物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用淺析

李軍會

（山西省澤州縣環(huán)境保護監(jiān)測站 山西澤州 048026）

物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用淺析

李軍會

（山西省澤州縣環(huán)境保護監(jiān)測站 山西澤州 048026）

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為環(huán)境保護的有力助推器。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測方面的應(yīng)用，對水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一些問題進行了分析，對其發(fā)展前景進行了探討。

物聯(lián)網(wǎng)；水質(zhì)監(jiān)測；環(huán)境保護；應(yīng)用

我國是全球水污染最嚴(yán)重的國家之一，水質(zhì)監(jiān)測是治理水污染的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測對減少污染物排放、控制和預(yù)防污染事故、提高監(jiān)測水平、及時為環(huán)境管理提供決策依據(jù)都有重要意義。

1 水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀

我國傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測主要以實驗室監(jiān)測為主，分析方法全面、檢測參數(shù)全面、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，但要人工定期或不定期地現(xiàn)場采樣、化驗、分析?，F(xiàn)場采集樣品時間跨度大、樣品數(shù)量少、費時費力，受到地域和時間限制，檢測頻次低、自動化程度低，難以對水質(zhì)作出整體有效評價，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測，可以在很大程度上彌補這些不足。

2 水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)最早由比爾·蓋茨在《未來之路》中提出，早期含義是把所有物品與互聯(lián)網(wǎng)相連；我國2010年《政府工作報告》注釋為“物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)”。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)環(huán)保行業(yè)引入自動化和信息化的技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境保護科學(xué)化管理的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通過在介質(zhì)中安裝前端采集設(shè)備，再將數(shù)據(jù)通過傳輸系統(tǒng)上傳至應(yīng)用層進行處理，實時監(jiān)控污染成分指標(biāo)值，實現(xiàn)監(jiān)測和報警。

水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)是環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，可分為三層即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要是采樣點現(xiàn)場端的感知，主要是現(xiàn)代化的信息傳感設(shè)備、分析儀、智能儀表等，信息傳感設(shè)備包括射頻識別、紅外感應(yīng)器、二維碼、GPS、攝像頭、終端等，可對物進行識別；網(wǎng)絡(luò)層主要作用是實現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)的傳輸，包括有線傳輸和無線傳輸。無線傳輸是通過三網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)）或下一代網(wǎng)絡(luò)，對感知層得到的信息實時采集、傳輸與計算；應(yīng)用層采用了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和云計算技術(shù)等對數(shù)據(jù)進行處理計算和信息發(fā)布，其有兩方面的含義：一是通過數(shù)據(jù)分析，得出相關(guān)結(jié)論支持管理決策，二是通過遠(yuǎn)程控制優(yōu)化環(huán)保治理設(shè)計的工藝運行條件。

應(yīng)用水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管部門可從監(jiān)控中心清楚地看到通過視頻監(jiān)控設(shè)備傳回的感知處的實際情況，如排污量、污染處理設(shè)施的運轉(zhuǎn)情況、監(jiān)測站房內(nèi)設(shè)備運轉(zhuǎn)的現(xiàn)場情況。從視頻監(jiān)控設(shè)備中，監(jiān)管部門能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并遠(yuǎn)程協(xié)助，從而提高工作效率，降低工作成本，提高污染源監(jiān)控設(shè)備的運行率及準(zhǔn)確率。同時視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可接入應(yīng)急指揮系統(tǒng)，可以在排放超標(biāo)情況下自動告警，一旦企業(yè)發(fā)生污染事件，便可及時進行遠(yuǎn)程調(diào)度指揮。

3 物聯(lián)網(wǎng)在水質(zhì)監(jiān)測方面的應(yīng)用

3.1 國控重點污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)

這是現(xiàn)在中國最大的物聯(lián)網(wǎng)，包括了水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，已構(gòu)建了國家、省、市、重點企業(yè)的四級監(jiān)控體系。本系統(tǒng)是在各單位污水排放口安裝水質(zhì)自動分析儀表和數(shù)據(jù)采集傳輸儀、各種傳感器，包括流量（速）計、污染治理設(shè)施運行記錄儀等，對排污單位排放的污水水質(zhì)中的CODcr、BOD5、氨氮、pH值、色度、氯化物、流量等進行實時監(jiān)控，并通過各種通訊信道（包括有線和無線）同步到排污單位、中央控制中心、環(huán)境執(zhí)法人員的終端上，以便有效防止過度排放或重大污染事故的發(fā)生。

3.2 飲用水源地環(huán)境風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

這主要是在飲用水源地布置各種傳感器、視頻監(jiān)視等傳感設(shè)備，形成感知層，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層將水源地基本情況、水質(zhì)的PH值等指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層，應(yīng)用層根據(jù)傳感器的位置、數(shù)據(jù)采集時間等信息綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)組成監(jiān)測體系，從而實現(xiàn)對于水質(zhì)的實時監(jiān)測和預(yù)警。

