物联网技术在智慧环境监测中的应用研究

韩立 王栓宝 宋胜女 刘苏

摘 要：基于物联网技术的智慧环境监测是实现国家提出绿色环境的重要手段。其核心技术是现代信息技术和物联网技术。该技术结合数据可视化技术、嵌入式技术、大数据、数据挖掘技术等，能实现全自动跨区域多点实时环境监测、数据分析、智能决策，提高生态环境监测和保护工作的质量和效率。

关键词：物联网技术;智慧环境监测;智能决策

1 智慧环境监测的必要性和重要性

“十四五”关于环保方面提出加快推动绿色低碳发展，持续改善环境质量，增强全社会生态环保意识，深入打好污染防治攻坚战。智慧环境监测是把物联网技术[1]应用到环境监测中，实现一体化的监控网络，将数据采集、实时监测、报警系统、信息传递集中于一体。利用大数据和数据挖掘技术深层次地分析和挖掘数据，对工作形成决策辅助支持，从而确保大气环境监测的精准性、实时性，提升我国绿化环境，加强环保水平，为实现我国长远发展的目标提供有利条件。

基于物联网技术的智慧环境监测是典型三层架构，自上而下分别是应用层、网络层以及感知层（见图1）。

感知层完成数据的采集，可定时、定点对某一环境的各个参数以及具体分布情况进行监测和研究，对样本进行相应地分析，以此发现环境中存在的不利因素。组成感知层的是多个信息采集节点即各种硬件传感器智能卡、电子标签、识别码、摄像头等感知设备，将无线传感器[1]网络应用于环境智慧监测领域，具有易于布置、灵活通信、低功耗、低成本等特点。感知层能量采集技术可以克服传统化学电池供电存在的易爆、污染环境、更换麻烦等缺点，还可根据工作环境中可能的能源种类，将两种或两种以上的能量转换方式集成到同一器件，实现更有效地无线传感器供电。

网络层负责监测系统中的数据转发，利用无线网、移动网、固定网、互联网、广电网等传输网络，实现感知层所采集信息的传输与处理，实现多方的交互，是整个环境监测物联网的核心组成部分，主要由监测服务器、远程控制服务器、中转服务器组成。在数据传输过程中，可采用安全系数更高的加密算法。数据整合技术对于减少原始数据的冗余，提高数据传输效率有很大的优势，并且利用数据融合技术也能够有效提高数据信息的准确度，减少因信息模糊或失效等原因造成的损失。

应用层主要包括环境监测的特定应用服务，用于完成信息的分析处理和决策，以实现环境监测信息的识别、感知、分析和预测，发挥智能作用。通过数据可视化技术，完成对数据大屏的实时更新，实时了解环境状态信息，通过大数据和数据挖掘技术挖掘数据深层价值，实现环境监测水平的有力提升，推进环保工作的有效开展。

2 物联网技术在智慧环境监测中的制约因素

（1）物联网技术标准不规范不完善，缺乏标准化的网络应用和普及。受环境因素的影响和监测体系复杂的行业标准的限制，易出现多次重复检测现象，造成资源的严重浪费，目前仍未能实现对环境变化过程的有效监督。因此，需要统一标准规范，加快系统建设，以充分发挥物联网技术的优势[2]。只有提高生产率，制定形成统一的技术标准，才能使物联网技术具有更加的普适性，实现对环境变化过程的全方位的有效监督。

（2）环境监测规模不能满足全面应用的要求，监测能力有限，精确度不高，传感器功能单一。起步阶段的监测系统采用的传感器等设备功能简单，监测能力有限，精确度不高，数据单一，降低了监测的可靠性，各参数之间的变化影响不易发现，实用性难以满足全面应用的要求。此外，现有的通信系统很难与较为先进的技术兼容，信息资源难以整合，无法综合应用。

（3）环境监测从业人员和具有物联网技术综合素质人员太少，技术人员能力有限。监测工作需要专业人员来实现，但从业人员对物联网技术的掌握程序有限，缺乏专业知识和操作能力，无法有效解决物联网技术应用过程中的问题。不能充分体现计算机应有的价值和性能，不能利用大数据挖掘出预警信息，不能更好地做智能决策，故需要重组优化人员结构，令其既懂监测又懂计算机物联网知识。

