物联网在环境中的应用

物联网技术在环境保护中的应用

1、构建环保领域物联网体系

? 物联网作为一个系统，与其他网络一样，也有其内部特有的架构，其结构主要有三层：

? 一、感知层，通过 RFID技术、传感器、二维码等物联网底层传感技术，实现物体信息实时获取，并通过传感网络；

? 二、网络层，通过将互联网、3/4G网络、短波网等多种网络平台的融合，构建物联网网络平台，将感知层采集到的信息实时准确地传递至环保信息中心，并对数据清理、整合、汇总，处理各种机械或人工造成的异常；

? 三、应用层，把感知层采集的信息，根据各功能模块需要进行智能化处理，实现污染的早期预警、治理IDE自动调节、环保信息的实时发布等环境物联网应用功能，并补救各种不稳定的技术结构，和程序、硬件以及网络的错误、调整数据采集传感器不稳定的工作环境。

目的:一方面延长污染环境预警时间，另一方面为环保部门治理环境污染提供可靠的决策依据。

2、水文监控

水文监测系统适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测。监测内容包括：水位、流量、流速、降雨(雪)、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等。系统采用无线通讯方式实时传送监测数据，可以大大提高水文部门的工作效率。

系统组成
　　水文监测系统由监测中心、通信网络、前端监测设备、测量设备四部分组成。
　　监测中心：由服务器、公网专线(或移动专线)、水文监测系统软件组成。
　　通信网络：GPRS/短消息/北斗卫星、Internet公网/移动专线。
　　前端监测设备：水文监测终端。　　
测量设备：雨量传感器、水位计、工业照相机或其它仪表变送器

系统功能

? 管理功能：具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。*
　　采集功能：采集监测点水位、降雨量等水文数据。
　　通信功能：各级监测中心可分别与被授权管理的监测点进行通讯。
? 告警功能：水位、降雨量等数据超过告警上限时，监测点主动向上级告警。
　　查询功能：监测系统软件可以查询各种历史记录。
　　存储功能：前端监测设备具备大容量数据存数功能;监测中心数据库可以记录所有历史数据。
　　分析功能：水位、降雨量等数据可以生成曲线及报表，供趋势分析。
　　扩展功能：支持通过OPC接口与其它系统对接。*

2 、水处理远程监控

部分企业污水处理厂分布分散，互相距离遥远。按照常规的运营管理模式，各厂均配套生产车间、设备维护车间、技术部、化验室以及办公后勤等机构，独自运营污水处理厂。生产管理、专业技术资源无法实现共享，公司总部对各生产厂生产信息得不到及时把控，大量的管理成本消耗在克服空间距离上。为了解决上述问题，公司提出建立污水处理厂之间的物联网系统，运用现代科技手段，使污水处理厂生产管理得到提升，提高管理效率。
　　建造完善的污水处理厂物联网，就要把各种设备和仪表并入互联网，进行远程监视和控制，自动生成各类生产参数、生产报表和历史曲线，记录主要设备运行现状，建立设备运行档案，在数间污水处理厂中任何一间都可以对其它厂生产实现远程控制。
　　其中包括以下部分：
　　完善各厂的自控系统*
　　组建光纤网络
　　视频监控联网
　　组建生产信息管理系统(污水处理物联网系统)
　　应用效益：
　　建立了污水处理厂新的管理模式
　　强化了专业技术水平
　　减低生产成本
实现信息共享*

3 、节能减排

通过对建筑各个能源消耗指标的报警监控机制，可以实时掌握整个建筑能源的消耗情况，从而为合理分配与使用能源提供第一手的参考数据，整个监控平台主要包括能源实时监控、重点能源消耗设备监控、能源分项统计、能源消耗率分析、能源消耗趋势分布分析、数据查询等几部分，使有关部门准确的掌握能源成本比重和发展趋势，制定有效的节能措施与策略。
　　该系统特点：
　　够实时监测整体建筑的能源消耗情况，并可以进行精细化管理;*
　　监测二氧化碳的变化情况，为温室效应的发展提供数据支持;
　　通过对水、电、气、热量等多类能耗监测，使消耗数据更加透明化;
　　通过获得各类消耗数据为其他更高级应用提供数据支持;
　　为将来建筑设施的节能改造提供数据帮助;
　　通过对监测的耗能数据的统计与分析，掌握能源消耗的变化趋势状况;
　　通过分析为将来建筑能耗成本的结构优化，提供依据。

