物聯(lián)網(wǎng)智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

1、 傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術 綜合報告 題目：智能環(huán)境與物聯(lián)網(wǎng)技術 專業(yè)： 學號： 姓名： 提交日期：二一六年六月摘 要 環(huán)境與所有人的日常生活都息息相關，而物聯(lián)網(wǎng)技術也隨著計算機技術，信息技術，以及智能技術的發(fā)展越來越多的開始被應用到我們的日常生活中來。本文主要針對物聯(lián)網(wǎng)技術應用到環(huán)境監(jiān)測中的相關問題進行了分析與探討。智能環(huán)境利用各種傳感器技術，移動計算，信息融合等技術對空氣環(huán)境，海洋環(huán)境,河,湖水質(zhì)，生態(tài)環(huán)境，城市環(huán)境質(zhì)量進行全面有效地監(jiān)控，通過構建全國各地環(huán)境質(zhì)量的檢測實現(xiàn)對全國范圍內(nèi)的環(huán)境進行實時在線監(jiān)控和綜合分析，建立全國性的污染源信息綜合管理系統(tǒng)，為采取環(huán)境治理措施和污染預警提供更客觀，有

2、效的依據(jù)。 關鍵字：智能環(huán)境 物聯(lián)網(wǎng)技術 傳感器 目 錄1引言41.1 物聯(lián)網(wǎng)簡介41.2智能環(huán)境研究的目的和背景42需求分析42.1智能環(huán)境功能需求分析52.2各子系統(tǒng)需求分析52.2.1大氣污染監(jiān)測子系統(tǒng)需求分析52.2.2海洋污染監(jiān)測子需求分析52.2.3水質(zhì)監(jiān)測子系統(tǒng)需求分析52.2.4生態(tài)環(huán)境檢測子系統(tǒng)需求分析52.2.5城市環(huán)境檢測子系統(tǒng)需求分析52.3其他非功能需求分析62.3.1可靠性需求62.3.2開放性需求62.3.3可擴展性需求62.3.4安全性需求62.3.5應用環(huán)境需求63詳細設計63.1各環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)解決方案63.2智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構圖53.2.1各子系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)

3、測拓撲結(jié)構圖64結(jié)論12參考文獻13 1引言1.1物聯(lián)網(wǎng)簡介物聯(lián)網(wǎng)是一種新興技術，其核心內(nèi)容是將各種信息傳感設備和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大的網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息的高速獲取和交換，是人類的生產(chǎn)和生活具有更高的智能化。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新理念，卻非憑空產(chǎn)生，而是隨著傳感器技術，無線網(wǎng)絡技術，人工智能技術和數(shù)據(jù)融合技術的發(fā)展而出現(xiàn)的。目前的傳感器已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度，濕度，聲音，光線，輻射等多種環(huán)境信號的采集；物聯(lián)網(wǎng)技術領域也出現(xiàn)了一種Wifi，CDMA以及Adhoc等高速網(wǎng)絡接入和容錯組網(wǎng)的方式，使得高速數(shù)據(jù)傳輸成為可能；人工智能技術經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的自動控制；高性能計算技術的出

4、現(xiàn)也使得海量數(shù)據(jù)處理和融合不再成為控制領域的瓶頸。這些技術的進步和融合催生了物聯(lián)網(wǎng)的逐步應用。具體來說，物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術在于無線射頻識別技術（RFID）。無線射頻識別技術是一種先進的感知技術，當標簽進入磁場中，能通過感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動發(fā)送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)查詢，統(tǒng)計，管理等操作，從而實現(xiàn)了非接觸，自動化的物品識別。由于該技術的出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)才能具有強大的生命力，可以在包括環(huán)境檢測等多個領域進行靈活應用。1.2智能環(huán)境研究的目的和背景隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以及人類活動的加劇，導致自然界環(huán)境遭到破壞，人類自身生存

5、的環(huán)境也遭到破壞，環(huán)境不斷惡化。此外，由地震，洪水，森林火災等自然災害以及一些突發(fā)事故所造成的環(huán)境污染，如由前兩年日本地震引起的核電站泄露，某輪船泄露導致海水污染，森林火災等。為進一步做好全國環(huán)境保護污染自動監(jiān)測控體系建設，提高環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，增強環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性，準確性和可靠性，根據(jù)污染源自動監(jiān)控管理辦法的有關要求，借助先進的電子信息，計算機，網(wǎng)絡技術建立全國性的環(huán)保監(jiān)測信息系統(tǒng)。智能環(huán)境利用各種傳感器技術，移動計算，信息融合等技術對空氣環(huán)境，海洋環(huán)境,河,湖水質(zhì)，生態(tài)環(huán)境，城市環(huán)境質(zhì)量進行全面有效地監(jiān)控，通過構建全國各地環(huán)境質(zhì)量的檢測實現(xiàn)對全國范圍內(nèi)的環(huán)境進行實時在線監(jiān)控和綜合分析，

