基于物聯(lián)網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測及分析系統(tǒng)0222

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測及分析系統(tǒng)梁艷，俞旭東，謝凱（南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇南京211106）[摘要]:基于物聯(lián)網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測及分析系統(tǒng)集傳感器、測控、通信、計算機(jī)應(yīng)用、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)了“測得準(zhǔn)、傳得快、說得清、管得好”的總體目標(biāo)，可為水環(huán)境管理、水功能區(qū)管理、污染物減排和總量控制提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)可方便接入其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高環(huán)保部門環(huán)境監(jiān)察、管理能力，增強(qiáng)應(yīng)對突發(fā)性污染事故快速反應(yīng)能力，滿足環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管

2、理的業(yè)務(wù)需求。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；水環(huán)境監(jiān)測；水環(huán)境分析0引言引言隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)概念的興起，將物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測融合已成為環(huán)境監(jiān)測與管理新的發(fā)展趨勢[1]。環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、視頻監(jiān)控等信息通過具有定位功能的傳感器、智能監(jiān)測分析儀器等感知設(shè)備進(jìn)行采集后，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通道實(shí)時傳輸至信息平臺進(jìn)行存儲和分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理部門對水環(huán)境信息的實(shí)時監(jiān)控，同時實(shí)現(xiàn)其對監(jiān)測站點(diǎn)測控、數(shù)據(jù)傳輸裝置及排污口閘門等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和工況監(jiān)測，增加系統(tǒng)

3、運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，有效防止和應(yīng)對突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用使得環(huán)境監(jiān)測與管理更加便利和準(zhǔn)確[23]。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測以實(shí)驗室監(jiān)測為主，還包括便攜式儀器現(xiàn)場人工取樣檢測和固定監(jiān)測站點(diǎn)連續(xù)取樣監(jiān)測[4]，各方式分別具有其優(yōu)缺點(diǎn)。如實(shí)驗室監(jiān)測響應(yīng)時間長，檢測頻次有限，但監(jiān)測參數(shù)全面且分析結(jié)果精確；自動在線監(jiān)測投資運(yùn)行成本高，但監(jiān)測及時，預(yù)警能力強(qiáng)等。物聯(lián)網(wǎng)將3種監(jiān)測手段結(jié)合起來，充分利用傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)、無

4、線通信技術(shù)等，快速有效獲取大范圍（甚至是整個水域）水質(zhì)信息并對這些信息進(jìn)行綜合挖掘利用，作出整體有效的評價[56]。水質(zhì)信息的快速準(zhǔn)確獲取以及數(shù)據(jù)的高效利用是水環(huán)境監(jiān)測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用的關(guān)鍵。水環(huán)境監(jiān)測及分析系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)感知技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、Web發(fā)布技術(shù)，以智能傳感器為基礎(chǔ)，結(jié)合自由組網(wǎng)傳輸方式將采集數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)境業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)對業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展，其業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊依據(jù)水質(zhì)規(guī)范，對監(jiān)測項目各種

5、動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性地分析和評價，實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控預(yù)警；并且根據(jù)內(nèi)置的各種水質(zhì)模型，為污染物總量控制、水功能區(qū)環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)及技術(shù)支持，提高環(huán)境管理部門監(jiān)察監(jiān)管能力，增強(qiáng)其應(yīng)對突發(fā)性污染事故快速反應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測管理“測得準(zhǔn)、傳得快、說得清和管得好”的總體目標(biāo)。采用模塊化設(shè)計，將采樣、監(jiān)測、通訊等功能單元模塊化，串行接口標(biāo)準(zhǔn)采用RS485，可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集平臺按多線程設(shè)計，采用模塊化設(shè)計方案，可通過DLL（動態(tài)鏈接

6、庫）任意擴(kuò)展信道和協(xié)議。（3）自由組網(wǎng)）自由組網(wǎng)根據(jù)測站實(shí)際情況，靈活采用通信組網(wǎng)方式（無線網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)），如大范圍密集測站（監(jiān)測節(jié)點(diǎn)）可通過Zigbee無線網(wǎng)（GPRS、CDMA）方式將采集的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心；監(jiān)控視頻可靈活選用3G網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）或無線網(wǎng)（傳統(tǒng)攝像機(jī)）傳輸至數(shù)據(jù)中心。（4）海量數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用）海量數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用環(huán)境業(yè)務(wù)中心的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)的抽取、數(shù)據(jù)的存儲和管理、數(shù)據(jù)

7、的展現(xiàn)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)挖掘。（5）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計系統(tǒng)依據(jù)Modbus協(xié)議、HJT2122005《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》通信協(xié)議、OPC（用于過程控制的OLE）通信協(xié)議等建立軟硬件之間的通信，實(shí)現(xiàn)智能終端與環(huán)境中心的信息交互。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、通信、接口設(shè)計均遵循環(huán)保行業(yè)統(tǒng)一的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，便于系統(tǒng)的擴(kuò)充及與其他行業(yè)間的資源整合和信息共享。（6）軟件結(jié)構(gòu)）軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件設(shè)計和開發(fā)基于J2EE的分布式計算技術(shù)

8、、中間件技術(shù)及WebService的應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)，采用BS與CS相結(jié)合的架構(gòu)（后臺運(yùn)行或批量處理采用CS），采用統(tǒng)一的系統(tǒng)接口的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（XML），保證配置、數(shù)據(jù)、應(yīng)用的充分分離。3水環(huán)境監(jiān)測及分析系統(tǒng)平臺功能水環(huán)境監(jiān)測及分析系統(tǒng)平臺功能平臺采用基于目前面向網(wǎng)絡(luò)最新計算機(jī)軟件技術(shù)，具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性，能與最新的操作系統(tǒng)軟件平臺、數(shù)據(jù)庫平臺、GIS平臺等無縫接駁，融合了通用人機(jī)界面實(shí)時組態(tài)軟件技術(shù)和SCADA專業(yè)技術(shù)，滿足環(huán)境監(jiān)測

9、中心構(gòu)建分布式實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的需要。3.1數(shù)據(jù)采集、交換與通信數(shù)據(jù)采集、交換與通信在水環(huán)境監(jiān)測與分析系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集采用物聯(lián)網(wǎng)的先進(jìn)技術(shù)，所選用的傳感器、分析儀器、監(jiān)視器等均符合采用業(yè)內(nèi)高新技術(shù)，關(guān)鍵的視頻數(shù)字化，壓縮、解壓、碼流、傳輸均采用國內(nèi)外工程建設(shè)中被廣泛采用的技術(shù)與產(chǎn)品，從根本上解決“測得準(zhǔn)”的問題，做到更智慧的感知。感知層一般由現(xiàn)場儀器、數(shù)采儀等構(gòu)成。每個監(jiān)測子站有一套或多套監(jiān)控儀器、儀表，監(jiān)控儀器、儀表通過模擬或數(shù)字輸出接口