物联网技术在环境监测中的应用

1 、大气监测

? 对大气的监测一般可采用固定在线监测、流动采样监测等方式，可在污染源安装固定在线监测仪表,在监控范围内按网格形式布置有毒、有害气体传感器,人群密集或敏感地区布置相应的传感器。这样，一但某地区大气发生异常变化,传感器就会通过传感节点将数据上报至传感网，直至应用层的“云计算”,根据事先制定的应急方案进行处理;对于污染单位的排放超标，物联网可实现同步通知环保执法单位、污染单位，同时将证据同步保存到物联网中，从而可避免先污染后处理的情况。

2、水质监测

? 对水质监测包含饮用水质监测和水质污染监测两种。饮用水源监测是在水源地布置各种传感器、视频监视等传感设备，将水源地基本情况、水质的PH值等指标实时传至环保物联网，实现实时监测和预警;而水质污染监测是在各单位污染排放口安装水质自动分析仪表和视频监控，对排污单位排放的污水水质中的BOD5、CODcr、氨氮、流量等进行实时监控，并同步到排污单位、中央控制中心、环境执法人员的终端上，以便有效防止过度排放或重大污染事故的发生。

3 、污水处理监测

? 西安市目前已经建设有两个污水处理厂。但对于污水的进水监测和出水监测大多还是依靠工作人员在入水口和出水口定时采样进行化验，不但费时、费力，而且对于进出水质的监测不是持续在线监测，使处理厂水处理设备不能达到最经济的运行状态。在污水处理厂的入水口和出水口设置多种传感设备，可实现对进水水质和出水水质、流速、流量等持续的监测。

? 从技术发展方向看,还可同时在污水处理的各个环节增加视频监控和各种传感设备及污水处理设备的自控设备,构建多个传感网节点，控制各污水处理流程中的水质，若水质不在预设的控制范围内，传感网节点便可根据处理的数据发送控制信号给污水处理设备的自控设备，以调整各污水处理设备的运行状态，使污水处理设备始终处于最经济的运行状态，同时也减少了工作人员的编制。

? 构建环境保护物联网的各种应用领域，最主要的是选择适合的传感器，依托最优的无线传输技术形成传感网，根据对数据安全性的要求通过预定的网关接入网络层，并将数据传输到应用层的“云储存”。

4、土壤监测

? 物联网在避免过度滥用土地方面的一些关键用途是采用智能农业。利用物联网技术不仅可以控制生产，而且可以保护土壤。生产性耕作对自然有着巨大的积极作用。正在利用创新技术通过传感器控制收割或苗圃用水系统。例如，加利福尼亚南部的规划水系统正在被作为一种方法来传达，以对抗间歇的干旱季节，根据土壤状况供水。相关的自动机也同样被派去培养。除了提供空气中的土壤状况信息以补充土壤传感器数据之外，他们的车载传感器帮助牧场主提高堆肥和植物保证项目的利用率。

5、能源效率监测

? 信息和通信技术授权的大气救济程序2021年可减少16.5%的全球环境变化。没有其他的大气减缓系统能像现在这样强大。这些升级包括智能家居和智能建筑活力管理、家庭机器的有效利用、敏锐的矩阵小工具、与协调相关的资源跟踪以及动态调整速度的精明现代引擎，这些引擎仅列出了物联网在能效方面发挥关键作用的几个案例每年增加数百万台连接设备的能源消耗是巨大的，而且是无法监督的。创造物联网，最大限度地减少能源需求和环境影响，这符合每个人的利益。在不久的将来，低功耗传感器将能够在超过当前物联网能力的条件下工作。除了可以在地下工作或可以部署在距离最近的天线很远的地方，电池寿命将延长到数年，从而减少对能源的影响。

