基于物联网技术的环保监测系统研究

陈飞鸣

摘 要：随着国家及地方环保部门对环境保护问题的日益重视，各种环保业务应用平台也开始在环保工作中得以应用。大量环保数据被收集、存储、分析和应用，但是由于这些信息不够集中、系统化，出现了信息众多却得不到有效应用的问题。物联网技术的出现让环保基础信息的收集、存储、分析和应用变得更加容易，更加智能化、系统化，从而基本上满足了目前环保数据分析处理的智能化要求，让环保变得更加科学化、高效化，也是当前解决环保问题的重要途径。

关键词：物联网技术；智能化；智慧环保；环保物联网

物联网技术的日益普及，不仅带动了人们工作和生活的智能化，也带动了环保信息化产业的迅速发展，让传统的环境保护也走上了信息化、科学化、智能化的发展道路[1]。如何将环保设备接入互联网，已经成为目前公众主要关心的话题。在万物互联的现代化社会，为了避免由于盲目互联而造成的无序互通状态，需要一种规范化、标准化的管理平台来对物联网设备进行部署、扩展和维护，环保监测设备同样也不可避免要接受这一规范和标准的制约。下面就以连入物联网的环保监测设备为研究对象，分析物联网技术在环保数据监测和分析应用过程中的系统问题。

1 研究的背景、意义及现状

近年来，随着射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）、智能感应及嵌入技术的广泛应用，物联网已经成为衡量国力的重要因素，智慧环保的概念也开始深入人心。目前，国内的智慧物联网软件体系已经可以为环保物联网提供清晰的设计和应用思路。除此以外，也可以为环保物联网提供具体详细的实践参考案例。基于智能芯片的环保物联网不仅可以充分发挥前沿科技的实效，还可以为其他传统行业提供物联网嵌入式系统研究的参考案例。

随着国内《“十三五”生态环境保护规划》的出台，我国生态文明建设的形势也日益明朗，要从源头上彻底解决环境的污染问题、改善已被破坏的生态系统，就要加强科技方面的创新，让环保治理体系更高效、更完善，才能更好地解决环境污染的问题[2]。从物联网在环保行业中应用的历史来看，国外的相关研究要早于国内，早在2007年美国就开始了这方面的研究，所以要借鉴国外相关研究的优势，结合国内的实际环境状况来制定出适合国内环境保护监测的研究方案。

2 物联网技术相关的概念

物联网技术的三层架构主要包括感知层、网络层和应用层。其中感知层主要是相关的物理设备，比如传感器、监控摄像头、定位跟踪设备、M2M终端以及二维码或RFID标签的读写器等，主要完成数据信息的收集和存储工作。网络层则主要由互联网、移动互联网以及其他相关的通信网等组成，主要完成数据信息的传递工作。应用层则主要包括智能家居、环境监测公共案例、智能交通以及远程医疗等方面的应用，主要完成参数据信息的分析和处理工作。

3 物联网技术在环保监测系统中的应用

在适应从“数字环保”到“智慧环保”转变的过程中，物联网技术扮演着一个不可或缺的重要角色，从环保数据的感知、采集到环保数据的传输、存储，再到环保数据的分析、处理，都离不开物联网技术的支持。环保监测系统的物联网不同于传统的工业物联网，其软件的体系结构、硬件系统组成以及配套的软件平台，都与传统的工业物联网有着非常大的区别。下面就从这3个方面进行详细阐述，以便能够区分环保物联网与传统工业物联网，同时也为后来者的研究提供参考的依据。

3.1 环保物联网的总体体系结构

避开传统物联网功能单一、扩展性较差以及软硬件升级困难的缺点，环保物联网采取一种新型物联网网关总体体系结构，以应对环保物联网更为复杂的功能实现要求[3]。这种新的体系结构主要通过分层设计来实现，自上到下分别为分析应用层、设備管理层、网络传输层以及现场设备物理层，其详细体系结构如图1所示。

3.2 环保物联网的软件体系结构

为了适应总体体系结构的分层系统，环保物联网的软件体系也采用自上而下的分层结构，分别是应用层、应用支持层、操作系统层、驱动层以及硬件层等5层[4]。应用层的主控模块主要由日志记录模块、互联网接入模块、传感器数据采集模拟以及环保设备管理模块组成。应用支持层主要是系统初始化的脚本，具体包括嵌入式的数据库、Java开发工具包（Java Development Kit，JDK）、第三方平台接入的接口、链接库等。操作系统层则主要由虚拟文件系统、网络服务、内存管理、进程管理以及设备管理等模块组成。驱动层主要包括存储模块、以太网、通信模块以及外部传感器的驱动程序等。硬件层主要由驱动层对应的硬件设备组成，主要完成各项环保数据的收集。

3.3 环保物联网的硬件系统组成

为了能够完成各项环保数据的收集工作，最下层的现场设备物理层需要购置各种环保监测设备[5]，比如污水处理设备、有害气体检测设备、大气污染监测设备以及土壤监测设备等，除此以外还要购置相关的仪器仪表、视频监控设备、传感器件以及用于网络传输的配套网络设备。其中，传感器件不仅包括温湿度传感器，还要有地理位置传感器以及风向风力传感器等。当然，随着科技的迅速发展，这些传感器件都可以嵌入到视频监控设备或污水处理设备等其他处理或监控设备上，所以采购员可以直接购置包括这些功能模拟的环保监测或检测设备。

4 结语

利用物联网技术来完成各项环保数据的收集、传输、存储、分析以及处理工作已经成为环保信息化发展的必经之路，也是不断探索和实践环保创新工作不可逾越的环节。随着数字化技术的逐步深入应用，环保物联网必将成为日后环保工作发展的趋势。但是由于时间、精力及能力的限制，只详细阐述了环保物联网的相关概念及构建体系架构，并没有开发出对应的配套监测平台，有待继续深入地分析和研究，以期能够为我国的环保事业作出贡献。

[參考文献]

[1] 王建伟.智慧环保在城市环境治理中的应用研究[J].环境与发展，2019，31（7）：239-240.

[2] 邱连勇.环境监测工作面临的挑战与物联网技术的应用[J].资源节约与环保，2019（6）：39.

[3] 殷建磊.物联网技术在环境监测中的应用[J].计算机产品与流通，2019（2）：133.

[4] 胡文彦.环保物联网技术及其应用探讨[J].资源节约与环保，2018（11）：125.

[5] 宋凯.面向环境保护的智慧物联网关及平台设计与实现[D].北京：北京工业大学，2018.

Research on environmental monitoring system based on Internet of Things technology

Chen Feiming

（Xinxiang Lantian Environmental Technology Co. Ltd.， Xinxiang 453000， China）

Abstract：With the increasing attention of national and local environmental protection departments to environmental protection issues， various environmental protection business application platforms have been applied in environmental protection work. A large number of environmental protection data are collected， stored， analyzed and applied， but because these information is not centralized and systematic enough， there is a problem that there is a lot of information， but it can not be effectively applied. The emergence of Internet of Things technology makes the collection， storage， analysis and application of environmental protection basic information easier， more intelligent and systematic， which basically meets the current intelligent requirements of environmental protection data analysis and processing， and makes environmental protection more scientific and efficient， which is also an important way to solve environmental protection problems.

Key words：Internet of Things technology； intelligent； intelligent environmental protection； environmental protection Internet of Things