基于物联网的水环境监测及分析系统
梁艳，俞旭东，谢凯
（南京南瑞集团公司，江苏南京211106）
[摘要]:基于物联网的水环境监测及分析系统集传感器、测控、通信、计算机应用、地理信息系统等技术为一体，实现了“测得准、传得快、说得清、管得好”的总体目标，可为水环境管理、水功能区管理、污染物减排和总量控制提供科学依据。系统可方便接入其他业务系统，实现资源共享，提高环保部门环境监察、管理能力，增强应对突发性污染事故快速反应能力，满足环境监测和环境管理的业务需求。
关键词：物联网；水环境监测；水环境分析
0引言
随着环保产业的发展及物联网概念的兴起，将物联网与环境监测融合已成为环境监测与管理新的发展趋势[1]。环境参数、设备状态、视频监控等信息通过具有定位功能的传感器、智能监测分析仪器等感知设备进行采集后，经由网络设备和通道实时传输至信息平台进行存储和分析，实现环境管理部门对水环境信息的实时监控，同时实现其对监测站点测控、数据传输装置及排污口闸门等设备进行远程控制和工况监测，增加系统运行的稳定性和可靠性，有效防止和应对突发性环境污染事故的发生。物联网技术在环境监测中的应用使得环境监测与管理更加便利和准确[2-3]。
传统的水环境监测以实验室监测为主，还包括便携式仪器现场人工取样检测和固定监测站点连续取样监测[4]，各方式分别具有其优缺点。如实验室监测响应时间长，检测频次有限，但监测参数全面且分析结果精确；自动在线监测投资运行成本高，但监测及时，预警能力强等。物联网将3种监测手段结合起来，充分利用传感器技术、射频技术、无线通信技术等，快速有效获取大范围（甚至是整个水域）水质信息并对这些信息进行综合挖掘利用，作出整体有效的评价[5-6]。水质信息的快速准确获取以及数据的高效利用是水环境监测中物联网技术运用的关键。
水环境监测及分析系统在物联网先进感知技术的基础上，充分利用网络技术、数据库技术、GIS技术、Web发布技术，以智能传感器为基础，结合自由组网传输方式将采集数据传输至环境业务数据中心。系统对业务应用进行扩展，其业务应用模块依据水质规范，对监测项目各种动态数据进行综合性地分析和评价，实现有效的监控预警；并且根据内置的各种水质模型，为污染物总量控制、水功能区环境治理提供科学依据及技术支持，提高环境管理部门监察监管能力，增强其应对突发性污染事故快速反应能力，实现环境监测管理“测得准、传得快、说得清和管得好”的总体目标。
1水环境监测及分析系统结构
1.1总体结构
水环境监测及分析系统由数据采集层（感知层）、通讯传输网络（数据传输层）、数据存储层、应用支撑层、业务应用层等5层组成，安全与保障环境贯穿各层。数据采集层由现地监测站和数据采集模块组成，承担在线数据的采集、处理和发送。通讯传输网络由公共无线网络和内部的局域网组成，承担数据的传输。数据存储层主要承担数据的接收、转换和存储入库，由环境业务数据中心和支撑硬件系统组成[7-8]。应用服务层主要为各类应用系统提供相应的数据资源和基础服务，主要包括水环境监测、污染源废水监测、污染源管理、水质信息发布、预测预警等功能。安全与保障环境由标准规范体系、安全体系、建设与运行管理体系组成，为系统安全、稳定的运行提供制度保障。
1.2总体功能
系统功能围绕环保行业对水环境、污染源的监测、管理和预警业务需求设计，分平台基础应用和专业应用两部分。平台基础应用包括环境质量信息的数据采集和处理、数据库管理、视频监视、数据查询、图表展示、GIS查询、GIS空间分析、综合统计、格式化报表等；专业应用功能包括水质评价分析、水质预测预警、水质扩散模拟等。系统框架需要支持的环境监测业务见图1。
图1系统框架支持的环境监测业务
2水环境监测及分析系统技术特点
（1）智能化程度高
现地设备层的数字化仪器仪表进行现场总线设计，可以实现复杂的远程管理，包括传感器参数设置、通信信道配置、系统工作模式、图像与视频传输协议、应用程序远程更新、自适应补发等功能。
（2）可扩展性强
采用模块化设计，将采样、监测、通讯等功能单元模块化，串行接口标准采用RS-485，可以联网构成分布式系统。数据采集平台按多线程设计，采用模块化设计方案，可通过DLL （动态链接库）任意扩展信道和协议。
（3）自由组网
根据测站实际情况，灵活采用通信组网方式（无线网络、广域网、局域网），如大范围密集测站（监测节点）可通过Zigbee+无线网（GPRS、CDMA）方式将采集的水质监测数据传输至数据中心；监控视频可灵活选用3G网络（网络摄像机）或无线网（传统摄像机）传输至数据中心。
（4）海量数据的分析和应用
环境业务中心的构建，实现完整的数据分析和应用，通过数据的抽取、数据的存储和管理、数据的展现等技术实现海量数据挖掘。
（5）标准化设计
系统依据Modbus协议、HJ/T212-2005《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》通信协议、OPC（用于过程控制的OLE）通信协议等建立软硬件之间的通信，实现智能终端与环境中心的信息交互。系统数据库的设计、通信、接口设计均遵循环保行业统一的规范与标准，便于系统的扩充及与其他行业间的资源整合和信息共享。
（6）软件结构
系统软件设计和开发基于J2EE的分布式计算技术、中间件技术及Web Service的应用系统集成技术，采用B/S与C/S相结合的架构（后台运行或批量处理采用C/S），采用统一的系统接口的数据交换标准（XML），保证配置、数据、应用的充分分离。
3水环境监测及分析系统平台功能
平台采用基于目前面向网络最新计算机软件技术，具有优良的可扩展性，能与最新的操作系统软件平台、数据库平台、GIS平台等无缝接驳，融合了通用人机界面实时组态软件技术和SCADA专业技术，满足环境监测中心构建分布式实时监控系统的需要。
3.1数据采集、交换与通信
在水环境监测与分析系统中，数据采集采用物联网的先进技术，所选用的传感器、分析仪器、监视器等均符合采用业内高新技术，关键的视频数字化，压缩、解压、码流、传输均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品，从根本上解决“测得准”的问题，做到更智慧的感知。感知层一般由现场仪器、数采仪等构成。每个监测子站有一套或多套监控仪器、仪表，监控仪器、仪表通过模拟或数字输出接口连接到数据采集仪，数据经数据采集仪整合、封装，通过网络层传送至数据中心，用于应用层。需要采集的水质参数包括pH值、水温、浊度、电导、氨氮、溶解氧、化学需氧量、总有机碳、重金属离子浓度等。
本系统网络层通信手段采用无线通讯网络（GPRS，CDMA等），解决由于水环境监测站点分散、分布范围广而带来的监测数据发送及时性问题，提高环境管理部门工作效率。数据交换主要实现环境监测与分析系统与异构信息系统之间数据的传输和交换。数据采集通信示意见图2。
图2数据采集通信示意
3.2在线监控
