基于物联网的环境在线监测系统的探讨

基于物联网的环境在线监测系统的探讨

曾志坚,叶嘉荣

珠海恒星环保科技有限公司 广东 珠海 519090

摘要：现阶段，我国的物联网技术有了很大进展，在物联网大环境下，在线监测系统是非常重要的一项内容。低功耗远距离无线物联网通信技术的出现，为传统环境监测提供了一种新的解决方案。空气质量作为衡量大气污染程度的重要指标，越来越受人们重视。目前，人工监测存在人力成本高且效率低等问题，自动化监测站存在设备费用高且覆盖率低等问题，因此，建立网格化的小型在线监测系统显得至关重要。本文首先对大气环境在线监测技术概述，其次探讨了环境监测标准，然后研究了大气环境在线监测技术的实际应用，以供参考。

关键词：环境监测；物联网；通信技术

引言

技术人员需要按照相关标准开展环境监测工作，但是传统的监测方式具有效率低、质量差等问题，而在物联网的基础上构建环境监测标准系统有利于提升监测数据处理效率，因此本文将对基于物联网的环境监测标准系统进行简要分析。地理环境随时间变化，受气象、季节、地形等因素的影响，需要设置固定监测点，使用专用仪器在监测点进行数据采集进行定期监测。小微型的物联网环境监测节点具有布置成本低、功耗低、安装便捷等优势，可以大面积布置进行环境监测，弥补了大型环境监测站分布较远的问题。

1大气环境在线监测技术概述

大气环境在线监测技术具有系统性，集计算机技术、遥感技术、高精度测量技术、自动控制技术于一体，监测对象覆盖空气质量、大气污染等领域。大气环境在线监测技术的应用可使人更为及时地发现大气环境污染问题，进而快速做出响应，以免因治理不及时而出现大范围的不良影响。

2环境监测标准

环境监测指的是环境监测机构对环境质量状况进行测定的活动，即通过环境监测指标分析环境质量与环境污染情况。简单来说，环境监测就是环境监测机构利用化学、物理以及生物等手段监视、测定环境质量及其变化趋势的标志数据，并根据监测结果评价环境质量。环境监测具有生产性、综合性、连续性、跟踪性、行为公正性、依法强制性、社会服务性等特点。按照监测对象可以将环境监测分为水质监测、空气监测、土壤监测、生态监测、固体废物监测等类型；按照监测目的可以将环境监测分为监视性监测与特定目的监测这两种类型；按照监测区域可以将环境监测分为区域监测与厂区监测等类型。环境监测是科学管理环境质量的前提和基础，也是环境保护工作中的关键内容，所以环境监测具有严格标准。第一，水质监测标准。水质监测的标准有《生活饮用水标准检验方法感官性状和物理指标》《生活饮用水标准检验方法 金属指标》《生活应用水标准检验方法 无机非金属指标》《生活应用水标准检验方法 有机物综合指标》《生活饮用水标准检验方法 微生物指标》《生活应用水标准检验方法 消毒剂指标》等，技术人员需要根据这些指标监测水的色度、浑浊度、pH、肉眼可见物、总硬度、硫酸盐等情况。第二，空气监测标准。空气监测的标准有《环境空气质量自动监测技术规范》《环境空气质量手工监测技术规范》《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）》《大气污染物无组织排放监测技术导则》等。第三，土壤监测标准。相比于水质监测标准与空气监测标准，土壤监测标准相对较少，常用的有《土壤环境质量标准》《农田土壤环境质量监测技术规范》等，需根据这些标准监测土壤中铁、锰、水分、总磷、总氮等物质的含量及变化情况。

3大气环境在线监测技术的实际应用

3.1物联网云平台

云平台通过VC编程实现界面登录、数据存储以及数据显示等相关操作，绑定硬件设备后，通过无线通信模块实现和硬件设备之间的数据传输。云平台接收到数据后，可以实时显示系统监测的参数，方便工作人员对系统上传的实时级、分钟级、小时级、日级监测数据进行查看，实现远程监控；也可以将上传的数据存储在Excel表中，导出历史数据，方便后期的处理分析。系统将环境大数据汇集到“云平台”，就能为网格化平台提供数据基础。

3.2物联网在水质监测中的应用

水质监测即监测水体当中的污染物浓度并对水质进行评价。水质监测的范围较为广泛，需要对已受污染的水资源以及未被污染的水资源进行监测，在监测时也需要监测能够反映水质状况的综合指标与有毒物质。进行水质监测也需要遵循相应的标准，如《生活饮用水标准检验方法感官性状和物理指标》等。在水质监测中应用物联网主要是对水质进行监测并将监测数据上传到物联网数据中心，利用物联网对数据进行综合处理。

3.3云端节点设计

云端节点实现数据存储、显示与报警。云端节点采用有人云物联网云平台设计，实现数据储存与查询功能，能便捷查询当前数据信息及历史数据趋。云端支持报警推送功能，设定报警规则后，若数据超出规定阈值，即可通过邮件、短信等方式推送报警信息。

3.4系统软件设计

（1）硬件设备上电，中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）执行初始化程序，大气环境监测系统初始化；（2）气体、颗粒物、气象等传感器运作，开始采集大气环境相关信息；（3）采集完毕后，传感器打包数据并实时发送至处理单元，由CPU进行相应的信息处理；（4）处理完毕后的信息由CPU通过无线通信模块实时传递至物联网云平台，再由云平台进行相应操作，如对相应的数据进行处理、存储和分析。在整个流程中，若传感器没有采集完毕、CPU未接收到或未处理完数据等，都将返回至上一步指令重新操作，直至CPU处理完毕。处理完毕的数据，经由无线通信模块传输至监控平台。

3.5系统功能

在系统功能设计过程中，设计人员需要做好功能需求设计与非功能需求设计工作。功能需求设计决定着系统功能是否符合实际业务需求，而非功能需求设计决定着系统运行的稳定性。如果在设计过程中没有明确功能需求指标与非功能需求指标就会导致系统运行较慢，甚至会影响到系统的应用效果。总之，设计人员在设计之前需要多与相关部门沟通交流，了解环境监测标准与监测需求，从而完善系统功能。例如：设计人员可以将污染源管理系统、大气质量监测系统、水环境监测系统等系统模块都融入到环境监测标准系统中。

3.6功耗测试

系统 MAC 协议基于 LoRaMACClassC 协议进行设计，该协议中 LoRa模块在工作模式下未发送数据时均处于接收状态。所以传感器节点在数据采集和等待时间同步阶段均处于接收状态，在数据发送阶段处于发送状态，其余时间均处于低功耗模式中。

3.7电磁地理环境异常变化检测

通过离散Ｆｒéｃｈｅｔ距离方法计算每个采样点的电磁探测数据和前一相邻采样点所构建的电磁频率 － 强度曲线都可得到对应的曲线相似性度量值，如何判定采样点位置处电磁辐射是否存在电磁异常变化现象及异常变化发生的频率范围，可以用相似性度量值和阈值进行比较。用采样点顺序进行局部空间紧邻测量方法，可用于系统采集过程中的实时监测。

结语

利用基于物联网的环境监测标准系统可以提升环境监测的智能化与自动化水平，继而提升环境控制质量。因此，技术人员需要完善系统总体架构、明确系统设计理念并完善系统功能，为环境监测工作的开展提供便利。

参考文献

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