6、建立全國性的污染源信息綜合管理系統(tǒng)，為采取環(huán)境治理措施和污染預警提供更客觀，有效的依據(jù)。多功能環(huán)保監(jiān)測信息系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連接全國所有的監(jiān)測點，實現(xiàn)信息傳遞和信息共存。為此我們就要建立起全國統(tǒng)一的內(nèi)部交換信息網(wǎng)絡體系，基本建立起覆蓋全國省，市，縣，大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村的環(huán)保信息服務網(wǎng)絡；要按照網(wǎng)絡技術標準，在全國各?。▍^(qū)，市）地（市），縣建立相應的環(huán)保監(jiān)測信息平臺，實現(xiàn)全國環(huán)保監(jiān)測信息網(wǎng)站互聯(lián)互通，實施網(wǎng)上信息聯(lián)播，一站式聯(lián)網(wǎng)服務，即信息在各地環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)終端通過有線網(wǎng)絡或無線GPRS/CDMA/3G網(wǎng)接入Internet,連接到各級環(huán)保的信息中心。各級環(huán)保局信息中心網(wǎng)絡框圖如下所示，核心交換機連接本地

7、服務器，當?shù)卣站W(wǎng)。本地服務器可以根據(jù)需要選擇不同的數(shù)量，最少一臺；連接當?shù)氐恼站W(wǎng)可以即時傳遞各種政策信息及數(shù)據(jù)。2.需求分析為了建立全國性的環(huán)境系統(tǒng)，從大氣環(huán)境，海洋環(huán)境,河,湖水質(zhì)，生態(tài)環(huán)境，城市環(huán)境質(zhì)量五個方面進行分析。2.1功能需求分析2.1.1全國環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)控系統(tǒng)主要功能：1）大氣污染物自動監(jiān)測污染性氣體，有毒氣體監(jiān)測以及二氧化碳等其他溫室氣體含量的檢測2）海洋環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測污染源水污染物自動檢測3）河流（湖庫）水質(zhì)自動監(jiān)測 對流入河，湖的水源進行檢測和對水質(zhì)變化進行檢測分析4）生態(tài)環(huán)境自動監(jiān)測對野生環(huán)境，如草原，沙漠，森林，熱帶雨林等進行監(jiān)測5）城市空氣質(zhì)量自動監(jiān)測對城市交

8、通，汽車尾氣，工業(yè)廢水廢氣排放，區(qū)域噪聲監(jiān)測等進行監(jiān)測2.2各子系統(tǒng)功能需求分析2.2.1大氣污染監(jiān)測子系統(tǒng)功能需求分析隨著全球經(jīng)濟和工業(yè)的飛速發(fā)展，大氣環(huán)境污染越來越嚴重，其中就有人們熟知的PM2.5,而物聯(lián)網(wǎng)技術就能有效的應用到大氣污染的監(jiān)測過程中，監(jiān)測空氣中可吸入顆粒物的含量，空氣中有毒有害物質(zhì)的含量，甚至能夠監(jiān)測大氣中的氧氣含量，二氧化碳含量，氮氣含量等等，以保證大氣層的整體的完整性，并且通過實時傳輸就能把監(jiān)測器上的相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笾行?，再傳輸給電視新聞中心等告知民眾，。2.2.2海洋污染監(jiān)測子系統(tǒng)功能需求分析我國的海洋污染物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設還處于初級階段，但是很多國家很早就對海洋污染監(jiān)

9、測的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設進行著研究。海洋污染物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設能夠監(jiān)測一個國家海洋的水質(zhì)情況，污染物情況，能夠在發(fā)生一些人為災害或者自然災害時及時的發(fā)現(xiàn)，及時處理。比如能夠在發(fā)生核污染時及時發(fā)現(xiàn)污染物是否達到國家的近海；在發(fā)生輪船原油泄漏時也能夠及時的判斷原油泄漏的污染情況并及時的做出處理，控制污染。所以說海洋環(huán)境監(jiān)測也有些極高的必要性。2.2.3水污染監(jiān)測子系統(tǒng)功能需求分析在河流河道水質(zhì)監(jiān)測中，水庫水質(zhì)監(jiān)測中，污水處理質(zhì)量監(jiān)測中都已經(jīng)進行了物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，通過傳感器監(jiān)測水質(zhì)中含有的各種污染含量，氣體含量，有毒有害物質(zhì)含量；而后傳送到中央控制系統(tǒng)中，計算機自動進行對比分析判斷水質(zhì)情況和水質(zhì)安全情況，所