（4）系统管理水平较低。我国尚不完善的环境监测系统，受体制等诸多因素束缚，系统管理水平有待提高[3]。为使其整体管理水平更加适应实际工作的要求，物联网环境监测系统尤应把完善物联网的体系结构和相关的管理制度作为重任。

（5）检测系统数据无法共享。物联网技术三层中的感知层和应用层产生了大量的数据，但是形成数据无法共享，不能整合资源，统筹安排，对数据不能进行深层次分析与挖掘，不能为监测技术提供科学条件。

3 物联网技术在环境监测中的优化措施

（1）深度挖掘环境监测数据，提供智能决策。现场终端设备监测点、监测数据类型多样化，通过大数据分析和数据挖掘技术从大量的环境监测数据中提取出有用的信息，数据共享，结合类分析法、环境质量证级法、环境预测法对数据进行分析，通过图表形式显示给用户，当达到临界值时可设为预警点，并产生预警提示功能，为不同的用户提供智能决策，提升环保质量。

（2）构建完善的环境监测系统结构。通过物联网技术建立统一的终端设备、数据传输、监测平台物联网工作信息平台，使环境监测数据实现共享。监测平台以监测服务器为中心，根据不同监测人员的需求对接收到的环境监测信息进行不同的处理，通过物联网实现数据的共享，建立分析模型，对监测数据进行分析，制定预警方案和解决方案，建立起事前预警、事中监测、事后处理的完整系统。三层的软硬件都充分发挥物联网先进技术的优势完善监测技术且配合工作，加强技术控制，增加监测范围，完善监测要素[4]，以保证物联网结构中各个环节的衔接和功能的完整，达到监测环境污染、保护环境的目的。

（3）优化环境监测系统界面设计。实时获取监控数据，进行数据传递、预警预测以及信息决策，设置不同的访问权限以保证数据的安全，对监测点进行充分地考察，了解监测需求，自动对数据进行分析，确定预警类型，制定清晰的系统设计目标，实现远程实时监控、数据的采集、存储共享，深度数据挖掘，优化数据库的设计，优化整合环境监测信息，跟踪显示数据图表。

（4）建立智慧环境监测数据库。智慧环境监测数据对环境决策起着指导性的作用，建立数据库存储大量环境信息用于大气环境的分析和治理。据根准确的信息资源、可靠的数据分析，开展数据挖掘，提升动力环境监控效能，对监测节点和工作人员做出具体的指导和方案。

（5）培养高素质的智慧环境监测队伍。国家加强专业人才培养建设，培养既懂物联网技术又懂环境监测的综合素质人才，提高知识和技能水平。在高校环境监测专业增加大数据、物联网课程，培养环境监测人员的信息素养，确保环境监測人员掌握运用物联网技术的能力，不断促进环境监测工作有效性的提升

（6）提升智慧环境监测保障。政府应加大资金投入，推进制度体系的发展和完善，强化专业人才的技能支撑，提升质量管理的思想意识，提高传感器等设备的精准度和适用范围，努力研发先进的物联网设备，加强物联网共享平台的建设，建立健全物联网监控数据共享平台。

基于物联网技术的智慧环境监测，可以实现动态管理和控制，进一步提升监测水平。通过互联网实现数据传输，通过大数据分析、数据挖掘进行辅助决策，为环境保护管理部门及需求者提供信息支撑，在环境监测中实现整个系统的无线化，具有较高的经济效益和社会效益。

[参考文献]

[1]郭琼.物联网在环境在线监测系统中的设计与应用探讨[J].内蒙古煤炭经济，2014（1）：13-18.

[2]何刚，王金翔.物联网技术在环境监测中的应用[J].科技资讯，2018（30）：108-109.

[3]蔡靖，牛丽红.浅议环境检测技术存在的问题及对策[J].中外企业家，2020（6）：163.

[4]王海峰.环境检测技术中的问题与对策研究[J].智能城市，2019（24）：128-129.

（编辑 姚 鑫）