在线监控是水环境监测与分析系统开发和运行的基础，负责为各类应用的开发、运行和系统管理提供技术支撑。在线监控平台围绕数据服务组件部署各应用功能，使各应用系统成为一个整体，将各主要环境业务部门的监测、统计、收费、审批、发布等数据集中管理起来，使数据管理人员、各级领导、业务部门员工通过统一的界面进行管理、查询、分析大量的环境数据，简化环境数据管理的难度，提高环境数据管理的水平，实现对各类数据的动态查询、变化趋势分析、各类数据之间的相关性分析等功能。
在线监控应提供数据采集、在线监测、统计分析、GIS展示、综合应用、在线报警、系统管理、接口服务等功能，对自动站、断面进行水质监视和视频监视，对污染源排放企业实现排污监控、工况监控及视频监控，从不同角度把握企业污染治理设施运行及排污情况。
3.3环境业务数据中心
通过对业务需求、数据流、应用逻辑功能及安全需求的规划，采用标准化的设计方法对
存储到环境业务数据中心的各类数据进行海量存储、实时计算和处理进行设计。环境业务数据中心包含基础数据、空间数据、水质监测、污染源监测、环境大气监测、统计分析结果、法律法规、调度方案、视频监测等子数据库系统。
物联网数据实时性强、数据量大、数据种类多、并发性大，计算量巨大，因此系统采用负载均衡技术，有效地分配各种数据类型计算处理的负载分配，提高环境数据业务中心数据处理能力。
3.4地理信息系统
GIS技术为基于物联网的水环境监测及分析系统提供基础地理信息平台，通过GIS技术、空间数据库技术把水环境监测相关的所有物联对象整合到统一的空间平台上，从而可以直观、生动、快速对自动站、排污口、断面等物联对象进行定位、追踪、查找和控制（包括物联对象的属性信息、空间分布状况、实时运行状况及最新实时数据等）；直观显示和分析流域、行政区域内水环境质量状况，追踪污染物来源，并对相同空间范围监测指标与水体质量之间内在关系进行发掘和分析。
系统GIS服务选用开源的GeoServer，可连接Oracle，sqlserver等关系型数据库，结合Web应用程序构架和技术，建立高效的B/S架构WebGIS应用程序，实现基于地理信息服务的可视化信息查询和分析，实时为用户提供丰富的地图处理和空间分析服务[9]。
4水环境监测及分析系统应用功能
基于水环境监测及分析系统平台，开发了包括水质评价与统计、水质预测与预警、应急管理功能在内的水环境监测及分析系统应用功能模块，着重对业务数据进行分析，挖掘数据间的内在联系，为提高环境管理部门监察监管能力提供科学依据。
4.1水质评价
水质评价模块是基于环境业务数据中心水质数据库产生的应用子系统，针对特定区域的水体质量进行科学定量描述和评定。包括水质类别评价和水质达标评价，即对水质类别和水质达标情况分别进行判定，可细分为测站水质评价、湖库富营养化评价、水功能区水质评价、污染源评价。
评价功能是水利/环保行业最基本的应用功能之一，水环境监测及分析系统具备此基本应用功能，并在统计分析的基础上提供各类GIS专题图和统计图表，专题图根据行政区域、流域、行业、时间段、监测指标等选项进行定制，GIS专题图包括“污染物浓度分布专题图”、“测站现状评价专题图”、“水质类别色彩渲染专题图”、“湖库营养评价渲染专题图”、“污染物排放达标专题图”、“污染物排放量专题图”等。
4.2水质预测预警
水质预测与预警模块主要提供常规预报、突发事件模拟等功能，并借助WebGIS动态可视化展示污染物的影响范围、空间分布特征。即通过内置水质模型，模拟计算河流下游沿程
河段各分段（特定步长）的污染物浓度值，并将对应浓度值赋予各分段。在GIS地图上将模拟河段污染物浓度的大小按照一定的业务规则予以渲染，即由颜色变化和深浅直观展示河流沿程水体中污染物变化规律。
4.3纳污容量计算
根据河流河道的实际情况，系统提供不同类型的水质模型可供选择。纳污容量计算模块通过对水域进行概化，根据该河段水功能区区划和环境管理（不同区域、不同发展期的功能区的类别）的要求，确定水质控制目标，结合河流的相关水文信息、污染物降解特征，调用水质模型，计算特征污染物的水环境容量，作为流域水质目标管理、水环境综合整治规划、节能减排和总量控制的重要依据。
4.4应急处理方案
应急处理模块提供各风险源的应急预案及各种专项风险应急预案的查询；提供对危险源、危险点、应急处置措施等信息的综合查询。应急流程包括四个阶段，预测预警及报警、预警发布、应急处置及事后评估。结合“水质预测与预警”模块，分析污染事故发展过程，通过WebGIS对事故的最新动态予以直观展示，实现可视化的应急调度，提高对突发事件的处理能力。
5结语
物联网是经济发展的新引擎，是转型升级的助推器，因此要借助物联网技术来推动环境监测行业的发展。基于物联网技术的水环境监测及分析系统通过建立环境业务数据中心、系统平台及专业应用这一完整的解决方案，解决目前普遍存在的视频、污染源在线、环境监测的系统分割状态，利用信息化和多种通信技术手段来处理、分析水环境监测、管理相关业务，并充分利用分布式网络能力，实现信息共享，推动了传统环保向数字环保、智慧环保的转变。
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Internet of Things-based System of Water environment
monitoring and analysis
LIANG Yan,Yu Xudong,XieKai
NARI Group Corporation,9ChenXinDadao Rd.,211106; [Abstract]:Internet of Things-based System of Water environment monitoring and analysis embodies techniques of sensor,modern control,computer application,modern communication and meter analysis,which achieve the goal of“accurate monitoring,fast transmitting,specific explanation and better management”and could provide scientific bases for water environmental management,water function region management,pollutant emission reduction and total discharge control.In this system we can easy access other business systems,realize resources sharing.Our system can enhance the ability of monitoring and quick responsibility of environmental monitoring,all-roundly meets the monitoring and management.