3.3 水環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)控系統(tǒng)

這主要是重要江河湖泊水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)控系統(tǒng)，已形成國控、省控、市控三級為主的水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，并將在2015年左右，對80%的重要江河湖泊水功能區(qū)實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測，對主要江河干流及一級支流省界斷面實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測全覆蓋。

湖南力合公司已成功研制了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用儀器和系統(tǒng)模塊化設(shè)計、智能化水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用等創(chuàng)新性技術(shù)，克服了當(dāng)前水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)存在的監(jiān)測參數(shù)可擴展性差、缺少在線質(zhì)控手段、對異常數(shù)據(jù)智能化識別能力不足等瓶頸問題，可實現(xiàn)溫度、色度、濁度、pH值、懸浮物、溶解氧、化學(xué)需氧量以及酚、氰、砷、鉛、鉻、鎘、汞等86項參數(shù)的在線自動監(jiān)測。還可利用發(fā)光細(xì)菌法，對突發(fā)性污染事件進行預(yù)警。項目創(chuàng)建了完善的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在線質(zhì)量控制系統(tǒng)，保證了自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可溯源性。這一系統(tǒng)已在長江、閩江、東江等流域以及南水北調(diào)中線工程得到應(yīng)用，在多起重大水污染事件中發(fā)揮了顯著作用。

無錫采用物聯(lián)網(wǎng)對太湖水環(huán)境質(zhì)量進行實時監(jiān)控，感知節(jié)點為設(shè)在環(huán)湖周圍的86個水質(zhì)自動監(jiān)測站，其中浮動監(jiān)測站15個，覆蓋了主要出入湖斷面、行政交界斷面、重點監(jiān)視河流斷面、主要飲用水源地，浮動監(jiān)測站設(shè)有水質(zhì)監(jiān)測儀，裝有集成光學(xué)感知芯片、6個精密探頭、360°攝像頭，安裝的智能傳感器可快速測出湖水溫度、電導(dǎo)率、溶解氧、pH值、濁度、葉綠素、藍(lán)綠藻，浮標(biāo)監(jiān)測站還裝有氣象傳感器，可測出風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度；浮標(biāo)還帶有GPS、雷達(dá)發(fā)射器等，可將連續(xù)24h實測的數(shù)據(jù)及時通過無線網(wǎng)傳送至控制中心，如有異常，可自動報警，并及時給相關(guān)人員發(fā)送手機短信以及時處理。

4 存在問題和未來發(fā)展

4.1 水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還有很多不足，主要是監(jiān)測項目較少，有機物、重金屬、生物項目少；傳感器功能單一，速率低導(dǎo)致信息滯后，傳感器靈敏度和穩(wěn)定性還有待提高；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未統(tǒng)一，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；監(jiān)測布點數(shù)量和監(jiān)測區(qū)域少，覆蓋面?。粚χ攸c污染源還未能進行生產(chǎn)的全過程監(jiān)控；公眾的認(rèn)知度不高；產(chǎn)業(yè)鏈還未成熟，企業(yè)規(guī)模小，人才匱乏，技術(shù)研發(fā)力量不足。應(yīng)用層的規(guī)模還太小，未擴展到其他相關(guān)部門和社會公眾。

4.2 隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，水質(zhì)監(jiān)測對物聯(lián)網(wǎng)提出了更高的要求。建議制定中長期監(jiān)控規(guī)劃，逐步擴大水質(zhì)自動監(jiān)測范圍，在重點水域、重要飲用水源地、國界河流和主要支流入河口不斷增加水質(zhì)自動監(jiān)測點數(shù)量，增強水環(huán)境預(yù)測預(yù)警能力；國家對水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)進行統(tǒng)一系統(tǒng)規(guī)劃，統(tǒng)一系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；要加大對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)支持力度，培養(yǎng)專門人才，研發(fā)性能更加穩(wěn)定可靠、參數(shù)多樣、成本低廉、維護簡單方便的各種傳感器；要依托三大移動通信運營商基站，建成覆蓋全國的水環(huán)境污染監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)國家級專網(wǎng)，將水環(huán)境污染源納入實時監(jiān)控系統(tǒng)中；要進行系統(tǒng)整合，制定政策和加強立法，對公眾加強宣傳，增加公眾對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注和支持；要與水利、交通、工信等相關(guān)部門加強協(xié)調(diào)，實現(xiàn)信息共享，部門聯(lián)動。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)正以不可阻擋之勢快步向我們走來，我們要抓住這難得的發(fā)展機遇，盡快建設(shè)完善的水質(zhì)監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使之成為環(huán)境科學(xué)管理的有力助推器，把污染物的事后治理轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)警，大大減少污染事故發(fā)生，并鞏固節(jié)能減排成果，推動環(huán)境保護事業(yè)向信息化、產(chǎn)業(yè)化、智能化邁進。

[1]蒙海濤,張驥,易曉娟，薛嬌嬈.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2013(01)∶11-13.