基于物聯(lián)網(wǎng)的黃山風(fēng)景區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量集成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)施途徑分析

錢陽平

摘要以黃山風(fēng)景區(qū)為例，基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云平臺等高科技信息技術(shù)，在黃山風(fēng)景區(qū)建立統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，初步形成“天-地-生一體化”監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并將天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)與常規(guī)監(jiān)測方案進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞黃山風(fēng)景區(qū)；物聯(lián)網(wǎng)；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測；天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號X83文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0213-04

AbstractTaking Huangshan Scenic Area as an example，based on Internet+，big data，cloud platform and other high scitech information technologies，uniformed ecological environment quality monitoring network was established in Huangshan Scenic Area，and heavenearthorganism integration monitoring network was formed. And the heavenearthorganism integration monitoring system was compared with routine monitoring schemes.

Key wordsHuangshan Scenic Area；Internet of things；Ecological environment quality monitoring；Heavenearthorganism integration monitoring system

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是解決生態(tài)環(huán)境問題的基礎(chǔ)，而目前我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測存在范圍和要素覆蓋不全，建設(shè)規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與信息發(fā)布不統(tǒng)一，信息化水平和共享程度不高，監(jiān)測與監(jiān)管結(jié)合不緊密等突出問題[1-3]。深化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、促進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立是實(shí)現(xiàn)信息共享、環(huán)境統(tǒng)一管理的重要途徑[4]。筆者以黃山風(fēng)景區(qū)為例，基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云平臺等高科技信息技術(shù)，對黃山風(fēng)景區(qū)全面設(shè)點(diǎn)，建立統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，初步形成 “天地一體化”的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，旨在全面、快速地反映景區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)景區(qū)高效、安全、綠色生產(chǎn)及自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)服務(wù)。

1研究區(qū)概況

1.1自然地理特征

黃山風(fēng)景名勝區(qū)位于安徽省南部的黃山市內(nèi)，地處118°01′～118°17′E，30°01′～30°18′N，連綿橫亙于古徽州中心。黃山生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡，植物群落完整而垂直分布，景區(qū)森林覆蓋率為98.29%，有高等植物252科955屬 2 431種。研究區(qū)地處濕潤亞熱帶，氣候復(fù)雜，年平均氣溫6～15 ℃，多年平均年降水量為2 394.4 mm。多年平均云霧日達(dá)256 d，易形成“云?！?、雨凇、霧凇等自然景觀。

1.2研究范圍研究范圍以國務(wù)院批復(fù)的黃山風(fēng)景區(qū)總體規(guī)劃面積 160.6 km2 為核心區(qū)，并考慮保護(hù)地帶及毗鄰景區(qū)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為緩沖區(qū)，面積約490 km2。重點(diǎn)調(diào)查核心區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況，緩沖保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境調(diào)查將選取區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行研究，如圖1所示。

2環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)功能規(guī)劃

2.1總體規(guī)劃

天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)監(jiān)測要求適當(dāng)采購相應(yīng)的儀器，逐漸完善監(jiān)測站配置，對部分指標(biāo)采用自動監(jiān)測儀器開展實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測工作，結(jié)合 3S技術(shù)（RS、GIS、GPS）的動態(tài)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)黃山風(fēng)景區(qū)全面設(shè)點(diǎn)，建立統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并統(tǒng)一規(guī)劃、整合優(yōu)化現(xiàn)有環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位，涵蓋大氣、水、土壤、噪聲、植被等要素，基于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至大數(shù)據(jù)云平臺，實(shí)現(xiàn)黃山風(fēng)景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的互聯(lián)網(wǎng)模式。黃山風(fēng)景區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)功能框架示意圖如圖2所示。

2.2水環(huán)境監(jiān)測

水環(huán)境監(jiān)測依照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)》（GJ 3025-93）、《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 164—2004）等標(biāo)準(zhǔn)合理選取監(jiān)測點(diǎn)位和指標(biāo)，對黃山風(fēng)景區(qū)的地表水、地下水、飲用水及污水處理站出水等水質(zhì)開展每季度一次的常規(guī)監(jiān)測，同時(shí)在每年的豐水期和枯水期對地表水和地下水增加部分監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測。

2.3土壤監(jiān)測

通過遙感技術(shù)對GPS變型位移、邊坡、泥石位移、地裂縫、水土流失等進(jìn)行觀測，開展風(fēng)景區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測。重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)位為前山（溫泉）、北大門（松谷）、西大門（釣橋）、山上（天海）4個點(diǎn)位。具體監(jiān)測指標(biāo)與方法見表1。

2.4聲環(huán)境監(jiān)測

黃山風(fēng)景區(qū)噪聲主要來自賓館、飯店、商店、文化娛樂設(shè)施、居民生活和車輛運(yùn)行，該方案在主要通道和游客密集地共設(shè)置4個噪聲監(jiān)測點(diǎn)，分別為北大門、西大門、南大門、天海。按照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096—2008）中規(guī)定的方法，采用噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀對4個點(diǎn)位的晝、夜間噪聲情況進(jìn)行測定，主要指標(biāo)為晝間、夜間等效連續(xù)A聲級，社會區(qū)域噪聲Leq、L10、L50、L90、Lmax、Lmin。觀測頻度為1次/季度，不少于3次；觀測場地為松谷、釣橋、 溫泉、天海。

