基于物联网技术的环境监控系统研究

俞弦

【摘 要】随着经济的不断发展，环境污染已经变成整个社会不可忽视的一个重要问题，而如何对环境问题进行有效监测也是大家关注的重点。物联网作为互联网之后的又一个信息技术革命，可全面应用于环境监测工作。本文对物联网技术在环境监测行业中的应用定位以及技术特点进行了分析，并着重介绍了基于物联网技术的环境监控系统，提出促进物联网在环境监测行业中发展的建议。

【关键字】物联网；环境监测；应用

中圖分类号： X84 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）13-0075-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.034

【Abstract】With the continuous development of the economy， environmental pollution has become an important issue that cannot be ignored in the entire society. How to effectively monitor environmental issues is also the focus of attention. As a further information technology revolution after the Internet， the Internet of Things can be fully applied to environmental monitoring. This article analyzes the application orientation and technical characteristics of Internet of things technology in the environmental monitoring industry， and focuses on the environment monitoring system based on Internet of things technology， and proposes the promotion of Internet of things development in the environmental monitoring industry.

【Key words】Internet of Things； Environmental monitoring； Application

1 环境监测重要性

伴随现代社会科技和工业的高速发展，人们不可避免的在社会化生产过程中对自然生态环境产生严重破坏。而环境质量与人民群众的生活密不可分，越来越严峻的生态环境危机问题严重在各个方面影响了人民的日常生活，该现象引起了人民的担忧和反思，也越来越得到各国各级政府的重视。

环境问题最明显的表现形式为空气污染，而空气污染正是影响人体健康的一个主要环境风险。空气污染程度的加重可增加中风、心脏病、肺癌以及慢性和急性呼吸道等疾病的患病几率。空气污染程度越高，人们的心血管和呼吸系统健康水平就越差，且不存在长期或短期受污染的差异。空气污染包括气态和固态等多种成分。高浓度的微细颗粒物污染，易诱发心脏病和中风死亡，以及呼吸系统疾病和癌症等。所以，测量2.5微米或更小直径微细颗粒物（PM2.5），被公认是关于空气污染带来的健康风险水平的最佳指标。

环境监测，指的是人们借助先进的技术手段和科学方法，在一定的时间范围内对影响和可能影响人类以及动植物生存发展的环境质量状况、影响环境质量的因素代表值进行监视性调查、测定，从而掌握、研究、确定和预测环境受污染、受破坏等质量状况及其变化趋势的行为和过程。环境空气污染检测的对象主要包含颗粒物质（PM）、臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）等指标。通过对污染严重的环境中的大气、土壤、生物、水资源等环境要素进行长时间、规律的监测，在环境监测的可控范畴内，使用多种科学的方法对不同环境污染问题进行整理、预防、排查，并高效控制和根治已经被污染的环境要素，按期跟进，防止污染进一步扩散。

2 物联网技术在环境监测中的应用定位

随着生活水平的大幅度提高，人们越来越重视自己的身体健康，也加强了对生活环境的关注程度，尤其是一些对健康产生风险的气体物质，并逐步在实施有效的监管和治理。随着日益严重的大气污染，环境空气质量监测行业得到逐步发展，近年来，环境空气质量自动监测系统在我国普遍应用并小有成效。现在主流的大气环境监测系统大多是应用物联网技术，基于无线传感器网络技术，采集、传输和监测指定的生活作业环境中的各项数据指标，比如有毒有害气体，粉尘， PM2.5等，该系统可应用于石油化工，工厂危化品仓库，学校，公园等环境。基于物联网技术的环境监控系统可应用于城市网格大气环境监测、工业园区大气环境监测、室内空气质量监测、特殊敏感场景环境检测等多种智慧城市应用场景。

2.1 城市网格大气环境监测

运用现在普及程度最高，使用效果最佳的环保网格化监控方法，对目标监测地区实行网格化监测，在不同位置、不同程度的污染源区域设置相对应的空气质量监测终端设备，可以认识全地区的污染情况，也可以能对各个局部污染进行监控，达成全区范围内宏观到微观的全方位监控，同时，运用先进的大数据和云平台技术，构建专业的空气质量模型，对收集到的数据按照空气质量变化的规律和趋势进行科学研究预测，对造成空气污染的主要污染源进行精确溯源，给从源头上治理环境污染提供科学依据。