6、废弃物监测

? 智能城市计划的蓬勃发展，废物管理将发挥非常重要的作用。在目前的情况下，废物管理过程一团糟，政府正努力寻找环保处理的方法。用于废物管理的物联网解决方案和设备围绕两个主要好处展开：确定收集废物的最佳时间和确定卡车应遵循的路线。这两个优点可以减少处理潜在废物堆积问题所需的时间。在废物处理方面，物联网等技术可帮助城市管理部门控制定期处理的废物量，从而避免最终残渣堆积和用于其他发展活动，如道路建设或向发电站供应残余气体等。

7、农业用水监测

? 农业是世界上最大的用水者。根据世界野生动物基金会的一项研究，农民使用了世界70%的淡水，但60%的淡水被浪费了，原因是灌溉系统漏水、使用方法低效以及种植口渴的作物。传感器和执行器的部署为农民提供了更高的操作可见性，使他们能够通过评估包括温度、水压和质量在内的一系列指标来优化用水并最大限度地减少浪费。通过在家庭和公寓中安装智能水传感器，还可以在消费者层面上实现物联网水资源管理。这些设备，再加上数据分析，可以让居民更清楚地了解他们的用水量，有可能节省资金并保护这一宝贵资源。使用物联网技术的解决方案有三个方面：使用精确农业技术提高吸收率；部署自动化技术以减少人力需求和成本；部署无人机以确定绘图模式、景观设计和时间安排。

8、自然灾害监测

? 物联网的传感和连接元素也被广泛用于预防和减轻自然灾害的影响。在这里，各国正在使用互联网将成千上万的传感器连接到基于云的服务器上。这些传感器探测地震震中附近的运动，并将数据传送到中心，这些中心可以向居民发出警报。全球许多公司都在使用物联网来预防损害。例如，压力感应电子探针设计用于检测用户穿透积雪地面所需的阻力水平。测量到的水平几乎是在液晶显示屏上即时读取的，可以用来确定发生雪崩的可能

9、海洋监测

? 物联网技术在海洋监测中的应用主要是通过传感器以及互联网实现，在此过程中，需要在监测海域安置无线传感器利用传感器的各个节点来对海洋中的营养盐、重金属污染物、农药等污染物质信息进行采集和监测，然后利用无线发射装置来对采集到的污染数据信息进行传输，最终在监测中心对相应的数据进行处理，这就形成了一种以物联网技术为基础的海洋智能监测系统。在这种海洋监测系统中，不同类型的传感器都能安装在节点上，并且传感器的安装也可以在水上或水下进行实时的调整，尽可能的满足了不同监测点的物质监测需求。

10、生态监测

? 物联网技术不仅在大气以及水质污染的监测中发挥着重要的作用，也可将其应用于生态监测过程中，提高监测的整体质量。在环境的生态监测中，物联网技术首先会对监测区域进行明确的划分，每个区域再分成不同的分簇；然后利用物联网系统对每个分簇的温度、湿度等情况进行分析，通过物联网系统的传感器将收集到的数据传送到监测中心；最后，监测中心的相关工作人员对收集到的所有数据以及监测信息进行分析，以为生态环境的稳定发展奠定基础。由此可见，将物联网技术引入生态监测过程中，可以对地区的生态情况进行远程监控，监测数据的可靠性可以得到保证，而且通过网络系统传送数据也有效提升了数据传送的速度。在此过程中，监测中心相关技术人员还可以在监测区域设置二维定位表，对数据的传送进行进一步的优化，尽可能降低网络资源的消耗。因此，在当前快速发展的社会经济背景下，要想尽可能的改善当前的生态环境污染问题，就必须要将物联网技术应用到生态环境监测中，通过网络化的手段开展相关监测工作，以促进监测水平的提升，从而为我国生态环境监测工作的有序推进以及环境的稳定发展奠定基础。