Key words:Internet of Things;Water environment monitoring;Water environment analysis
收稿日期：2014-06-17修回日期：2014-07-22
基金项目：江苏省经济信息化委员会资助项目（js110001）.
作者简介：梁艳（1982-），女，湖北恩施人，硕士研究生，工程师，主要从事环境自动监测系统的研究与开发工作.
（责任编辑王淑侠）
《传感器与物联网技 术》 综合报告 题目：智能环境与物联网技术 专业： 学号： 姓名： 提交日期：二О一六年六月 摘要
环境与所有人的日常生活都息息相关，而物联网技术也随着计算机技术，信息技术，以及智能技术的发展越来越多的开始被应用到我们的日常生活中来。本文主要针对物联网技术应用到环境监测中的相关问题进行了分析与探讨。 智能环境利用各种传感器技术，移动计算，信息融合等技术对空气环境，海洋环境,河,湖水质，生态环境，城市环境质量进行全面有效地监控，通过构建全国各地环境质量的检测实现对全国范围内的环境进行实时在线监控和综合分析，建立全国性的污染源信息综合管理系统，为采取环境治理措施和污染预警提供更客观，有效的依据。 关键字：智能环境物联网技术传感器
目录 1引言 (4) 1.1 物联网简介 (4) 1.2智能环境研究的目的和背景 (4) 2需求分析 (4) 2.1智能环境功能需求分析 (5) 2.2各子系统需求分析 (5) 2.2.1大气污染监测子系统需求分析 (5) 2.2.2海洋污染监测子需求分析 (5) 2.2.3水质监测子系统需求分析 (5) 2.2.4生态环境检测子系统需求分析 (5) 2.2.5城市环境检测子系统需求分析 (5) 2.3其他非功能需求分析 (6) 2.3.1可靠性需求 (6) 2.3.2开放性需求 (6) 2.3.3可扩展性需求 (6) 2.3.4安全性需求 (6) 2.3.5应用环境需求 (6) 3详细设计 (6) 3.1各环境监测子系统解决方案 (6) 3.2智能环境监测系统结构图 (5) 3.2.1各子系统环境监测拓扑结构图 (6) 4结论 (12) 参考文献 (13)
1 、生态环境监测的定义 对于生态环境监测，许多人有不同的理解。全球环境监测系统将其定义为是一种综合技术，可相对便宜地收集大范围内生命支持系统能力的数据。前苏联学者曾提出，生态监测是生物圈的综合监测。美国环保局把生态监测定义为自然生态系统的变化及其原因的监测。国内有学者提出“生态监测就是运用可比的方法，在时间和空间上对特定区域范围内生态系统或生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素等进行系统地测定和观察的过程，监测的结果则用于评价和预测人类活动对生态系统的影响，为合理利用资源、改善生态环境和自然保护提供决策依据”，这一定义从方法原理、目的、手段、意义等方面作了较全面的阐述。 2 、生态监测的对象 生态环境监测已不再是单纯的对环境质量的现状调查，它是以监测生态系统条变化对环境压力的反映及趋势，侧重于宏观的、大区域的生态破坏问题。生态监测的对象包括农田、森林、草原、荒漠、湿地、湖泊、海洋、气象、物候、动植物等，每一类型的生态系统都具有多样性，不仅包括了环境要素变化的指标和生物资源变化的指标，同时还要包括人类活动变化的指标。另外根据《生态环境状况评价技术规范》的生态环境质量指标：生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和环境质量指数，提出了生态监测的因子。 3 生态监测的类型
根据生态监测2个基本的空间尺度，可将其划分为宏观生态监测和微观生态监测两大类。 (1)宏观生态监测。是在大区域范围内对各类生态系统的组合方式、镶嵌特征、动态变化和空间分布格局及其在人类活动影响下的变化等进行监测。主要利用遥感技术、地理信息系统和生态制图技术等进行监测。 (2)微观生态监测。其监测对象的地域等级最大可包括由几个生态系统组成的景观生态区，最小也应代表单一的生态类型。它是对某一特定生态系统或生态系统集合体的结构和功能特征及其在人类活动影响下的变化进行监测。 宏观生态监测起主导作用，且以微观生态监测为基础，二者既相互独立，又相辅相成。 4 、生态监测的特点 生态监测是一个综合性的工作，牵涉到多学科的交叉，它包含了农、林、牧、副、渔、工等各个生产领域。又是一个长期性的复杂性的工作，因为生态系统的发展是十分缓慢的复杂变化过程，受污染物质的排放、资源的开发利用，还有自然因素等的影响，长期监测才能揭示其变化规律。其还具有分散性，生态监测站点的选取往往相隔较远，监测网的分散性很大。同时由于生态过程的缓慢性，生态监测的时间跨度也很大，所以通常采取周期性的间断监测。 生态监测系统性强。生态监测本身是对系统状态的总体变化
基于物联网的环境监测实现研究
摘要 近年来物联网（TheInternetofthings）的概念和技术逐渐成为研究的热点，被认为它是继计算机、互联网与移动通信网之后信息产业发展又一次浪潮，开发应用前景巨大。物联网是通信网络的延伸，它能够使我们的社会更加自动化，降低生产成本提高生产效率，借助通信网络随时获取远端的信息。而作为物联网技术基础的无线传感器网络是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。本文研究了物联网技术在环境监测系统的应用，尤其是在严酷环境中对环境参数的检测和采集，对无线传感器网络的几种关键技术，如节点供电、自组织路由，以及和互联网的连接等进行了研究，给出了具体解决方案、硬件和软件路由设计等。 关键词：物联网、无线传感网、环境监测、ZigBee、TinyOs 目录 1 前言......................................................................................... 错误!未指定书签。2物联网与无线传感网............................................................. 错误!未指定书签。 1.1.