10、有的數(shù)據(jù)都會自動進行儲備案，一旦發(fā)現(xiàn)問題自動報警，而且人也能夠?qū)ο到y(tǒng)進行干預，人為進行實時的監(jiān)測觀察。2.2.4生態(tài)環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)功能需求分析生態(tài)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)其實是一個較為寬泛的系統(tǒng)概念，但也已經(jīng)逐步的被應用，一般來說這樣的一個監(jiān)測系統(tǒng)不僅僅包括以上提及的幾個已經(jīng)投入使用的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，它還包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境的生物，動物生存情況的監(jiān)測等等一系列的監(jiān)控。最終匯集到中央控制系統(tǒng)中。生態(tài)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測應用主要是在一些自然保護區(qū)，沙漠綠植研究，熱帶雨林生態(tài)監(jiān)測，草原生態(tài)惡化監(jiān)測中逐步被應用。然后把相應數(shù)據(jù)統(tǒng)計提交給相關生態(tài)環(huán)境研究部門，方便生態(tài)學者對自然生態(tài)環(huán)境的變化進行記錄和分析，

11、也方便相關研究人員給出及時的解決和監(jiān)管方案。2.2.5城市環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)功能需求分析最近幾年內(nèi)，隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市環(huán)境污染越來越嚴重，尤其是北京，上海這些一線城市，而其他較發(fā)達城市環(huán)境也日趨惡化，因此對全國城市環(huán)境的檢測和整治刻不容緩。建立全國城市環(huán)境檢測系統(tǒng)，可以方便環(huán)境監(jiān)管部門及新聞部門，通過對這些數(shù)據(jù)的收集，可以對各地城市環(huán)境及時設定解決方案。如今我國城市空氣質(zhì)量堪憂，尤其是一些大中型城市，一些由重型工業(yè)發(fā)展而來以及人口持續(xù)增多的城市大氣污染都相對嚴重。其中就有人們熟知的PM2.5,而物聯(lián)網(wǎng)技術就能有效的應用到大氣污染的監(jiān)測過程中，監(jiān)測空氣中可吸入顆粒物的含量，空氣中有毒有害物

12、質(zhì)的含量，甚至能夠監(jiān)測大氣中的氧氣含量，二氧化碳含量，氮氣含量等等，并且通過實時傳輸就能把監(jiān)測器上的相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笾行?，再傳輸給電視新聞中心等告知民眾。還有就是對城市工廠污染物排放進行監(jiān)測，根據(jù)相關標準對其進行整治；還有城市交通，粉塵，噪聲等的檢測。2.3其他非功能需求2.3.1可靠性需求 系統(tǒng)應保證7X24小時內(nèi)不當機，保證不同部門在不同客戶端登錄查詢及監(jiān)管是，系統(tǒng)正常運行，正確提示相關內(nèi)容。 2.3.2開放性需求 系統(tǒng)應具有十分的靈活性，以適應將來功能擴展的需求。系統(tǒng)可運行在非主流的WINDOWS操作系統(tǒng)平臺上，便于以后系統(tǒng)的升級。 2.3.3可擴展性需求 系統(tǒng)設計要求能夠體現(xiàn)擴展性要

13、求，且具有良好的可擴充性和可移植性，以適應將來功能擴展的需求。 2.3.4系統(tǒng)安全性需求 系統(tǒng)有嚴格的權限管理功能，各種功能模塊需有相應的權限才能進入。系統(tǒng)需能夠防止各類誤操作可能造成的數(shù)據(jù)丟失,破壞。防止用戶非法獲取網(wǎng)頁以及內(nèi)容。 另外，系統(tǒng)擁有強大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以實現(xiàn)對環(huán)境的全面監(jiān)測。 2.3.5應用環(huán)境需求 1）系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境: 客戶機，web服務器，數(shù)據(jù)庫服務器，傳感器，數(shù)據(jù)統(tǒng)計記錄儀，數(shù)據(jù)傳輸設備 2）系統(tǒng)運行的軟件環(huán)境:獨立的操作系統(tǒng)， 數(shù)據(jù)庫(SQL server 2010) 3.詳細設計3.1各環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)解決方案1）空氣在線監(jiān)測系統(tǒng)空氣質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)是由若干子系統(tǒng)及數(shù)

14、據(jù)采集處理子系統(tǒng)等組成。測定空氣中顆粒物濃度，二氧化硫濃度，氮氧化物濃度，同時測量溫度，壓力，流量含濕量，含氧量等參數(shù)，計算各種參數(shù)，圖表并通過數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)保主管部門，實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的無人化遠程實時監(jiān)測，做到實時監(jiān)控和應急預警。2）海洋在線監(jiān)測系統(tǒng)海洋污染物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設能夠監(jiān)測一個國家海洋某個區(qū)域內(nèi)水質(zhì)的變化情況，污染物情況，當發(fā)生一些人為災害或者自然災害時，系統(tǒng)會進行自動報警，及時提醒相關部門處理。該系統(tǒng)主要監(jiān)測海洋中各種重金屬元素及其他污染物的含量及變化，以及海洋生物的生存狀態(tài)等，計算各種數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)和圖表提交給海洋管理部門，實現(xiàn)對我國海洋領域的水質(zhì)進行在線監(jiān)測和管理。3）水質(zhì)在線監(jiān)測系

