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1、 环保物联网系统功能及在我国的应用探讨 张闯摘要 从感知、传输、支撑、应用和用户5个层次对环保物联网进行了详细的描述，同时从系统划分的角度叙述了环保物联网的构成和功能组成，并就其在我国当前的应用中存在的问题进行了分析和探讨，提出了相应的解决办法。关键词 环保物联网；系统架构；应用；发展现状；问题；中国TP391.44；TN929.5 A 1007-5739（2015）12-0331-02Application and Current Status of Environment Protection IOT in ChinaZHANG Chuang（Environmental Monitorin
2、g Center of Liaoning Province，Shenyang Liaoning 110161）Abstract The concept of what was environment protection IOT was described on five respects，which including sensing，transmitting，supporting，applying and using.At the same time，the function and structure of environment protection IOT were also giv
3、en from system dividing. The existed problems and the methods how to resolve were put forward at the last part of this paper.Key words environment protection IOT；system structure；application；developing status；problems；China在我国经济快速发展的同时，环境问题也日益突出，严重制约了经济的健康发展以及人民生活水平的提高。由于我国目前仍然处于工业化的上升期，经济发展给环境带来了严重
4、的影响。“十一五”期间，虽然环保工作取得了一定成绩，局部有所改善，但总体形势依然十分严峻。为实现“十二五规划”制定的污染物排放量减排长远目标，迫切需要健全节能减排统计、监测和考核三大体系，不断完善统计、核算、监测方法，提高能源统计的及时性、准确性和全面性，方便环保部门及时有效地对污染源排放量进行监督，并做到信息公开化，实现全民共同监督。环保物联网技术的发展，使上述目标的实现成为可能1-2。1 环保物联网系统功能概述通常意义上讲，物联网的架构为3层，但如果进一步细分，由下至上，环保物联网可划分为5层，分别为感知层、传输层、支撑层、应用层和用户层。其中，感知层主要是各类智能监控终端、传感器和在线设
5、备，对环境质量和污染源等相关数据进行实时的采集；传输层由有线和无线网络组成，实现环境信息的传递，现在基本由电信运营商网和应急状态下的卫星网构成；支撑层主要是 IT 基础设施，包括服务器、操作系统、数据库和各类通用软件系统，为环保业务提供平台支撑；应用层包括各类具体的业务应用系统，具体包括污染源一体化实时监控、环境质量动态监测、排污许可证管理、环境风险应急处理、污染源动态管控等；用户层是包括各种角色的最终用户，如政府企业、环保机构及社会公众3-5。如果从功能的角度，或者从系统的角度，也可以将环保物联网划分为3个子系统，每个子系统完成特定的功能，同时又互相联系，通过每个系统的接口层实现数据和指令的
6、成熟。1.1 智能感知终端子系统智能感知终端子系统包括各类在线设备、传感器、分析设备及数据采集传输仪。其中，在线设备和传感器、分析设备通过物理化学方法，完成现实世界中各种物理量（如COD、PM2.5、噪声）到模拟量或数字量的变换；数据采集传输仪通过模拟或数据接口，实现与上述设备的数据交换，并按照国家标准（目前为HJ/T212）规定的格式，将信息上传至服务器，传输方式为以太网或者2G/3G/4G网络。但就目前情况而言，采集和传输已经有融为一体的技术发展趋势，二者在物理结构上，也可能是同一台设备。在实际环保应用中，各级污染源企业在数据传输时目前广泛应用的还是符合HJ/T212标准的数据采集传输仪，
7、或简称数采仪，主要完成的功能包括人机交互、业务逻辑、数据库存储3个方面，具体如下：通过数字或模拟接口，调用内置的驱动程序，完成与在线设备或传感器的数据交换，实现环境质量数据的获取；按照HJ/T212标准与平台交互，对接收的指令进行解析和对上传的数据进行协议封装，同时通过扩展协议，实现技术人员对数采仪设备的远程控制和状态监测及故障诊断；技术人员通过人机界面或者远程方式，完成对仪器的系统配置，如量程、补偿系数等，这些配置信息掉电不会丢失；根据实现方式的不同，采用文件、数据库或者序列化的方式实现对测量数据和配置信息的存储；技术人员可通过人机界面，实时获取监测数据的变化情况及趋势，同时也可以通过条件检
