基于云计算与物联网的居住环境监测系统研究

李柏华

（广州涉外经济职业技术学院，广东 广州510540）

目前民居中还时常发生煤气中毒、家庭火灾等安全事故，引发较为严重的后果，除此之外，在装修时所使用的装修材料也可能含有一定的危害性，造成空气中的甲醛和可吸入颗粒物等污染物含量超标，对居民的健康造成一定程度的损害，为此，应当开发研究一套基于云计算与互联网的居住环境监测系统，对居住环境中有害气体和具有污染性的物质等进行监测预警，从而有效减少安全事故发生的概率和降低有害物质对于人体的危害性，从而改善我国室内居住环境，为广大居民提供便利。

1 研究背景

目前我国国内，尤其是城市中的居住环境出现了恶化的趋势，许多地区的居民都饱受沙尘暴、雾霾和装修材料污染等问题的侵扰，这些都导致居住环境的舒适度降低，居民的生活质量下降。若想有效改善现状、解决问题，就必须建立一套能够对居住环境进行监测并根据实际情况及时发出预警的居住环境监测系统，预防突发事故并帮助居民预防室内污染。信息技术的发展使居住环境监测系统获得了稳固的技术支持，其中，物联网指的是通过各种信息采集设备来获取居住环境中的实际信息数据、再通过网络连接实现数据共享、将人和物体、监测机器连接成为一个整体的系统，它是当今信息时代环境中的一个重要科技产物，能够在很大程度上方便人类生活、提升工作效率、提高人类生活质量。而物联网监控系统是具有极强的防范功能和综合性的一种新型监控系统，它可以对环境进行更加精准的监控，并实现安全调度和及时预警、即时数据共享，从而提高居住环境的安全性。

而云计算则是一种软/硬件服务的交付和使用模式，“云”指的是借助网络服务器集群的软件资源和硬件资源来为客户提供服务，客户终端只需要发送指令和请求，云计算系统就可以通过互联网连接的软件和硬件资源来为其提供较为完善的服务，并将结果及时反馈给客户终端，如此一来，客户端的设备无需太过复杂和高端，就能够通过互联网获得远超设备本身极限的计算能力，而且多台客户终端设备能够共享网络服务器，从而避免资源的浪费，降低建造成本。近些年来，由于云计算技术和物联网传感技术的不断提升与发展，很多能够用于实体设备中的具有智能化识别、处理和控制能力的传感器设备逐渐完善，它们能够采集居住环境中的实际信息，并完成数据上传，交由云服务器来进行处理，通过互联网完成数据上传、储存、分析，并由服务器对其进行判断，作出管理和控制，对于该系统而言，监控终端设备的数量越大，控制难度就越高，随着传感器的增加，设备的计算能力会逐渐无法满足需求，但若是能够和云计算进行结合，就可大大提升设备的计算能力，满足物联网监控的要求。

2 系统要求

该监测系统建立的目的是解决居住环境中的污染问题和降低事故发生的概率，因此它必须能够对空气污染的相关指标进行采集与分析，这些指标应当包括较为广泛的内容，例如有毒气体含量，以及会影响人类呼吸体验的二氧化碳等气体的浓度，还有光照强度等，通过传感器对这些空气质量和光照因素的相关指标进行数据采集与分析，并通过云服务器实现环境的监测和预警，当出现某数据超标时，能够及时向客户终端发送指令，并将数据传到与终端相连的用户电脑或者手机上的APP 中。更重要的是，监测系统需要对环境空气中具有较大更大危险性、危害性的可燃性气体如一氧化碳和甲烷进行采集，避免火灾和爆炸事故，监测居住环境的安全指标，预防突发安全事故。还有，应当建立环境舒适程度的评估模型，并根据其中的相关指标对环境领域进行监测，综合各种因素制定一些影响室内居住环境舒适程度的指标和参数，借助传感器来检测和收集环境中的相关参数，并对其进行评估、得出环境居住舒适度的综合测评结果，将其发送给客户终端，从而提高居住环境的质量。最后，则应当通过云计算来实现对家中各项指标的智能化监测和分析，并实现自动化处理，通过对居住环境中某些相关设备进行远程控制。

3 系统设计

3.1 数据采集部分（感知层）。首先，应采用物联网实现环境监测，对温度、噪声、光照强度、温度和空气中各个组分的含量进行采集，在家中适当的位置，应当安装一定数量的传感设备，用于监测居住环境的情况，设备精度不一定要非常高，避免大幅提升系统的建造成本，只要能够满足家居环境的精度需求即可，但要保证能够清晰准确地反映各项指标，真切地记录环境中各项数据。例如温湿度传感器能够反映热环境，甲烷传感器能够对天然气泄漏情况进行监测。

3.2 数据处理部分（网络层）。数据处理部分应当由云计算服务器来担任，可采用大数据技术对来自不同区域的居住环境数据进行分类与处理，分析各项指标是否都能够处于正常范围内，并根据实际情况作出判断和反馈。其中，可使用WIFI 无线网络通信技术，它具有许多优点：首先，它无需布线，没有复杂的铺设线路步骤，能够省去繁琐的施工步骤，并且减少明线的数量，提高环境的整洁度与美观度，其次，它具有较高的数据传输速率，能够以较快速度将数据上传到云服务器，再将反馈指令传回，尤其是应用5G 技术后，可大大提高数据传输速率；还有，使用WIFI 技术能够更加方便地实现全范围信号覆盖，并且获得稳定性较高的信号；最后，无线技术相关设备的功率较小，辐射也很低，绿色环保、健康安全，能够避免有线设备带来的一系列问题，避免监测设备反而危害居民身体健康。

3.3 数据分析与指令执行（应用层）。使用云服务器，能够将上传的数据与预先制定好的标准进行比对，判断实际数据的高低，并作出相应的指令，反馈给环境中的各种设备。例如当环境光照过强时，可调低灯的亮度，并将温度和湿度等都能够调整到最符合人类居住的指标。客户还可以对云服务器提出要求，对指标进行微调，使之更能符合自己家中的情况，例如某些患有气管疾病的人，环境湿度应当调整到较高的状态，防止空气干燥引起的咳嗽等症状。

3.4 数据反馈与显示、预警（客户端）。该系统还能够通过终端与居民的手机或者电脑相连，是他们可以在APP 或者专用网站上接收到来自云服务器的数据信息反馈，能够即时了解家中的动态，从而做出更好的调整和应对。另外，还可通过APP 来实现对家中环境的手动控制，根据自己的个人偏好来操控和调整家中设备，或者针对某个方面的数据进行更加详细的监测。通过对APP 的优化与建设，就能够满足不同用户的个性化需求，使之能够按照自己的心意来改变居住环境，获得最满意的结果。

3.5 居住环境舒适度测评。该系统还应综合各种指标，提出居住环境舒适度的测评，例如将其分为“非常舒适”“比较舒适”“一般”“不舒适”“非常不舒适”等几个档次，并根据居住人员的反馈和主观评价，对测评指标进行微调，满足不同用户的需求，帮助他们改善居住环境，获得更好的居住体验。

4 结论

在如今的经济条件下，我国居民开始追求更加美好的居住环境，希望能够获得更加愉悦的居住体验，为此，我国应当大力发展基于云计算与物联网的居住环境监测系统，实现对室内环境的自动化、智能化监测和调整，并不断优化和升级系统，提高我国居民的生活质量。