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摘 要：现如今互联网技术迅猛发展，我国科技水平明显提高，综合国力不断增强。在发展的同时也对环境产生了一定的影响。物联网技术作为互联网技术之后一次新的信息改革，在保护环境和整治环境中发挥着重要的作用。与传统的环境监测方 式相比用物联网对环境进行监测具有监测范围广、监测时间长、监测数据具有时效性、准确性等特点。并能很好的解决环境复 杂情况下监测困难的问题。本文结合当前物联网技术在环境监测中的应用，并对未来物联网技术在环境监测领域的发展前景进 行了分析和讨论。
关键词：物联网技术 ；技术应用 ；环境监测
Exploration of Internet of Things in Environmental Monitoring
ZHANG Wei
(Zhejiang Shuren University, Nantong Jiangsu 310015)
【Abstract】： Nowadays, with the rapid development of Internet technology, Chinas scientific and technological level has been significantly improved, and the comprehensive national strength has been continuously enhanced. At the same time, the development has a certain impact on the environment. Internet of Things technology, as a new information reform after Internet technology, plays an important role in environmental protection and remediation. Compared with traditional environmental monitoring methods, the Internet of Things has the characteristics of wide range, long time, timeliness and accuracy of the data. At the same time, it can solve the problem of difficult monitoring in complex environment. Combined with the current application of Internet of Things technology in environmental monitoring, this paper analyzes its development in the field of environmental monitoring.
【Key words】： Internet of Things technology;technology application;environmental monitorin
1 物联网
1.1 物联网的概念
物联网是通过互联网技术将事物与事物连接起来的 技术。因此，物联网是在互联网的基础上发展起来的一 种信息技术。物联网内包含有大量的硬件设备和软件系 统，例如智能传感器、射频识别、激光扫描仪、全球定 位系统、遥感等信息传感设备及系统，目的是为了能够组件物体与物体之间的短线程的无线通信。物联网内所 有对象都是按照约定的协议连接到互联网进行信息交换 和进行相互通信的，按照此约定才能够实现具有各种智 能化功能的大型智能网络。
网络层、感知层和应用层为物联网的三个基本的层次。其中网络层由中心网络和通信网络为重要的构成元 素，实现了智能化的指控，快速的信息处理及反馈等功 能 ；感知层由各种传感器设备构成，例如红外传感器、 超声波、摄像头等可感知设备组成，可以实现快速的监 测、采集反馈各类物体的数据 ；最后是应用层，是将物 联网的技术运用到现实的生活中，给人们提供更加便 捷、高效、智能化的生活和工作环境。物联网技术可以