环境监测典型应用................................................... 错误!未指定书签。 3 物联网环境监测系统设计..................................................... 错误!未指定书签。 3.1无线采集节点设计.................................................................. 错误!未指定书签。 3.1.1节点结构及功能设计........................................................... 错误!未指定书签。 3.1.2硬件设计............................................................................... 错误!未指定书签。 3.2节点路由协议实现................................................................. 错误!未指定书签。 3.3 无线网关设计 .............................................................. 错误!未指定书签。 3.3.1网关与上位机通讯协议....................................................... 错误!未指定书签。 3.3.2 网关路由协议实现............................................ 错误!未指定书签。 3.4上位机通信与数据分析处理.................................................. 错误!未指定书签。 3.4.1上位机通信软件结构........................................................... 错误!未指定书签。 4 结束语..................................................................................... 错误!未指定书签。1前言 近年来物联网的概念和技术被广泛关注，普遍认为它是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业发展又一次浪潮，开发应用前景巨大。美国研
163 电子技术 1 引言 近几年来，我国不断投入大量的人力、物力和财力，加强环境保护的信息化建设，在环境监测监控系统、环境应急系统等硬件等软硬件建设方面做出了大量的探索和努力。现阶段我国的环境监测监控领域的发展并没有太大突破，尤其是环境监测监控系统的体系结构以及环境监控中的硬件设备等等，在当今物联网技术大发展的趋势下，随着环境监测监控新途径、新方法和新技术的发展，环境监测监控系统建设已经成为下一步环境监控的重要手段，把符合“物物相连”等要求的数据采集终端设备纳入环境监测监控物联网系统。数据采集终端设备之间通过相互协作，完成相关的环境监测业务。现有技术中存在多种类型环境要素接入时系统要求高、传输方式单一、数据采集可靠性低的问题。 2 系统介绍 基于物联网的环境监测系统设计 万 军1 ,张新婷2 （1.科盛环保科技股份有限公司,南京 211500;2.河海大学设计研究院有限公司,南京 210098） 摘 要：本文介绍了一种环境监测物联网系统，包括环境监测服务器、环境监测服务平台、物联网、环保数采仪、采集终端，解决了多种类型环境要素接入时系统要求高、传输方式单一、数据采集可靠性低的问题，具有多种类型环境要素可同时接入环境监测物联网系统、数据可靠、有利于判断数据的正确性、便于用户使用和升级、传输方式多样、适用于不同环境监测场合。关键词：物联网；环境监测；系统 DOI:10.16640/https://www.doczj.com/doc/fc1032313.html,ki.37-1222/t.2017.12.147 图1 是环境监测物联网系统结构图 如图1所示，环境监测物联网系统包括环境监测服务器、环境监测服务平台、物联网、环保数采仪、采集终端，采集终端用于采集废气污染物的数据、采集废水污染物的数据、设备运行数据、室温数据、室内湿度数据以及自身的工作状态并上传至环保数采仪，环保数采仪用于将接收的环保数据汇总后上传至经物联网上传至环境监测服务平台，环境监测服务平台将接收的环保数据保存至环境监测服务器，用户经环境监测服务平台监测环保数据并发出控制监控指令至采集终端，环境监测服务器用于向用户提供环保数据。 环境监测物联网系统，包括环境监测服务器、环境监测服务平台、物联网、环保数采仪、采集终端；采集终端用于采集废气污染物的数据、采集废水污染物的数据、采集锅炉负荷数据、室温数据、室内湿度数据以及自身的工作状态并上传至环保数采仪；环保数采仪用于将接收的环保数据汇总后上传至经物联网上传至环境监测服务平台；环境监测服务平台将接收的环保数据保存至环境监测服务器，用户经环境监测服务平台监测环保数据并发出控制监控指令至采集终端；环境监测服务器用于向用户提供环保数据。控制指令包括废气污染物控制指令、废水污染物控制指令、设备运行控制指令、室温控制指令、室内湿度 控制指令。环境监测物联网系统还包括网关，网关用于目的地址解析。 由于采用包括环境监测服务器、环境监测服务平台、物联网、环保数采仪、采集终端，采集终端用于采集废气污染物的数据、采集废水污染物的数据、采集锅炉负荷数据、室温数据、室内湿度数据以及自身的工作状态并上传至环保数采仪，环保数采仪用于将接收的环保数据汇总后经物联网上传至环境监测服务平台，环境监测服务平台将接收的环保数据保存至环境监测服务器，用户经环境监测服务平台监测环保数据并发出控制监控指令至采集终端，环境监测服务器用于向用户提供环保数据，网络拓扑结构合理，数据准确性高，便于用户使用和升级。 由于物联网用于采集终端和环境监测服务平台的数据传输，使得多种类型环境要素可同时接入环境监测物联网系统，由于物联网利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素(所有的设备、资源及通信等)都是个性化和私有化。 