2.5植物、森林群落監(jiān)測

重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)在迎客松、黑虎松、重點(diǎn)古樹名木以及黃山特有植物。通過空間遙感影像觀測植物區(qū)，收集并建立野外光譜模型庫。利用野外光譜在線觀測系統(tǒng)，自動在線觀測葉片、冠層尺度的實(shí)時(shí)光譜數(shù)據(jù)，及時(shí)匯集樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到景觀或區(qū)域尺度的光譜特征，分析植物的生物量和生長狀況、葉綠素含量、冠層結(jié)構(gòu)、光合作用對入射光的利用效率；估算葉片生化組分、籽粒品質(zhì)、纖維素和木質(zhì)素干燥狀態(tài)的碳含量；估測植被中與脅迫性相關(guān)的色素、植被冠層中水分含量、重金屬污染程度等。具體監(jiān)測內(nèi)容及方法如表2所示。

2.6環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012），選取相應(yīng)的指標(biāo)，開展風(fēng)景區(qū)內(nèi)大氣環(huán)境監(jiān)測。由于黃山風(fēng)景區(qū)多云霧的氣象特征，在基本氣象觀測系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立云霧降水特征觀測系統(tǒng)，測量下落雨滴的總量、大小、強(qiáng)度和運(yùn)動速度。常規(guī)氣象要素和大氣環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)與方法見表3。

3實(shí)施途徑分析及比較

3.1天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施途徑

黃山風(fēng)景區(qū)東部和西部側(cè)重強(qiáng)調(diào)自然生態(tài)系統(tǒng)的保持，以林地和風(fēng)景游賞用地為主，主要用于開展生態(tài)旅游?？紤]景區(qū)用地布局，東部和西部利用程度較低，南部、北部利用程度較高，中部利用程度一般，因此目前監(jiān)測點(diǎn)位主要集中布設(shè)在南部、北部和中部（圖3）。

基于正在建設(shè)的“黃山風(fēng)景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”以及遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，識別區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測關(guān)鍵要素與重要節(jié)點(diǎn)，建成由9個監(jiān)測站點(diǎn)組成的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)黃山全域的空間插值和區(qū)域環(huán)境擬合趨勢面評價(jià)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.2實(shí)施途徑的分析及比較

3.2.1監(jiān)測數(shù)據(jù)適用性原理分析。

黃山風(fēng)景區(qū)創(chuàng)新實(shí)施的天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)采用多種融合式檢測方式，適應(yīng)于多種檢測原理、檢測方式及形式。該方案將系統(tǒng)采用的監(jiān)測原理方法與國標(biāo)原理方法進(jìn)行差分統(tǒng)計(jì)分析，定期標(biāo)定與校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差，從而保障了數(shù)據(jù)的精確度和準(zhǔn)確度。

3.2.2實(shí)時(shí)感知連續(xù)在線多指標(biāo)監(jiān)測。

該方案能夠連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線、快速、有效、自動地從黃山風(fēng)景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中獲取各種類型的環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)。在常規(guī)監(jiān)測過程中，要嚴(yán)格控制采樣時(shí)間、實(shí)驗(yàn)室分析過程中的操作步驟及相關(guān)試驗(yàn)條件[5]。與常規(guī)方案相比，該方案具有高效性和時(shí)效性。

3.2.33S技術(shù)和地面監(jiān)測相結(jié)合。

與常規(guī)方案相比，天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)通過3S技術(shù)和地面監(jiān)測相結(jié)合可從宏觀和微觀角度來全面審視黃山風(fēng)景區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，減少野外調(diào)查樣地的數(shù)量，且有利于獲得濕地等資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)總體面積上的全面覆蓋[6]，為黃山風(fēng)景區(qū)綜合評價(jià)研究提供數(shù)據(jù)和信息。

3.2.4 經(jīng)濟(jì)性比較。

當(dāng)前國家環(huán)保監(jiān)測監(jiān)管部門的儀器設(shè)備及國外在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測指標(biāo)單一、有限且價(jià)格昂貴[7-8]。天-地-生一體化監(jiān)測系統(tǒng)采用集成度高、低成

本、小型化、低維護(hù)量的監(jiān)測設(shè)備，大批量增加監(jiān)控點(diǎn)位數(shù)

量，

且安裝調(diào)試簡單，一般1 d內(nèi)即可完成現(xiàn)場安裝和調(diào)試。因此，該方案價(jià)格便宜，普適性高，易于推廣。

4管理對策與建議

目前，基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在黃山風(fēng)景區(qū)已經(jīng)開展有試點(diǎn)項(xiàng)目并在運(yùn)行中，過程中也出現(xiàn)過一些問題（如設(shè)備細(xì)節(jié)處理不夠完善，與環(huán)境的相容性差等），均在不斷設(shè)計(jì)、研發(fā)過程中得到解決。為此，目前運(yùn)營的監(jiān)測網(wǎng)是否完善還需要更多的時(shí)間檢驗(yàn)，并需要不斷完善和優(yōu)化。

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