2.2 工业园区大气环境监测

可以在重点工业企业附近设置终端传感器，实时对环境，尤其是污染排放指标进行监测，还可以配合摄像头，进行自动触发摄像头进行照相取证，为后续执法工作提供有力证据。

2.3 室内空气质量监测

针对人员密集的室内场景，如：学校、地铁、商场等场所，可放置室内型终端传感器。通过对环境数据的收集，可通过云端计算给出通风、制冷、加热、加湿等建议或机器指令，使用户感知提升，能耗降低。

2.4 特殊敏感场景环境监测

主要是在特殊敏感场景，例如 酒厂監测温湿度；地下管廊监测氧含量，CO2等影响作业人员健康状态的环境数据，进行安全提示，保证生产安全。

3 物联网技术在环境监测中的技术特点

基于无线传感器网络技术的环境监控系统，采用先进的物联网技术，终端设备区别于传统的气体传感器存在零点漂移与温度漂移、精度差、范围小等问题，对城市环境中CO、O3、NO2、SO2气体的监测使用高精度电化学传感器，零点漂移与温度漂移几乎为0，精度可达0.1ppm，对O3、NO2、SO2的测量范围可达0～20ppm， 对CO的测量范围可达0～1000ppm；

区别于传统的风速风向测量，对城市环境中风速风向的测量采用超声波风速风向测量方案，具有无启动风速，反应速度快，量程广、盲区小、线性度好、精度高和无机械磨损、易于安装维护、不需校正等优点；

区别于无法区分热辐射与环境温度的传统的温度测量传感器，系统多使用的温湿度传感器可排除热辐射干扰，只测量城市环境温度，误差不超过0.1℃；

对城市环境中PM2.5与PM10的检测可采用高精度激光传感器，PM2.5的测量精度可达0.3ug/m3，测量范围可达0～500ug/m3， PM10的测量精度可达0.5ug/m3，测量范围可达0～2000ug/m3。

4 基于物联网技术环境监控系统的系统架构

环境监控系统包括设备层、平台层和应用层。

设备层通过新类型的传感器的引入，扩展终端设备的服务能力，满足实际项目的各种需求。处于三层架构中最底层的设备层，是物联网发展和应用的地基，具备物联网全面感知的核心功能。作为物联网的最基础的一层，设备层起到非常重要的作用。设备层由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层构成。

平台层由数据接入层、数据处理层（包括实时处理和离线处理）、数据储存层、数据服务层、监控报警服务、平台管理服务（设备管理、权限管理、统一认证管理和日志管理）组成，功能统一，具有非常强的扩展性，可以通过新类型的网关的增加、开发，从而接入新类型的终端；同一类型的网关也可以多实例部署，实现负荷分担，多实例之间N+1模式备份，具有较好的容错性，保证对外服务的连续性。

应用层主要是物联网的各类应用和第三方系统。应用层不需要处理和分析数据，只是通过数据服务层提供的查询接口获取到平台层中已经处理过的数据并在界面进行展示。应用层不仅提供设备管理、安全管理、日志管理、告警管理等平台通用功能，还能根据项目的需要，进行专业的功能实现，针对项目提供多种视图的数据呈现和分析。

5 总结

基于物联网技术的环境监控系统可以引导城市设计，引导公共空间合理布局；可以对以PM2.5为主的污染物浓度的扩散与分布特征进行分析，进而总结污染物扩散的基本规律；可以促进城市环境数据开放化，辅助市民健康生活。

随着信息化技术的大力推广，物联网技术在环境监测行业中的应用已经开始起步，但仍有很多关键技术在等待突破。物联网在环境监测行业发展中是必不可少的一个环节，这需要整个社会的推动，促进环境监测行业得到信息化，智能化的发展。

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