3 小结 （1）采用物联网用于采集终端和环境监测服务平台的数据传输，使得多种类型环境要素可同时接入环境监测物联网系统。 （2）由于采用了废气连续在线监测仪、锅炉运行负荷采集装置、废水在线监测仪、温度传感器、湿度传感器等多种采集终端接入的技术手段，多种环保数据的采集为环境监测服务平台的数据分析提供了更可靠的依据。 （3）上传采集终端自身的工作状态包括废气连续监测仪自身的工作状态和废水在线监测仪自身的工作状态，使得用户能及时发现设备存在的问题，有利于判断数据的正确性以及系统的维护。 （4）采用包括环境监测服务器、环境监测服务平台、物联网、环保数采仪、采集终端，采集终端用于采集废气污染物的数据、采集废水污染物的数据、采集锅炉负荷数据、室温数据、室内湿度数据以及自身的工作状态并上传至环保数采仪，环保数采仪用于将接收的环保数据汇总后上传至经物联网上传至环境监测服务平台，环境监测服务平台将接收的环保数据保存至环境监测服务器，用户经环境监测服务平台监测环保数据并发出控制监控指令至采集终端，环境监测服务器用于向用户提供环保数据，网络拓扑结构合理，数据准确性高，便于用户使用和升级。 （5）采用环保数采仪的技术手段，由于环保数采仪允许多种协议输入，统一格式输出，解决了传输方式单一的难题。从整体上说，本系统布局合理，连接简单，适用于不同环境监测场合。 作者简介：万军（1982-）,男,江苏南京人,本科,中级,研究方向:电气自动化。
lora环境监测物联网系统 解 决 方 案
一、系统背景 人们越来越重视环境问题，为此创羿兴晟研发了多款lora产品，例lora控制终端CY-LRB-102、lora检测终端CY-LRB-101、lora控制终端CY-LRW-102、lora检测终端CY-LRW-101等产品型号，还有多款产品正在研发中，通过lora窄带物联网技术实现对场所内环境，包括pm2.5、CO2含量、光照、粉尘颗粒物浓度、环境温度气压等的监测，打造lora环境监测物联网系统，通过对环境的监测实现对环境状态的提前预警，实现从被动承受到主动防御的转变。 一台lora控制终端可连接16-32个环境传感器。Lora远距离通信，大大减少了中继的成本。本系统可应用于机场、车站、工业园区、居民区、学校等各种需要监测实时环境状态的场景，实现对环境的实时监控和提前预警。 二、系统组成及总体设计 lora环境监测物联网系统由各种环境传感器、lora控制终端CY-LRB-102、lora检测终端CY-LRB-101、DDC设备及云数据管理平台等几个部分组成。 系统总体网络拓扑结构如图1所示，主要包括环境数据管理中心、lora控制终端CY-LRB-102、lora监测终端CY-LRB-101以及DDC 设备，该系统lora控制终端CY-LRB-102与各类传感器以有线一对多方式相连，采集传感器的模拟量数据；lora控制终端CY-LRB-102与lora监测终端CY-LRB-101采用lora无线一对一的通信方式，传输传
感器的模拟量数据；lora监测终端CY-LRB-101与DDC设备以有线多对一方式相连，将环境信息发送给DDC设备，并将数据上传到环境数据管理中心。 lora控制终端CY-LRB-102向下与传感器根据modbus通信规约通过RS485方式连接，向上借助lora网络的超长距离无线通信能力与lora监测终端CY-LRB-101通信；lora监测终端CY-LRB-101向上与DDC设备根据baet通信规约通过RS485方式连接，将采集的环境数据通过DDC设备传回环境数据管理中心。lora控制终端CY-LRB-102与lora监测终端CY-LRB-101内都有modbus/baet通信规约机制，可根据需要转换通信机制。若遇障碍物严重遮挡，导致lora控制终端CY-LRB-102与lora监测终端CY-LRB-101不能正常通信时，可增加中继节点以使采集的数据传输至Lora监测终端CY-LRB-101。 环境数据管理中心通过对采集数据的分析处理，智能分析每个接入传感器的状态，并转换成有价值的信息，供授权用户访问使用。由此可见，该系统可实现上电即用、网络简单、数据上传、数据下发、抗干扰等功能，实现环境数据的采集与管理。该系统不仅为环境数据管理中心提供查询和管理的便捷，还能提供智能决策，帮助管理中心提高服务水平。
基于物联网的智能化环境监测系统研究平台 摘要：本文通过对重点污染源排放状态的自动监控，及时、准确、全面地反映环境质量现状及趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划、环境评价提供客观的科学依据，采用了计算机、通讯和自动化领域最新的产品和技术，从而构建新一代的污染源在线自动监测（监控）系统。 关键词：物联网；环境；检测（监控）；平台 哥本哈根气候峰会在2009年12月举行，许多国家希望达成一份具有约束力的二氧化碳减排协议。与此同时，各国都陆续将物联网的建设上升到国家战略的层面，旨在通过物联网的应用实现节能减排，成就低碳经济。物联网作为低碳经济革命的技术创新之一，是要在能源流的整个过程中提高能源生产率和降低二氧化碳的排放。低碳经济社会的特点是要建立能源互联网，使得不同形式、不同时空的能源可以得到聪明的使用。这既可以大幅度地减少能源消耗和二氧化碳排放，同时又可以大幅度地提高人们的生活质量和便利性。 1 系统总体设计 1.1 异构自组织无线传感器网络 拟采用三层架构：底层节点包括信息采集设备等；中间层由车载设备节点或多跳转发设备构成；上层由位置固定的网关节点组成。 1.2 平面型环境监测气体传感器 气体传感器：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺
寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。 1.3 环境与气象监测信息处理中心及通讯终端 监控中心采用标准的B/S系统架构，同时采用通用的软、硬件产品，并规范数据存储格式，使系统具有兼容性强、规模易扩展的特性。定制移动终端采用CPU+DSP核的硬件架构，可以实现高速的数据处理能力。丰富的外部接口和高亮度大屏幕，坚实的外壳能很好满足特殊要求。终端采用VISION公司的VISION225+TI公司的OMAP5910构成的硬件平台。 2 系统技术难点分析 基于物联网的智能化环境监测系统主要研究的内容是异构自组织无线传感器网络与平面型环境监测气体传感器。 2.1 异构自组织无线传感器网络系统架构 信息采集节点：由传感模块和数据处理传输模块组成，能够自组织成无线网络的节点。传输距离50-100米，功耗休眠期10mW，工作时间100mW，传输距离可扩展为500米，接口包括模拟4-20MA和RS485接口。车载节点和多跳转发节点：是具有较强数据收集能力的中心节点，把传感节点汇集来的数据进行接收和处理，传输距离500-1000米，功耗随传输距离变化。网关节点：把车载节点和多跳转发节点通过Internet转发给中央控制系统，具有无线接入网络和宽带接入网络功能。终端设备：是由能够上网的PC、PDA或智能手机构成，实现远程浏览。中央控制管理：通过节点收集的各类信息最终汇总到中央控制系统，自主设计开发的中央控制系统
基于物联网的水环境监测及分析系统 梁艳，俞旭东，谢凯 （南京南瑞集团公司，江苏南京211106） [摘要]:基于物联网的水环境监测及分析系统集传感器、测控、通信、计算机应用、地理信息系统等技术为一体，实现了“测得准、传得快、说得清、管得好”的总体目标，可为水环境管理、水功能区管理、污染物减排和总量控制提供科学依据。系统可方便接入其他业务系统，实现资源共享，提高环保部门环境监察、管理能力，增强应对突发性污染事故快速反应能力，满足环境监测和环境管理的业务需求。 关键词：物联网；水环境监测；水环境分析 0引言 随着环保产业的发展及物联网概念的兴起，将物联网与环境监测融合已成为环境监测与管理新的发展趋势[1]。环境参数、设备状态、视频监控等信息通过具有定位功能的传感器、智能监测分析仪器等感知设备进行采集后，经由网络设备和通道实时传输至信息平台进行存储和分析，实现环境管理部门对水环境信息的实时监控，同时实现其对监测站点测控、数据传输装置及排污口闸门等设备进行远程控制和工况监测，增加系统运行的稳定性和可靠性，有效防止和应对突发性环境污染事故的发生。物联网技术在环境监测中的应用使得环境监测与管理更加便利和准确[2-3]。 传统的水环境监测以实验室监测为主，还包括便携式仪器现场人工取样检测和固定监测站点连续取样监测[4]，各方式分别具有其优缺点。如实验室监测响应时间长，检测频次有限，但监测参数全面且分析结果精确；自动在线监测投资运行成本高，但监测及时，预警能力强等。物联网将3种监测手段结合起来，充分利用传感器技术、射频技术、无线通信技术等，快速有效获取大范围（甚至是整个水域）水质信息并对这些信息进行综合挖掘利用，作出整体有效的评价[5-6]。水质信息的快速准确获取以及数据的高效利用是水环境监测中物联网技术运用的关键。 水环境监测及分析系统在物联网先进感知技术的基础上，充分利用网络技术、数据库技术、GIS技术、Web发布技术，以智能传感器为基础，结合自由组网传输方式将采集数据传输至环境业务数据中心。系统对业务应用进行扩展，其业务应用模块依据水质规范，对监测项目各种动态数据进行综合性地分析和评价，实现有效的监控预警；并且根据内置的各种水质模型，为污染物总量控制、水功能区环境治理提供科学依据及技术支持，提高环境管理部门监察监管能力，增强其应对突发性污染事故快速反应能力，实现环境监测管理“测得准、传得快、说得清和管得好”的总体目标。
-` 基于物联网的环境监测实现研究 戴礼森
摘要 近年来物联网（The Internet of things）的概念和技术逐渐成为研究的热点，被认为它是继计算机、互联网与移动通信网之后信息产业发展又一次浪潮，开发应用前景巨大。物联网是通信网络的延伸，它能够使我们的社会更加自动化，降低生产成本提高生产效率，借助通信网络随时获取远端的信息。而作为物联网技术基础的无线传感器网络是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。本文研究了物联网技术在环境监测系统的应用，尤其是在严酷环境中对环境参数的检测和采集，对无线传感器网络的几种关键技术，如节点供电、自组织路由，以及和互联网的连接等进行了研究，给出了具体解决方案、硬件和软件路由设计等。 关键词：物联网、无线传感网、环境监测、ZigBee、TinyOs
目录 1 前言 (3) 2物联网与无线传感网 (5) 1.1.环境监测典型应用 (5) 3 物联网环境监测系统设计 (7) 3.1无线采集节点设计 (7) 3.1.1节点结构及功能设计 (7) 3.1.2 硬件设计 (10) 3.2 节点路由协议实现 (12) 3.3 无线网关设计 (16) 3.3.1网关与上位机通讯协议 (17) 3.3.2 网关路由协议实现 (21) 3.4 上位机通信与数据分析处理 (23) 3.4.1 上位机通信软件结构 (23) 4 结束语 (27) 1前言 近年来物联网的概念和技术被广泛关注，普遍认为它是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业发展又一次浪潮，开发应用前景巨大。美国研究机构Forrester预测，物联网所带来的产业价值要比互联网大30倍，将形成下一个万亿元级别的通信业务。 所谓物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智
物联网智能环境监测系 统 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
《传感器与物联网技 术》 综合报告 题目：智能环境与物联网技术 专业： 学号： 姓名： 提交日期：二О一六年六月 摘要 环境与所有人的日常生活都息息相关，而物联网技术也随着计算机技术，信息技术，以及智能技术的发展越来越多的开始被应用到我们的日常生
