基于物联网技术的环境在线监控一体化平台应用与研究

王恒俭

(深圳市博安达软件开发有限公司，深圳 518057)

1 引 言

胡锦涛同志在十八大报告中提出，大力推进生态文明建设。胡锦涛说，建设生态文明，是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。

环境监测监控［1］与环境管理工作“点多，面广、量大”，而且具有“全方面、全天候、全时制”的特点，为了彻底解决环境监察和监测人员不足的问题，节约执法成本，提高监测效率，全国各省、地市、区县环境管理部门都采用自动化、信息化，科学化的高科技手段，建设了污染源在线监控系统和分别面向水、气、声的环境质量自动监测系统。

由于现在各地已建的环境质量和污染源监测监控系统由不同部门负责，建设时间不同，导致系统都是完全独立且未进行有效整合，环境信息获取和处理的技术手段比较落后，多年来积累的大量监测数据资源未得到全面有效的开发和利用，难以对重大环境事件进行快速科学的分析、评价和处理应对，不能满足环境管理工作的实际需要。因此，建立环境在线监控一体化平台［2］势在必行，把原来单一的污染源、环境质量和其他在线监控进行整合，包括污染源实时监控、水质自动监测、大气自动监测、放射源监控、机动车监控、固废监控等监测监控系统整合在一起，为实时掌握污染源和环境质量的状况，控制污染的发展提供有效数据支持。

2 在线监控一体化平台关键技术分析

2.1 物联网技术

物联网技术的定义有很多种，但通俗地讲，是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。

在环境在线监控一体化平台中，物联网技术应用点主要包括水和气分析仪器、RFID 技术、GPS 技术、视频监控技术、传感器应用等方面。

2.2 云计算技术

云计算(cloud computing)是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示通讯网络，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT 基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源;广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT 和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。

在环境在线监控一体化平台中，云计算技术应用点主要包括云技术设施服务、环境监测监控数据云服务和数据应用云服务等方面。

2.3 GIS 技术

GIS 即地理信息系统(Geographic Information System)，地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS 是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。

在环境在线监控一体化平台中，GIS 技术应用点主要包括监测监控点位的空间展现、数据统计结果专题图分析等方面。

3 在线监控一体化平台设计

3.1 系统结构

环境在线一体化监控平台由前端监控设备、传输网络、后台应用系统三大部分组成。其中前端监测监控设备由废水、废气在线监控设备、视频监控设备、环境质量(水、气、声)自动监控设备组成。传输网络通过GPRS/CDMA、光纤或电话拨号等通讯方式实现对各子站的实时监视、远程控制等数据的传输。后台应用系统为前端监控监测设备采集的数据提供集中展现、分析、预警、利用等功能，还可实现对前端监测监控设备的反向控制。系统结构图如图1:

3.2 系统功能

环境在线监控一体化平台包括监测点管理、在线监测、在线远程管理、地理信息显示查询、自动报警管理、自动监测报表统计等功能。

3.2.1 监测点管理

系统将监控点分为两大类，第一类为污染源［3］监测点;第二类为环境质量监测点。

(1)基本信息管理。污染源基本信息:废水、废气、噪声污染企业的名称、主要污染物、行政区划、行业信息等企业基本信息，可以完成对企业基本信息的添加、修改、打印输出等。

环境质量基本信息:包括空气自动站、水自动监测站名称、主要监测项目、地理位置、监测指标等信息。

监控指标管理:对每个监测监控点的COD、PH、氨氮、二氧化硫(SO)、氮氧化物(NOX)、重金属(如镉、铅、铜等)、二氧化碳、氧气、温度、压力和二氧化硫总量、氮氧化物、电机运行等监控指标的添加、修改及删除。