不受时间和空间的限制，信息的传输效率与传送质量在 物联网技术的加持下得到了极大的提升，人们只需要在 终端便可以操控和检测一切需要观察或操控的物体。
1.2 物联网的发展
物联网与我们熟知的 GPS 定位技术存在着很大的差异，GPS 定位技术仅仅是对人的位置进行一个搜索显 示，而物联网则是利用各种不同功能的传感器组成的一 个全面的控制和检测系统。1999 年，美国麻省理工学 院 Auto-ID 实验室首次提出了“物联网”的概念，通 过 RFID 技术将传感设备和网络连接 [1]，组成智能化识 别和管理的系统。而国内的“物联网”概念于 2012 年 1 月在陕西某大学的论坛上首次提出。
2 环境监测的基础设施
随着时代的发展，通过物联网对环境进行监测的方 式也在不断变化，变化的依据是由技术的发展和环境的 情况及监测对环境是否会产生影响来决定的。
环境监测现阶段主要使用在以下三个方向 ：（1）对 各类工厂进行环境监测，养殖场进行土质、水质监测， 城市空气质量监测，对废弃物进行放置和利用等活动时 对环境的影响进行监测 ；（2）可以对环境要求高的保护 区域进行监测防止区域内出现未经授权的对环境有害的 活动和非法的行为 ；（3）进行天气监测，实时显示天气 信息。
所以，对以上的三个方向是通过不同的目的和时间 的长短进行的分类的，从环境的监测数据中可以通过数 据分类得出最符合当前环境特征的一组数据，由此数据 可以生成警报或者新闻 ；长时间的监测或者从一个特定 的方面对监测的环境给出动态的环境信息 [2]。上面的监 测活动都是为了在特定时间和特定位置揭示某些情况， 以及时的预测和预防。
通常，以上的检测活动是通过一些常用的调查仪器 来进行的。
（1）各种传感器组成的网络，用于监测不同的环境 值进行综合判断或对某一值进行具体分析，其中就包括 气压、水、空气、土壤、PM2 或 PM5 污染颗粒在空气 中的含量等多种类别 ；
（2）SCADA 系统，是用于对传感器获取的数据进 行分析解释，将分析的结果打包并发送到网络或者终端 方便科研人员进行分析 ；
（3）对数据进行传输所使用的无线网络技术，使传 感器监测到的数据传输到天线，并且及时把数据传输到 数据储存中心进行存档。
3 我国环境监测的存在的问题
任何的监测工作对时效性都有较高的要求，这样才 能确保数据的准确性。同样对于环境工程也是同样重要 的。还有对于数据的准确系统的处理都对监测的传感器 和硬件设备有着极高的要求 [3]。如今我国环境监测存在 着网络的速度慢、没有全方位的对环境进行监测和许多地方还是延用以前的人工监测机制的问题。
有些地方开始使用物联网对其环境进行监测，但其 中物联网监测环境所使用的通常是特殊的专用网络，这 种网络有速度慢的特点，因为所使用的网络协议是非标 准协议，现在的物联网的网络通信大多使用 ISO/OSI 协 议，这种协议会降低数据的可靠性。物联网环境监测现 在还是单组监测，没有形成多组监测整体分析的全面监 测系统，所以不能全面的对环境进行监测。但随着物联网技术不断的成熟，这些问题都可以得到很好的解决。
4 物联网在环境监测中的相关应用
物联网技术应用于环境监测所采集的数据是由各类 不同种类的传感器进行收集，收集到的信息可以通过物 联网传送到终端让科研人员进行分析。由于物联网技术 有不受时间、空间的限制，随着科技的进步传输速率和 准确性得到了大幅的提升。这对于环境监测有着重大的 意义。
4.1 海洋环境监测
2009 年，中国共建立了省级和市级污染监测中心 306 个，并对全国各地约 2665 家公司进行了自动环境 监测。中国香港科技大学、清华大学等多所高校战略合 作，监控和处理森林重要生态指标。联合研发了名为 “绿野千传”的生态林业物联网，并使用了 1000 多个监 测点。中国海洋大学和中国香港科技大学共同开展研究 活动，为监测海洋生态环境，设计了无线传感网络平台 Ocean Sense。Ocean Sense 系统平台上现有数十个监 视点 [4]，其所收集的海洋生态参数对保护海洋生态环境 和科研人员对海洋生态的研究做出了一定的贡献。