活中来。本文主要针对物联网技术应用到环境监测中的相关问题进行了分析与探讨。 智能环境利用各种传感器技术，移动计算，信息融合等技术对空气环境，海洋环境,河,湖水质，生态环境，城市环境质量进行全面有效地监控，通过构建全国各地环境质量的检测实现对全国范围内的环境进行实时在线监控和综合分析，建立全国性的污染源信息综合管理系统，为采取环境治理措施和污染预警提供更客观，有效的依据。 关键字：智能环境物联网技术传感器
目录 1引言 (4) 物联网简介 (4) 智能环境研究的目的和背景 (4) 2需求分析 (4) 智能环境功能需求分析 (5) 各子系统需求分析 (5) 大气污染监测子系统需求分析 (5) 海洋污染监测子需求分析 (5) 水质监测子系统需求分析 (5) 生态环境检测子系统需求分析 (5) 城市环境检测子系统需求分析 (5) 其他非功能需求分析 (6) 可靠性需求 (6) 开放性需求 (6) 可扩展性需求 (6) 安全性需求 (6) 应用环境需求 (6)
3详细设计 (6) 各环境监测子系统解决方案 (6) 智能环境监测系统结构图 (5) 各子系统环境监测拓扑结构图 (6) 4结论 (12) 参考文献 (13) 1引言 物联网简介 物联网是一种新兴技术，其核心内容是将各种信息传感设备和互联网结合起来而形成的一个巨大的网络，实现信息的高速获取和交换，是人类的生产和生活具有更高的智能化。物联网作为一种新理念，却非凭空产生，而是随着传感器技术，无线网络技术，人工智能技术和数据融合技术的发展而出现的。目前的传感器已经能够实现对温度，湿度，声音，光线，辐射等多种环境信号的采集；物联网技术领域也出现了一种Wifi，CDMA以及Adhoc等高速网络接入和容错组网的方式，使得高速数据传输成为可能；人工智能技术经过多年的发展，目前已经能够实现一定程度的自动控制；高性能计算技术的出现也使得海量数据处理和融合不再成为控
基于物联网的远程环境监测技术探究 在经济快速发展的背景之下，生态环境问题日益激烈，已经影响到人们的日常生产生活。例如水系污染、饮水安全以及土壤污染严重等问题，都对后续可持续发展目标的实现造成诸 多阻碍。因此，针对基于物联网的远程环境监测系统进行构件是社会发展客观要求，是进一 步推动环境监测现代化水平的重要前提。也可改善我国环境监测信息化建设不足的问题，逐 步实现生态文明建设的目标。改善人们现有生活环境与生活质量。 一、环境监测与物联网的相关概念 环境监测的概念是贯穿在环境质量整个监测的过程中的,以前的环境检测对象都是相对单一的,但是随着环境问题的严重化趋势越来越明显,环境监测的范围必须要扩大发展方向,要加 上对于环境质量与环境污染的监测。其中环境监测的主要流程包括现场调查、样品收集与处理、样品保存、数据处理与综合评价。数据分析后必须以报告的形式进行数据的综合评价,这 样的形式也为今后的环境监测工作提供必要的依据。物联网简单来说就是通过先进技术将待 识别物体与互联网技术相融合,可以做到对这些事物的识别、定位、追踪、监控和管理。物联网，顾名思义就是物物相连。 二、环境监测中物联网的作用 1.物联网技术与空气质量监测 近年来人们越来越关系空气质量，"灰霾天气"中PM2.5、有害气体含量等成了大众所关 心的话题。传统的监测是监测人员直接观察并记录，从数据入手分析各污染物的含量是否满 足国家标准。这种方式往往耗费许多的人力和物力资源，缺乏动态性。由此本文提出基于物 联网的空气远程式的监测系统，系统原理是利用物联网的相关技术实现对空气情况实现实时 监测、传输和处理等。物联网技术对空气的质量有一个实时全面的监测，根据反馈回来的数 据对空气污染成分分析及对污染来源进行追溯，确保预防工作和消除污染措施的落实，因此 物联网技术在空气质量的监测和溯源应用中的作用十分重大。 2.物联网技术在水污染监测中的应用 在环境监测中，水污染监测占据重要位置，是其不可缺少的一部分内容。水质监测概念 设计到相当大的范围。水温、溶解氧以及电导率等是传统水质自动监测站在开展工作时间测 的主要对象，同时不能忽略浊度以及氧化还原电位等指标的重要性。生活水以及水污染是我 国开展水质监测与检测工作的两个重要内容。在检测过程中，传统的检测方式需要在每段时 间内通过反复取水的方式了解水质，这种方法存在一定的弊端。为在真正意义上实现对上述 现象的改善。利用物联网技术构建科学的水质自动监测系统，是满足实时、连续、准确监测 水域的重要前提，也可以有效掌握水域的变化状况。检测所得的数据会直接与调度中心来回 传输，通过自动储存与取出的方式判断目标水域。如果有问题出现，系统会第一时间报警， 在便捷性方面占据绝对优势。 三、基于物联网的远程环境监测技术的系统设计 1.架构设计 物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理。其自下而上可以分为以下 几个层次： （1）感知层目的是全面感知 利用传感器技术等感知、捕获采集物体的各种信息；
基于物联网的远程环境监测技术探究 发表时间：2019-04-04T15:06:21.573Z 来源：《中国西部科技》2019年第3期作者：王斌[导读] 物联网技术可以说是顺应时代发展潮流的一种产物，在各个领域中，物联网技术的应用范围不断拓宽，环境监测工作也已经逐步实现与物联网技术的充分融合。在构建环境监测系统时，利用物联网技术可满足方位全面、层次多元这一需求，利用相应的技术科学检测各项环境参数。改善环境污染检测随机性较强的问题，这不仅可实现对环境监测难度的有效降低，同时也可提升监测质量，将更为全面的技 术提供给环境监测工作。 大庆市环境监测中心站 在经济快速发展的背景之下，生态环境问题日益激烈，已经影响到人们的日常生产生活。例如水系污染、饮水安全以及土壤污染严重等问题，都对后续可持续发展目标的实现造成诸多阻碍。因此，针对基于物联网的远程环境监测系统进行构件是社会发展客观要求，是进一步推动环境监测现代化水平的重要前提。也可改善我国环境监测信息化建设不足的问题，逐步实现生态文明建设的目标。改善人们现有生活环境与生活质量。 一、环境监测与物联网的相关概念 环境监测的概念是贯穿在环境质量整个监测的过程中的,以前的环境检测对象都是相对单一的,但是随着环境问题的严重化趋势越来越明显,环境监测的范围必须要扩大发展方向,要加上对于环境质量与环境污染的监测。其中环境监测的主要流程包括现场调查、样品收集与处理、样品保存、数据处理与综合评价。