(2)监控点设备管理。监控设备管理包括对企业监控设备添加、修改、删除，设置设备监控指标、运行参数等。

3.2.2 在线监测

系统提供了定时监控［4］、实时监控以及数据的完整性检查机制，三者相互结合，满足了监控中心对监控的不同要求，保证了监控数据及时完整的传送到监控中心，也为监控中心提供了随时监控某个监测点的数据提供了必要的手段。

(1)定时监控。定时监控功能是本系统最为主要的功能，通过它自动的完成数据的上报、分析、存储。数据上报的时间间隔由监控频次确定，监控频次可由监控中心根据需要向现场设备发送指令来设定。

(2)实时监控。实时监控为监控中心提供了随时获取某一监控点当前监测监控数据的手段，用户可以根据需要随时调取任何监控点当前的监控数据。

(3)数据完整性检查。系统可以自动监测某个监测点的数据完整性，并在数据缺失时，出现监控数据丢失报警信息。可以通过客户端向现场监控设备发送相关指令，来调取某一天的监控数据

3.2.3 在线远程管理

(1)在线设备的远程管理。控制采样:远程设置现场采样器的工作模式，如:采样方式、分瓶方式、采样时间等，并根据已设定模式进行采样。监测仪器控制:通过远程控制可以实现测量开始、测量结束、催化剂再生处理、仪器校准、数值输出、仪器故障信息输出、仪器状态信息输出、仪器维护信息输出、时间同步、远程仪器参数设定、远程清洗校准等功能。

(2)监控中心系统软件可以实现网上远程升级。

3.2.4 地理信息显示系统

基于GIS 展示在线监测 监控点位分布、监测数据、预警报警，并与移动执法等系统进行关联，对报警信息进行联动处置。

(1)点位展示:应用GIS 系统，显示城市地理位置图、监控点分布图，监控点采集的实数据信息。

(2)基础应用:对地理信息的画面可以任意搜索、放大、缩小察看，也可以通过指定所观看的地名显示出图像，当地图信息发生变化，可以修改相关地图。利用多层次地图显示功能，能够快速实现多窗口之间的地图切换。

(3)预警报警:能够快速在GIS 地图上用不同颜色和闪烁显示监控点数据超标情况和报警情况自动显示报警点的准确位置以及周围地图的同时，以文字说明报警来源、报警登记(包括类别、时间、部位、情况、原因)。

(4)报警联动处置:利用动态数据连接、查询功能，通过多种数据、图形和文字信息的操作手段辅助，接受多种途径的报警，确定数据报警发生地点，自动完成分配，进行计算机辅助指挥，并和移动执法系统相配合，同时处理多个数据超标或设备故障等报警信息。实现监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。

4 结论与展望

通过研究认为，环境在线监控一体化系统的建设，可以实时对污染源、环境质量等通过统一平台进行监控与监测，更容易找到环境质量变化与污染源污染物排放之间的关系，能够为环境管理部门的精细化管理提供更加有力的依据，后期可引入模型模拟与预测技术，有效利用这些整合好的监测监控数据，为预测预警数据同化提供帮助，为环境管理决策提供更加精细化的数据支持。

通过在线监控一体化平台的建设，对污染源、环境质量的实施统一的监测与监控，可以有效的降低环境突发事件对环境的影响，减少因环境事件造成的经济损失，同时在较少的人员编制下，增强环境监管的力度，提高行政绩效，提高政务服务水平。生态环境的改善会更有利于吸引工商企业、居民的投资、生活、工作、旅游、消费，有利于人民群众的和谐生活，有利于促进辖区的区域经济发展，体现了直接地和间接地经济效益。

［1］李琳．环境在线监测信息系统研究分析［J］．知识经济，2010(18)．

［2］于爱敏，于洋，范卉，太春宁．谈我国污染源在线监控与预警系统建设的主要问题［J］．北方环境，2010(04)．

［3］高洪元．重庆市重点污染源在线监控系统的建设［J］．软件导刊，2010(06)．

［4］张慧．浅谈多维监控系统在环境保护中的应用［J］．科技创新导报，2010(18)．