环保物联网综述

重庆邮电大学研究生堂下考试答卷2013—2014学年第1学期考试科目 物联网导论姓名 年 级 2013级 专 业 控制科学与工程2013年1月3日物联网技术应用综述摘要21世纪是一个以计算机网络为核心的信息时代。经济全球化、数字化、网络化与信息化是21世纪的典型特征。随着信息技术的快速发展，经济全球化不断加快，通过计算机技术、数据通讯技术和互联网技术实现信息时代已是大势所趋。而信息时代的到来离不开信息化支持，信息化是21世纪经济发展的基础。物联网正是信息化的一个典型。物联网在计算机互联网的基础上，利用RFID、天线数据通讯等技术，构造一个实现全球物品信息实时共享的"Internetofthings"。作为国家确定的七大战略新兴产业之一，新兴信息技术产业将聚焦下一代通信网络、物联网、三网融合、新型平板显示、高性能集成电路和高端软件。其中物联网对于传统制造业的影响最大。它将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。如果物联网时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。家庭中使用的许多产品，比如电视、冰箱、空调、洗衣机、电话、热水器、屯饭煲等，都将实现智能遥控功能。物联网将成为重要的经济增长点，物联网产业领域非常广泛，遍及智能家居交通管理、智能物流系统、智能电网、公共安全及卫生、环境保护、现代农业、工业应用、企业应用、教育应用、等多个领域。物联网不仅可以提高经济效益，大大节约各项成本；而且可以为全球经济的发展提供技术动力。这里将结合物联网的相关内容，重点阐述一下环保物联网，即物联网在环境保护方面的应用。关键字：物联网智能环保物联网1•物联网简介作为新一代信息技术重要组成部分的物联网英文名称叫"Internetofthings"，就是"物物相连的互联网"。这有两层意思：其一，物联网的核心还是互联网，只是在现有互联网基础上的扩展和延伸的网络；其二，其用户端扩展和延伸到了任何物体间，可以进行信息的通讯和交换。由此得出物联网的概念是：通过射频识别(RFID)、激光扫描器、红外感应器、定位系统等传感设备，把任何物体与互联网相连接，按约定的协议，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化管理、定位、识别、监控、跟踪的一种新型网络。物联网产生与传感网、互联网、泛在网有着千丝万缕的关系。泛在网是指无所不在的网络，它以"无所不在"、"无所不包"、"无所不能"为基本特征，可以实现随时随地、任何人物之间的通信，涵盖了各种应用。它容纳了智能感知控制、广泛的网络连接及深度的应用等技术，超越了原有电信范畴的更大的网络体系。对于传感网、物联网、泛在网之间的关系，他们之间不是等价关系，而是存在一定的包含关系。泛在网包含物联网，物联网包含传感网。这可以从通信对象和技术的覆盖范围这个角度去区分传感网、物联网、泛在网之间的关系。因为传感网是物联网实现数据采集的一种网络，物联网除了传感网之外，还包括RFID、自组网、M2M等，它是泛在网的重要组成部分，泛在网除了各种网络技术外，更强调的是协同、移动性、共性支撑等问题。2.物联网结构从结构上角度可以将物联网机构体系分为三层：感知层、网络层、应用层。下图为物联网每层的结构图：2・1感知层感知层可以比喻为物联网的皮肤和五官。感知层包括RFID标签和读写器、摄像头、二维码标签和识读器、GPS等，主要作用是识别物体，收集信息，与人体结构中皮肤和五官的功能相似。物联网感知层解决的是物理世界和人类世界的数据获取问题，包括各类物理量、音频、视频数据、标识数据。感知层位于物联网三层架构的最低层，是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。作为物联网的最基本一层，感知层具有十分重要的作用。感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分，即首先通过传感器、摄像头等设备采集外部物理世界的数据，通过工业现场总线、红外、Wifi蓝牙蓝牙、ZigBee等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。也可以只有数据的短距离传输这一部分,特别是在仅传递物品的识别码的情况下。