8、索，查询一定时间段的历史数据。1.2 基于云计算的支撑子系统传统的环保IT架构中，各业务平台独立建设，均由相应的服务器资源、存储资源、网络资源等构成，各业务平台重复建设以上设备，导致CAPEX较高；同时由于需要满足不同的安全性或者技术要求，在硬软件的选择上也存在多种组合（如服务器：IBM/ SUN/ HP，操作系统UNIX/ Linux/ Windows/AIX，数据库：Oracle/ SYBASE/SQL等）和运维手段（B/S，C/S）等，导致OPEX较高。目前，在环保业务应用中，已经普遍采用了云计算技术取代传统的硬件部署模式，通过虚拟化的技术手段，实现对物理资源分配单元的细化，从而达到提高
9、系统分布密度和使用效率，降低对物理设备的需求投入和需求能耗的目的。endprint具体而言，是构造资源池系统，对外提供各类IT资源，包括计算资源、网络资源、存储资源。计算资源由虚拟机资源、物理机资源组成；存储资源主要由磁盘阵列提供；网络资源包括公网IP资源、带宽资源、虚拟防火墙资源、负载均衡资源等，由NAT设备、路由器/交换机、防火墙、负载均衡器等设备提供。计算资源、存储资源、网络资源、本地备份资源之间相互协作对外提供完整的资源使用环境。借助于云服务模式，可达到以下的效果：提高资源利用率，降低能耗；实现更快速的资源管理；减少在IT维护方面的人员投入；更快速地应用部署；按需索取的资源利用方式；新
10、增预算及投入可控。1.3 以污染源在线监控为核心的应用子系统该子系统主要通过集成多个相应的服务模块，实现为不同的角色服务。主要包括污染源档案管理、一体化实时监控、有效性审核、风险源管理、排污许可证管理与排污交易、查询与评价和系统管理等部分，协助政府环保部门对污染源进行综合查询、数据统计、趋势分析、专题分析、数据浏览、报告生成等操作。同时，辅助环保业务部门对区域内的污染源监控设备进行状态评估和健康管理，准确掌握区域内污染物排放量及趋势变化。目前，多个软件系统已经打破原有信息孤岛的局面，实现横向贯通。2 环保物联网存在的问题从20世纪末期开始，物联网技术就开始在环保领域应用。2007年，国家财政部
11、会同其他有关部门，颁布了多项财税政策和制度方法，初步形成了财税政策体系以支持节能减排，并下拨专项资金用于节能减排体系的建设，在全国范围内遴选出重点排污企业，并为之配套在线监控设备，建成覆盖国家、省、市3级监控中心和污染物排放监控网络；在“十二五”规划中，对COD、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等污染源约束指标进行了明确规定，同时制定了量化的节能减排目标，用于进一步的指导和规范节能减排工作。借助于以上措施，保障了环保监控体系信息化建设，同时，在全国范围内也初步形成了环保物联网应用体系。但是，由于技术基础相对薄弱等各方面原因，与发达国家相比，我国环保物联网技术的应用还处于初级阶段，很多方面很不成熟，存在
12、的主要问题有以下几个方面。2.1 前端感知方面目前，市场上已经应用的在线监控设备、智能感知设备和数采仪技术含量低，功能单一，测量精度难以保证，可靠性、环境适应性和智能化程度等有待提高和改善。2.2 支撑平台方面很多在信息领域或工业上已经得到大量应用的成熟IT技术在环保领域的应用还不是很普及，而且由于行业限制以及重业务轻管理的思维方式，使得新的IT技术在环保领域的更新速度较为缓慢，例如目前对社会各界广泛关注的PM2.5的监测，几乎没有成熟的分析、预测模型，使得预报的精度难以保证，大数据等技术手段也仅仅停留在概念阶段。2.3 上层应用方面环保物联网是复杂系统，需要将信息技术与环保业务密切结合，而当
13、前一个非常突出的问题是由于历史原因，不同的环保管理部门各自上了大量独立的软件系统，由于没有统一的规范或者标准，而且这些系统是不同的公司、不同时期的产物，无法横向贯通，导致信息孤岛现象严重，不仅造成资源和成本的浪费，更与其他已有系统难于融合协作，信息共享困难。2.4 人才培养方面由于环保领域工作人员的专业限制，缺少既懂环保又懂信息技术的人才来统筹和推动环保物联网的顶层设计与具体实施，而从事信息技术的开发人员，由于环保专业知识的欠缺，又很难确切理解环保的业务需求，从而阻碍了新技术在环保领域的应用。2.5 国家政策法规层面环保物联网的发展，离不开国家法律法规的进一步完善，政策指令的进一步引导，以及各
14、方资金的持续投入，以形成良性循环和可持续发展。3 结语纵观全球，环保物联网的发展方兴未艾，国外已经有了很多具体的应用案例，在污染防治、生态保护等领域发挥着巨大作用。而在我国，环保物联网还未大量运用的主要原因是由于物联网自身的理论、技术还不够完善，暂时还无法真正体现出新技术对于环保工作的颠覆性促进作用，但相信随着科技人员的不懈努力，物联网各项技术的日趋完善，大量成熟的产品和应用将越来越多地出现，同时也将环保物联网在我国的应用推向新的高度。4 参考文献1 罗倩.辽宁太子河流域非点源污染模拟研究D.北京：中国农业大学，2013.2 彭湃.农业非点源污染典型防治措施评价研究D.北京：北京林业大学，2013.3 夏军，翟晓燕，张永勇.水环境非点源污染模型研究进展J.地理科学进展，2012（7）：941-952.4 陈勇，冯永忠，杨改河.农业非点源污染研究进展J.西北农林科技大学学报（自然科学版），2010（8）：173-181.5 张新，程熙，李万庆，等.流域非点源污染景观源汇格局遥感解析J.农业工程学报，2014（2）：191-197.endprint -全文完-
