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基于物联网的环境保护监测平台研究

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张江洪程辉

摘要：物联网技术是一种全新的信息获取和智能处理技术，集成了传感器、嵌入式、网络通信、数据挖掘等技术，受到国内外广泛的关注，已在多种行业得到了广泛的应用。本文将物联网应用到环境监测，提高了对环境监控的能力，本文主要提出一种基于物联网的环境保护监测平台设计思路。

关键词：物联网；环境保护；监测平台

随着工业的迅速发展，环境问题已严重影响了社会的可持续发展。特别是长期以来粗放型经济增长方式，使环境遭到很大破坏，已经影响到人类健康。物联网是把传感器嵌入或置入建筑、电网、桥梁、大坝、工厂等需要监测的物体中，传感器实时采集现场的数据信息，然后通过网络，将数据发送到监测中心，达到监测人员、监测中心对基础设施实施有效的监控。实现对数据的智能化采集、传输和处理，达到“智能化”的状态。实现物与物、人与物的连结，提高资源利用率、劳动效率和生产力水平，改善人与自然的关系。

1物联网在环境保护监测方面的应用现状

环境监测是物联网最先应用的领域之一，物联网广泛应用于生态环境监测、水质监测、大气检测、噪声监测、降水监测、土壤监测、电磁辐射监测、排污监控、森林植被防护等。

1）大气监测：把在线监测仪器、有毒或有害气体传感器布置在污染源、人群密集或敏感地区。当某监测点大气发生异常变化时，传感器将通过传感节点将数据上傳至传感网，最后交给应用层程序进行处理，应用层程序会根据事先制定的事故应急预案执行处理。

2）水质监测：水质监测包括饮用水监测和水污染监测。饮用水监测在水源安装传感器、摄像头等设备，将水质的PH、SO2、铝等指标值实时上传到水质监测中心，实现对饮用水的监测和报警。水污染监测是在污水排放单位安装污水自动分析仪器和摄像头，对污水的CODcr、TOC、NH3-N、流量等指标实施实时监控，并将污染信息发送到排污单位、监测中心，对污染事故做出及时有效的处理，防止重大污染事故的出现。

2基于物联网的数据挖掘

监测点及监测指标的大量增加，数据呈现海量级趋势。用传统的数据分析处理方法处理海量级的监测数据，其效率较低且不能有效给出监测点的污染等级和量化评价等信息。利用聚类分析和预测方法，可有效处理环境监测数据。

环境监测是对空气质量、水质量进行监测。监测数据是海量级的。发现隐藏在其中的关键信息，仅靠人工发现是困难且不现实的，因此必须使用数据挖掘技术对数据进行分析处理。在监测系统中，相关的数据挖掘技术可对环境污染做出预测、评价，为环境监测提供智能化处理，给环境的防治工作提供有效帮助。本文从以下几个方面研究环境数据的挖掘。

1）环境监测聚类分析：根据监测点的污染物指标值，利用聚类算法对监测点进行聚类。同一类中，监测点的污染情况基本相似。这样容易区分哪些监测点的污染程度较小，哪些监测点的污染程度较大。经过聚类后，监测点被划分到不同的类，以类为单位评价监测点，可有效降低数据计算量。

2）环境质量评价：根据环境质量标准等级，对监测点的水质或空气质量进行等级评价，然后在GIS地图上标出监测点的污染级别，这样更能直观反应环境污染情况。由于监测点较多，对它们分别评价，会产生巨大的计算量，因此需要计算出每个聚类中心，然后对聚类中心进行评价。

3）环境预测：监测平台数据库保存大量的历史监测数据，通过对这些数据进行时间序列分析，可以挖掘出污染数据随时间变化的情况，以便掌握污染情况的变化趋势，提前做好防止污染措施。

3环境监测系统的体系结构

根据模块化设计思想，设计系统体系架构，并实现其中的关键模块。环境视频监控模块利用视频技术，可视化监控现场情况。地理信息系统模块利用GIS技术，以空间形式存储、管理监测点信息及显示报警、预警和评价信息。SMS短信模块利用SMS技术，以短信方式报告环境污染信息。环境预报警模块利用聚类分析和预测模型，评价环境质量状况和预测数据变化趋势。

1）系统体系结构：系统分两个子系统：现场机系统和监测平台。现场机系统运行在现场机上，接收现场仪器采集的数据，处理和打包数据，然后经网络把数据发送到监测平台，其分为数据采集、数据传输、参数设置和控制四个功能模块。

2）环境视频监控：环境视频监控模块实现对监测现场的可视化监控。该模块基于科达视频CU二次开发，从很大程度上降低开发的难度，提高开发的速度。其主要功能有：视频浏览，图像抓拍、视频录像、录像回放、录像查询、云镜控制和前端参数设置等，

3）地理信息系统：地理信息系统应用到环境监测，实现对监测点的空间管理。在地理信息系统中显示报警和预警的信息，使监测人员能及时掌握环境污染的情况、环境污染的发生地等信息，为环境监测提供高效、直观、方便的服务。

4）SMS短信：利用SMS（ShortMessageService）短信实现以短