下图为感知层结构图：图1感知层结构图2.2网络层网络层相当于物联网的神经中枢和大脑，主要功能是信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层是在现有各种网络的基础上发展起来的，它与目前主流的国际互联网、移动通信网、各类专网、企业内部网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是电信网、广播电视网、互联网融合后，有线电视网也可以承担数据传输的功能。在物联网中，感知层感知到的数据能够被网络层把从无障碍、、高安全性、高可靠性地进行传送，网络层解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。同吋，物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。下图为网络层结构图：

图2网络层结构图2.3应用层物联网的最终目的是要把感知和传输的信息更好的利用，应用层就是扮演了这样的角色。应用层被视为物联网的行业需求和社会分工相结合，从而实现广泛智能化。应用层是物联网与各行业专业技术的深度融合，与行业需求相结合，实现各行业智能化，这类似人类社会是由不同的社会分工的人构成一样。应用是物联网发展的驱动力和目的。应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。这一层解决的是信息处理和人机界面的问题。具体的讲，应用层将网络层传输来的数据通过各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。这一层也可按形态直观地划分为两个子层：一个是应用程序层；另一个是终端设备层。应用程序层进行数据处理，完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，包括农业、工业、电力、交通、物流、医疗、银行、环保城市管理、家居生活等，可用于政府、社会组织、企业、家庭、个人等，这正是物联网体现在深度信息化网络的方面。而终端设备层主要是提供人机界面，物联网虽然是"物物相连的网"，但最终目的是要以人为本的，所以还是需要人的操作与控制，不过这里的人机界面已经大大超出现有的人与计算机交互的概念，而是泛指与应用程序相连的各种设备对人的反馈。下图为应用层结构图：图3应用层结构图3■环保物联网环保物联网是物联网技术在环保领域的智能应用。旨在通过综合应用传感器、红外探测、射频识别等装置与技术，实时采集污染源、生态等信息，构建全方位、多层次、全覆盖的生态环境监测网络，从而达到促进污染减排与环境风险防范、培育环保战略性新型产业等方面的目的。环保部门在十几年的重点污染源自动监控、环境质量在线监测等系统的建设中，广泛采用传感器、RFID等相关技术，被业界公认为是物联网技术应用较早的领域。但由于各种主、客观原因，在环保物联网应用建设项目组织管理、系统运营、数据应用等方面还需要持续改进与完善。环保物联网应用呈现四大特点：一是由于传感器种类多、数据多源异构、技术综合等导致建设和应用的高复杂性与高难度；二是信息服务范围要求打破地域限制，对信息资源整合共享要求提高；三是业务的特殊性和高度专业性对传感设备与技术提出挑战；四是环保物联网建设与应用需要政企共同投入、社会各方共同参与。在物联网感知层、传输层、应用层的三层结构中，更具环保行业特色的是两头，通过物联网更透彻地感知、全方位的联通、高度的智能化，推动环境管理升级。3・1环保物联网应用场景国家发改委会同财政部组织公安部、环保部、交通部、农业部、林业局、国标委等在智能公共安全、智能环保、智能交通、智能农业、智能林业等领域启动了首批国家物联网应用示范工程。环保物联网应用示范工程包括：在山东省开展危险废物、医疗废物、放射源废物监测为主要内容的物联网应用示范工程，成都市开展以移动源、危险源监测为重点的城市综合性环保管理物联网应用示范工程，以及无锡综合示范包括“感知环保”等6个方面的物联网应用示范。典型应用场景：环境质量实时监测、污染源自动监控、机动车排气污染防治、危险源监管等领域。环境质量管理。通过物联网对大气、水体、辐射、噪声环境感知，实现对环境质量信息及时掌握及对环境质量的有效管理。由一个远程数据监控平台和若干个子站组成。子站设有对各种污染因子连续监测的智能化仪器和辅助设备,工作方式为无人值守，昼夜连续自动运行。子站配备专用微处理机，采集各台仪器数据，通过有线或无线通信设备将数据传输到监控中心。监控中心完成对各子站状态信息及监测数据的收集，根据需要完成数据处理、报表和图件的输出。