由于海洋面积大，加上海上情况复杂多变，一般采 用无线通信技术加上传感器对海洋环境进行监测，监测 内容主要包括化学反应所消耗的氧气、重金属和有机物 的污染程度、海水中营养盐的含量等，海洋环境监测对 于其他环境监测来说存在的一定的难度。
4.2 大气环境监测
流动监测和在线监测是目前大气环境监测的两种主 流形式，其中在线监测目前应用的较为广泛，因为其能 够对大气环境监测工作之外还能够对大气进行预测。对 大气进行预测是通过合理放置专门测量大气的传感器通过传感器获取的二氧化硫、悬浮颗粒物 TSP、氮氧化 物 NOx 等大气污染物在大气中的含量，经过系统初步 分析和专家分析就能够采取具有针对性的有效措施对当 前大气污染存在的问题进行治理。如监测地区的污染 物浓度超出禁戒值则会出发报警，并利用摄像头进行 及时的现场取证，保存证据。这对空气治理有着很大的帮助。
4.3 水质环境监测
水作为人们日常生活中必不可少的关键资源，所以 水质环境监测是至关重要的。对于水质环境监测主要包 括生活用水的污染情况监测和工业用水的水质情况的监 测，而且水质情况的监测是不断变化的，所以需要长时 间的实时监测。随着物联网近年来的不断发展，物联 网运用在水质监测领域中的应用也越来越多。物联网在水质监测中分为三个部分，分别是由传感器组成的感知 层，其目的是为了采集水质的实时情况 ；网络层则负责 对传感器采集到的数据进行传送 ；应用层也是终端，是 对由网络层发过来的数据进行分析。近年来也有许多的 专利，基于物联网的水质监测装置内置有抽水泵，将水 输送到水质探测头进行监测，监测到的数据通过专用无 线网进行输送，内置悬浮球，可以让监测装置能够很好 的漂浮在水面上，这样便于观测装置的位置，也保证了 装置的稳定性 [5]。
4.4 重金属环境监测
重金属污染的整治工作一直以来都是我国急需解决 的重点问题，现如今物联网也在此方面被合理运用，极 大的提高了重金属的污染的改善效率。
基于物联网的土壤重金属在线监测仪器，使用金属 探测针对土壤中的重金属含量进行监测，通过信号发生 器将监测到的数据进行传输，最后实时显示在控制面板 上。此款仪器实现了对重金属的监测，对土壤环境起到 了很好的保护作用 [6]。
5 环境监测中物联网对算法优化的重要性
物联网环境监测的好处之一就是可以将不同传感器 的参数进行整合，通过不同监测方向之间的交叉分析从 而得出更加准确、合理的结论。实现这一过程最重要的 就是核心算法。如今随着互联网的迅速发展，各行各业 都开始运用大数据来对所面临的问题进行分析，庞大 的数据量也造成了数据冗余、不能合理的利用数据等问 题，而且大数据的资源大部分被几大互联网商业公司所 掌握，数据共享也存在问题。所以要想真正意义上的运 用好大数据这个新时代的产物，必须要多部门相互协 调，因此还有很长的路要走。物联网对环境监测所得到的参数也非常庞大，而且环境的参数不是单一的，并随 着时间实时变化的，所以不能用简单的数学公式写成算 法来对监测的参数进行分析。例如分析核电站周围空气 放射性物质的含量，并绘制实时数值曲线。如遇到下雨 天气，空气中的放射性物质就会随着雨沉降，此时传感 器就会检测到放射性含量增加 [7]，可能在当天的某一时间出现峰值，启动报警功能，产生误判。这时就可以建 立数学模型，引入天气这一重要的因素，如发现当天是 雨天，在对比放射性含量在雨天的曲线图，则可以迅速 的排除这一误判，还可以建立其他情况下的数学模型， 根据历史典型模型进行对比，就可以排除许多因素的干 扰，得出准确的结论。
智能化的重要因素就是在于算法，通过更加优化的 算法就能对当前情况进行更加准确的判断，从而变得更加智能化。对算法进行优化不仅能更好的对环境进行监 测，而且还能够不断升级，使环境监测工程不断发展。 目前就有以洞庭湖流域水质、空气环境监测为研究对象 的实例，利用大数据分析技术和物联网技术对整个洞庭 湖的生态环境进行采样分析，并且建立了大数据可视化 平台，使洞庭湖环境的研究取得了技术性的突破。因 此，算法的研究对物联网在环境监测的应用有着非常重 要的地位，建立全方位、多层次的环境监测平台，这或 将成为未来的环境保护的关键因素。