15、統(tǒng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一套以在線自動分析儀為核心，運用現(xiàn)代傳感器技術，自動檢測技術，自動控制技術，計算機應用技術以及配套的軟件和通訊網(wǎng)絡組成的一個綜合性在線自動監(jiān)測體系。方案平臺基于微定量分析技術及系統(tǒng)智能集成技術，系統(tǒng)通過對水樣及預處理系統(tǒng)進行控制，從而實現(xiàn)了水樣的環(huán)境參數(shù)進行測量控制預警等功能。利用物聯(lián)網(wǎng)技術構建污染源自動監(jiān)測管理體系，在重點污染企業(yè)廢水，廢水排放口設置在線監(jiān)測設備，并對現(xiàn)有監(jiān)測設備進行升級改造，實現(xiàn)對監(jiān)測點污染信息的自動獲??；通過智能感知和獲取污染因子排放數(shù)據(jù)，實現(xiàn)中心管理控制平臺對污染源全覆蓋，全自動，全天候的監(jiān)控，提高污染源監(jiān)器管理的水平和效率。4）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)生

16、態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相對比較復雜，主要通過監(jiān)測某區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)溫度，水份，植被覆蓋率，動物的遷徙等，來判斷監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境變化。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)測某區(qū)域生態(tài)環(huán)境的動物的生存狀態(tài)，最終匯集到中央控制系統(tǒng)中。生態(tài)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測應用主要是在一些自然保護，通過對稀有動植物的分布，和狀態(tài)進行統(tǒng)計分析；對沙漠綠色植被生存環(huán)境的采集和分析，由相關人員進行研究，防止沙漠化加??；對熱帶雨林生態(tài)監(jiān)測，對某時段雨林系統(tǒng)的溫度，水份，氣體含量進行統(tǒng)計，并由相關生態(tài)研究員進行分析評估，預防雨林自然火災；草原生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)定期對草原環(huán)境進行監(jiān)測，防止草原退化。然后把相應數(shù)據(jù)統(tǒng)計提交給相關生態(tài)環(huán)境研究部門，方便生態(tài)

17、學者對自然生態(tài)環(huán)境的變化進行記錄和分析，也方便相關研究人員給出及時的解決和監(jiān)管方案。5）城市環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)城市環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，通過污染源監(jiān)測系統(tǒng)平臺，對各個城市重點污染源污染物的排放總量，噪聲污染監(jiān)測，粉塵監(jiān)測。提高監(jiān)察效能，必須采用自動化，信息化，科學化的技術手段，建設污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)平臺，為節(jié)能減排，環(huán)境統(tǒng)計，排污申報，排污收費等提供依據(jù)。3.2系統(tǒng)結(jié)構設計系統(tǒng)總體結(jié)構框架圖 圖1 智能環(huán)境監(jiān)測拓撲結(jié)構圖 3.2.1 各子系統(tǒng)拓撲圖1）空氣在線監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結(jié)構圖圖2 空氣在線監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結(jié)構圖2）海洋在線監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖圖3 海洋在線監(jiān)測系統(tǒng)3)水質(zhì)環(huán)境管理系統(tǒng)拓撲圖圖4 水質(zhì)環(huán)境管理系統(tǒng)

18、拓撲圖4）生態(tài)環(huán)境管理子系統(tǒng)拓撲圖圖5 生態(tài)環(huán)境管理子系統(tǒng)5)城市環(huán)境管理子系統(tǒng)拓撲圖圖6 城市環(huán)境管理子系統(tǒng)拓撲圖4.總結(jié)該多功能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是整個信息系統(tǒng)，結(jié)合了嵌入式系統(tǒng)技術，遠程無線網(wǎng)絡通信技術，智能監(jiān)測技術等最新的高科技技術。終端主體采用最新的嵌入式系統(tǒng)技術，可以大大提高系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。配備大容量的內(nèi)存和Flsh存儲片，軟件運行微軟最新實時嵌入式操作系統(tǒng)WINCE。通過網(wǎng)絡連接全國所有的監(jiān)測點，實現(xiàn)信息傳遞和信息共存。該系統(tǒng)是全國統(tǒng)一的內(nèi)部交換信息網(wǎng)絡體系，基本建立起覆蓋全國省，市，縣，大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村的環(huán)保信息服務網(wǎng)絡；要按照網(wǎng)絡技術標準，在全國各?。▍^(qū)，市）地（市），縣建立相應的環(huán)保監(jiān)測信息平臺，實現(xiàn)全