基于水、气环境模型库，判断该地区的污染现状、污染趋势，评价污染控制措施的有效程度，研究污染对人们健康及对其他环境的危害，验证污染扩散模式，进行污染预报。及时、准确地掌握城市噪声现状，分析其变化趋势和规律，了解各类噪声源的污染程度和范围，为城市噪声管理、治理和科学研究提供系统的监测资料。污染源管理。在点线面源的合适点位上安装各种自动监测仪器仪表和数据采集传输仪，通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连，实现在线实时通讯，这样传感器感知的点位环境状态就被源源不断地送到环保部门，并存储在海量数据库服务器上，供环保信息化各种应用系统使用。（感知污染源的数量、排放状态、污染物排放量信息等）（3） 机动车排气污染防治。机动车排气污染已成为城市大气污染物主要来源之一，是“十二五”期间氮氧化物减排主要对象之一。按约每10km一个路边站进行分级建设，配备不同精度仪器设备实现监测点位合理布局和设备的优化利用。在高速主要路口和城区主要道路安装识别监控卡口、识别和管理高污染机动车;利用交通管理物联网道路车流量实时观测数据，结合机动车排放因子核算道路机动车实时排放量和排放强度，用道路线源模型仿真模拟污染物浓度分布，并根据浓度水平发布道路空气质量预警预报，为管理部门疏导交通流量提供决策支持，通过网站发布道路污染指数信息，引导驾驶员避开污染严重区域。掌握高污染车限行和危险物运输轨迹，全面掌握近地表面机动车特征污染物污染浓度，完整反映机动车污染的环境质量状况。（4） 危险源监管。通过RFID，GPS等技术对危险化学品、医疗废弃物和放射源等污染物进行全程管理，保证污染物顺利运输以及风险事故的及时响应。基于危险废物监控网络，实现危险废物联单在线管理;危险废物转移计划在线申报；企业危险废物转移在线监控;危险废物申报登记管理;危险废物经营许可证申报及管理;进口废物在线监控管理;通过识别、定位、辐射剂量及通讯等设备，分别对固定使用放射源、移动使用放射源进行监控;建设应急监控与指挥系统，实时监控、应急监测、在线展示、应急调度与指挥、电子推演等系统，实现远程应急调度指挥功能，确保环境危险源受到全面有效的监控管理。应用实例：深圳电子联单管理危险废物转移，通过信息化技术和智能化技术实时全面记录危险废物转移的单位、种类、数量等信息，对转移的时间、线路实时监控，当移出数量不符时自动短信预警，转移时系统自动发送短信，短信经过确认后才能转移。通过全面实施“电子联单”，深圳市危险废物管理发生了质的飞跃。可保证危废转移信息的及时、真实和完整；自动提示经营单位是否具有资质;实现对危险废物转移的全过程监控。3.2环保物联网应用意义物联网技术的发展和在环保领域的全面应用，将引发环境保护思路与方式的根本性变化，成为培育和发展战略性新型环保行业、推动环境管理升级的重要手段，助推中国环保工作突破创新。（1） 促进环境保护管理模式创新。通过环保物联网应用，能够对环境质量、污染要素进行实时监测、过程监控，将环保管理模式由事后处理为主转向事前预防为主，由粗放式监管转向精细化监管，由单纯政府监督扩大到政府、企业、社会公众共同参与。（2） 提升环境保护乃至经济与社会发展决策能力。通过环保物联网应用，可以实现对水、气、声、土壤、生态等环境要素由点到面的监测，及时、全面的获取环境质量、污染源、环境风险等方面的信息，实现对环境保护总量核算、环境执法、环评指标制定、生态保护等业务的支撑，提升环境管理决策能力，促进环保事业科学发展。通过环保和经济社会其他领域物联网应用关联，如通过将环保污染监控信息预测分析与城市环境承载力相关联，将环保物联网监控信息与社会卫生相关联，可为疾病防疫提供有力支撑，能够全面提升经济与社会发展的决策能力。提高环境的民生服务能力，促进社会和谐。通过环保物联网的建设与应用，实时监测和分析环境要素，能够为企业改善生产工艺、节能降耗服务，促进污染减排，优化经济发展。同时，环保物联网的应用可促进信息公开，方便群众办事，更好的为社会公众服务。此外，环保物联网通过和其他物联网有效协同丰富数据来源，扩大服务范围，如与食品检测系统协同保证食品安全，与城市管理系统结合支持改进城市环境质量、排查环境风险等，进而促进环保和城市发展相协调，与经济发展相适应，促进社会和谐。4■总结物联网是继计算机、互联网与通信网之后，信息革命的第二次浪潮。在物联网这个体系中，感知是核心，应用是重点，传输是基础。打个简单的比喻，物联网就是要实现当司机出现操作失误时，汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对水温