数据分析后必须以报告的形式进行数据的综合评价,这样的形式也为今后的环境监测工作提供必要的依据。物联网简单来说就是通过先进技术将待识别物体与互联网技术相融合,可以做到对这些事物的识别、定位、追踪、监控和管理。物联网，顾名思义就是物物相连。 二、环境监测中物联网的作用 1.物联网技术与空气质量监测 近年来人们越来越关系空气质量，"灰霾天气"中PM2.5、有害气体含量等成了大众所关心的话题。传统的监测是监测人员直接观察并记录，从数据入手分析各污染物的含量是否满足国家标准。这种方式往往耗费许多的人力和物力资源，缺乏动态性。由此本文提出基于物联网的空气远程式的监测系统，系统原理是利用物联网的相关技术实现对空气情况实现实时监测、传输和处理等。物联网技术对空气的质量有一个实时全面的监测，根据反馈回来的数据对空气污染成分分析及对污染来源进行追溯，确保预防工作和消除污染措施的落实，因此物联网技术在空气质量的监测和溯源应用中的作用十分重大。 2.物联网技术在水污染监测中的应用 在环境监测中，水污染监测占据重要位置，是其不可缺少的一部分内容。水质监测概念设计到相当大的范围。水温、溶解氧以及电导率等是传统水质自动监测站在开展工作时间测的主要对象，同时不能忽略浊度以及氧化还原电位等指标的重要性。生活水以及水污染是我国开展水质监测与检测工作的两个重要内容。在检测过程中，传统的检测方式需要在每段时间内通过反复取水的方式了解水质，这种方法存在一定的弊端。为在真正意义上实现对上述现象的改善。利用物联网技术构建科学的水质自动监测系统，是满足实时、连续、准确监测水域的重要前提，也可以有效掌握水域的变化状况。检测所得的数据会直接与调度中心来回传输，通过自动储存与取出的方式判断目标水域。如果有问题出现，系统会第一时间报警，在便捷性方面占据绝对优势。 三、基于物联网的远程环境监测技术的系统设计 1.架构设计 物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理。其自下而上可以分为以下几个层次：（1）感知层目的是全面感知 利用传感器技术等感知、捕获采集物体的各种信息； （2）网络层就是传输数据 通过各种互联网将得到的数据信息进行远距离的传输；应用层即智能处理：利用各式各样的智能数据处理技术，对下两层采集、传输上来的数据和信息进行分析及处理,使用具体的作业场景来实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等。 2.具体系统组成设计 这个系统也很大程度的精简了工作的人员数量，积极响应国家的创新政策。基于物联网的环境远程监测系统可以更好的更加全面的对相关环境进行监测，并且与专业人员的合理配合可以更加透彻的了解相应的环境状况对于环境治理工作的开展有很大的积极作用。 （1）感知层 主要目的就是收集相关数据，根据具体的环境监测的对象我们应该先确定需要采集的信息，例如对大气空气质量的监测我们就需要监测各种气体的浓度和温度等参数。为了采集这些信息布置相应的传感器，传感器组成的网络应确保对监测区域有一个很好的覆盖。这些个传感器节点构成无线传感器网络再通过ZigBee技术等近距离无线传输技术来确保采集到的数据可以向上层传送。 （2）网络层 这部分是将上一步的数据等打包再传送到环境检测中心等终端，也就是说网络层是联通感知及应用层的一座必不可少的桥梁。网络层的工作方式为：先存储于现场数据库之中、再上传至位于公网云计算网络中的中间件服务器。中间件服务器接收现场服务器根节点上传的数据集，并存储于数据中心数据库，实现现场实测数据向公网中数据中心数据库的传输和迁移。在网络传输方面涉及到一系列的远距离网络技术譬如GPRS、3G、4G等，综合各方面的优势，通过对比选择一种适合系统且经济实惠的远距离网络传输技术来对下层采集到的数据进行有效并且安全的传送，数据全面、不重不漏的传送是一个需要解决的问题。 （3）应用层 对于该系统的应用层方面主要的目的就是利用远程监测平台完对环境监测的各种信息数据的接收、处理和显示等，这一部分是对下面两层的工作情况进行一个全面立体的展示，通过各种数据库以及组态软件对采集到的数据进行分析，然后有一个动态的曲线、趋势之类的展示，目的就是让环境监测的相关工作人员能够一目了然的看懂所监测的环境的具体信息，好做出一些相关的结论和分析。以上框架设计好之后就着手搭建相应的软硬件的平台来确保改远程环境监测功能的良好实现。
环境监测监控物联网系统 核心提示：环境监测监控物联网系统是一个新生产物，是在延续传统环境监测监控系统优势基础上，研发而成的，可以实现自动监控系统中安全可靠的数据采集、处理和传输。数据采集终端设备纳入物联网系统，并且它们直接可以互联互通、实现自主组局域网，相互协作完成特定的业务（比如河流上中下游数据的一致性检查和数据采集终端设备的故障诊断等等）。可应用于各种行业的自动监控，作为信息采集、处理和通信终端应用产品。 近几年来，我国不断投入了大量的人力、物力和财力，加强环境保护的信息化建设，在环境监测监控系统、环境应急系统等软硬件建设方面做出了大量的探索和努力。现阶段，我国的环境监测监控领域的发展并没有太大突破，尤其是环境监测监控系统的体系结构以及环境监测监控中的硬件设备等等。山东省的环保信息化工作在全国一直走在前列，相关部门不断探索环境监测监控的新途径、新方法和新技术。在当今物联网技术大发展的趋势下，我们探索出了环境监测监控物联网系统的解决方案。该方案中，把符合了"物物相连"等要求的数据采集终端设备纳入环境监测监控物联网系统。数据采集终端设备之间能够互相通信，相互协作，完成相关的环境监测业务。系统中的终端设备之间通过相互协作，进行河流的上中下游相关监测数据的一致性检查和数据采集终端设备的故障诊断。采用代码分发机制，通过各种类型数采终端的主节点向其余节点分发软件升级程序，在最快、最安全的前提下，完成一次网络系统的升级。该系统可应用于各种行业的自动监控，作为信息采集、处理和通信终端应用产品。产品应用范围广阔，可应用于环保、电力、热力、工矿、电信、市政、水务、燃气、交通等工业和公用事业中的各种类型自动监测站的数据采集与传输领域。为实现环境监测监控物联网系统的长足发展打下了坚实的基础。