6 物联网在环境监测中的发展趋势
随着科技的不断发展，环境污染的问题也在不断扩 大，变成了人类不能忽视的问题。各个国家也在根据本 国环境的实际情况制定保护环境的相关措施。但是光是 指定相关政策是不够的，如何找出环境污染的根本原因 才是重中之重。主要的手段就是对环境进行全天候的实 时监测，并对数据进行分析。这样既能分析环境污染的 主要原因还能对环境进行保护。所以利用物联网对环境 监测逐渐成为当前的环境监测的主要趋势，主要有以下 几个方面。
6.1 提升空气的监测系统
近年来，空气污染问题逐渐严重。我国也紧急出台 了许多关于空气污染治理的和预防的相关措施。由于空 气污染范围广，污染的种类非常多，所以治理起来有很 大的难度。如何监控成为了空气监测的重要问题，这就 需要不断的加深物联网对空气的监测的深度和广度。深 度即增加空气污染源的监测种类和数量，广度即范围。 所以需要将不同种类的传感器采用协同监测的方式才能 更加高效的对空气监测数据进行合理的分析，从而达到提高整个空气监测物联网数据的准确性和有效性，让不同传感器的数据能够在不同的监测系统中共享，从而解 决空气污染治理中的难题，提高治理的效率。以 PM2.5 在空气中含量的监测为例，应该要划分区域分开治理， 根据产生 PM2.5 的来源和其在空气中的含量对不同的 区域指定合理的监控方案 [8]，使空气环境监测更加系 统，能更好的对数据进行准确的分析。在实际应用时还需要对空气污染的预判体系进行及时的创新和改进。
6.2 构建地表水资源监测系统
我国的水资源大多来自于河流，河流水资源也称为 地表水资源，绝大部分的生活用水 , 工业、农业用水都 是河流供给的，所以地表水资源的监测也是非常重要 的，关乎到人民的健康安全。建立地表水资源监测系统 是对不同区域河流统一协调监控的高效的方法，此系统 采用物联网对水质进行监测，实现大范围多河流统一协调监测。采用不同传感器对河流中的重金属含量、PH 值、溶解氧等指标进行监测。传感器的位置需要根据河 流的位置并结合水流方向、水流速度等因素进行合理放 置，才能使监测出来参数具有准确性、实效性和直观性。
6.3 构建多因素协同的物联网环境监测共享平台
判断环境的好坏从来都不是单一因素决定的，而是 多个因素综合评估的结果。如果想要提升物联网对环境 监测的水准，并提高效率，则必须要构建符合环境评估 标准的科学完善的物联网统一监测平台。此平台数据共 享，人人都可以从平台上了解自己周边的环境状况，提 升公民的环境保护意识，促使全民参与到环境保护中 [9]。 通过此平台可以实现对数据和信息的上传、处理和分 析，并且通过专家系统可以给出具体的建议。多因素的 物联网监测平台可以最大限度的保证分析结果的准确 性、可靠性和高效性，我认为这或可成为以后物联网在 环境监测中的发展趋势。
7 结语
我国如今正在逐步利用物联网的智能化监测的优势 对环境进行保护，并且取得了巨大的进步。但是相比发 达国家还是存在着一定的不足，监控模块精度低、数据 准确性差、系统配置不均衡、系统稳定性差等，这些因 素会对环境监测工作带来不稳定性，对相关研究的工 作也会产生一定的不利影响。现在，在中国大部分的地区还是在用着人工对环境监测点进行实地检测的传统数 据收集方式，这种方式存在着时效性不高，而且效率低 下，不能大范围的对环境进行评估。所以物联网对环境 的监测具有很大的意义，目前我国物联网对环境的监测 的研究还在不断探索中。
物联网技术在环境监测中的广泛应用，加速了我国 环境监测的发展，提升了环境监测的可靠性和时效性。 通过终端平台将所需的数据进行共享，为保护环境和治理环境创造了有利的环境，促进了环境保护的数字化的 发展道路。
参考文献
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[8] 闫涛.基于物联网的空气质量系统设计与应用技术研究[D]. 济南:山东大学,2016.
[9] 靳晋.现代生态环境监测中物联网技术的应用[J].电子技术 与软件工程,2018(10):4．
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