对饮用水的监测和水污染的监测。饮用水是人们的生活保障，主要是通过在水源进行传感器和摄像头等设备的安装进行监测，将水质中的各项指标的数据进行上报，包括水质的酸碱度、二氧化硫以及、铁等各种元素的监测，当发现饮用水受到污染时，则发生报警，这样就将污染的信息反馈到相关的排污单位和监测中心，及时地对污染事故进行处理，避免出现重大范围的污染事件。

除此之外，物联网技术在环境监测中的应用还包括土壤的监测、电磁辐射的监测、森林植被的防护等方面，对环境治理等都提供了可靠的信息支持和智能化的安全保障。

3 基于物联网技术的环境监测系统的架构

根据环境监测系统的特性，进行系统的架构，系统主要包含两个子系统，即现场机系统和监测平台。

现场机系统主要是在现场机上进行运行，负责现场仪器的数据采集，对数据进行处理与打包的操作，在将这些数据进行发送，最终发送到监测平台之上。主要包含数据采集、数据传输、参数设置以及控制这四个模块。

监测平台则运行在监测服务器之上，主要负责对现场机上采集到的数据进行接收，然后进行处理的操作，将处理之后的结果给监测人员进行展示，主要包括为数据传输、数据管理、综合查询、基本信息管理、地理信息系统、控制、环境预报警、视频监控和SMS短信九个功能模块。以下主要介绍环境视频监控、地理信息系统、SMS短信3个功能模块。

3.1 环境视频监控

环境视频监控这一模块主要是对现场的监测进行可视化的效果，首先可进行视频的浏览，这是最基本的功能，在线就可以观察现场的情景，并且可以根据不同的摄像头位置进行切换监测，在监测的过程中，可以根据相应的时间进行视频的搜索，也可以将这些视频进行保存到相应的路径之下，以便再次查看。当发现系统当中要寻找某些污染源等的设备名称的时候，就可以通过检索实现查找，对这些视频文件再次进行播放，来对所需要的画面进行抓屏的操作，这就是环境监测视频的回放与图像的抓拍，另外还有云镜的控制，也就是通过向摄像头来进行指令的发送，来对摄像头的移动速度和云镜的移动等进行载入与保存的操作。

3.2 地理信息系统

地理信息系统GIS，这是一种对空间数据进行管理研究的技术，主要是按照地理坐标的不同或空间位置的不同，来选择有效的数据进行管理，对于环境监测肯定是需要多个点位的操作，通过对地理信息系统的研究，可以直观地观察资源和信息的现状，可以对环境进行有效地监测，更加直观的手段和方式，能够更加真实、有效、准确地反应相关的信息。

3.3 SMS短信功能

利用SMS的短信功能可以实现将污染的超标监测点的信息或者是超标的物质等污染源的信息进行发送，发送到监测人员的手中，由于监测人员有时候并未在监视仪器设备之前，但是通过短息功能也可以随时随地地接收到相关的环境污染的信息，及时地掌握，这样当出现突发事情的时候，可以及时地处理，提高了处理时间的能力与效率。

4 物联网技术在环境监测中存在的问题

尽管物联网技术在环境监测中为环境的保护等带来众多的便利，但同时将物联网技术应用到环境监测之中仍然存在许多问题亟待解决。

4.1 环境传感器功能单一

环境监测的感知层目前来说存在的最大问题就是传感器的功能较为单一，正是由于他的单一性，所以对监测的污染物的种类也受到一定的局限性，可靠性也大大降低，而可以监测到全面一些的化学分析类为主的监测仪器，通常都是靠国外生产进口的，这样极大地增加成本以及维护的价格也较高。再加上环境监测网络层则主要是依靠于现有的通信系统网络，因而对于较为先进成熟的技术则很难兼容与对接，最终使大量的信息资源整合起来难度加大，也无法进行综合应用。

4.2 缺乏统一的技术标准

就目前来看物联网的体系会涉及许多的标准，而且相对较为复杂，如射频技术的标准，云计算的标准，信息安全的标准等等，标准化则是最为物联网技术首先要解决的问题之一，对于大规模部署的重要技术之一，不具有大规模部署的技术就不能称之为物联网，因而，要想将物联网技术的研究更加的标准化，就必须要制定相应的标准且进行研究。

4.3 技术人员结构不合理

目前来说，在我国进行环境监测从业人员是良莠不齐的，有的是大学教师，有的是技术人员，有的是专门的科研人员，有的则是普通工人，这样就出现了技术人员的结构是不合理的，要进行相应的重组与优化，要根据环境监测的实际需要为出发点，面对不同的工作性质要设置不同的人员，要从人员的机构进行分析，对不同的学历、不同的技术、不同的操作能力等各个方面进行考量，设置到不同的岗位之上，使人员的结构配置更加的合理化。

4.4 环境监测系统的整体管理水平有待提高

我国的环境监测系统目前来说尚不完善，尽管受到极大地重视，但是整体的管理水平却不高，受到诸多因素的束缚，比如体制方面等，整体的管理水平低下，同时，又面临着安全问题，物联网技术进行环境监测的系统是特别需要对物联网网络安全等体系结构进行研究，必须要对制度进行管理完善，使环境监测系统的整体管理水平更加地适应实际工作的需要。