网络环境检测受宠 集成化系统成发展主流

bqlaf

　　——深圳市保千里电子有限公司安防事业部总经理 王睿林

　　一、环境监测的现状分析

　　近年来，随着社会经济的发展，污染源日益增多，环境污染与生态破坏类型日趋复杂，环境污染负荷逐渐增加，环境污染与生态破坏事件、事故时有发生。同时，公众环境意识逐渐增强，各类环境污染投诉纠纷日益频繁，因此环境管理工作量与日俱增，对环境管理的要求也越来越高。现代信息技术日新月异，在此基础上，我国环境质量综合监控信系统和应急指挥系统的建设已经迫在眉睫，系统的建设将使环境监测更实时、准确、信息丰富、环境监管更科学并为环境监控和行政处罚提供更有效的科学依据。



　　在环境质量综合监控信息系统中，以网络技术为核心的环境监控信息网络集成系统是现代环境监控系统建设的重中之重。近年来，基于公共网络的通信技术(如公用电话网、国际互联网络等)在环境远程监控中得到越来越广泛的应用,这些远程通信方法具有投资少、成本低、免维护、可靠性高等特点，具有广泛的应用领域和广阔的发展前景。

　　环境监控信息网络集成平台是集采集、传输、存储、查询、应用为一体的综合环境监测管理系统，要求做到：以环境地理信息系统为基础，以计算机网络为支撑，以自动监测为重点，建立环境监测业务应用平台、环境信息资源共享平台和服务平台，提出监测信息的采集传输、存储和应用三大问题的完整解决方案，实现环境监测信息的网络化、数字化和可视化，并据此选择、开发相关的软硬件产品，为政府环境管理和决策服务提供技术支撑系统。

　　环境监控信息网络集成系统将传感器、计算机、网络和呼叫中心技术等有机结合，由功能完善、互联互通、资源共享、统一规范的环境信息网络平台和环境管理业务应用平台等组成，确保环保管理信息的完整性、准确性、一致性和安全性;提供环保管理信息的多方面采集、全方位检索、智能维护。通过对管理信息的统计、分析，为各级领导及管理人员的决策提供强大的数据支持、决策支持、指挥支持、通信支持和信息交流支持，从而快速、准确、有效地防治环境污染，保障自然环境资源的合理开发利用，保护生活和生态环境，促进经济建设和各项事业的可持续性发展。

　　二、环境监控信息网络集成系统建设的关键架构

　　(1)整合已建、规范在建及待建的大气、水质自动监测站和污染源在线监测数据的采集，并可通过多种传输方式将现场的监测信息传输到中心数据库管理系统中;整合不同类型的监测(包括自动监测、常规监测、应急监测、委托监测等)、实验室分析、环境管理等信息，建立相关的专项数据库和该系统的子数据库;要求必须涵盖全区所有的环境监测业务信息，要突出重点，能满足各层次的管理要求;

　　(2)信息化建设中，环境信息在特定的地理区域获取，环境事件在具体地点发生，环境管理在行政区域有效行使。因此，地理信息是环境信息的重要组成部分。地理信息系统是地理空间数据管理、分析、辅助决策和信息可视化的计算机系统。在环境管理中应用GIS技术能够实现污染源、环境质量、环境污染影响等的可视化的管理和分析。GIS为环境管理人员提供了逻辑缩小的区域分析环境，在GIS平台上进行的各种环境管理的操作和分析不仅类似于现场的环境管理，而且可模拟各种条件下的环境影响。因此GIS是环境管理和决策不可缺少的平台。



　　作为环境监控信息网络集成系统的重要组成部分，GIS环境监测网络系统，适用于城市大气质量、烟尘和污水等环境质量进行实时数据的采集、监测和管理，也可用于城市供水、供气、供电等管网实时数据的采集监测的网络管理。它将分布在城市各个监测点的数据实时地通过该网络系统传送到监测管理中心进行显示，必要时可发出警告信息等，并将监测的历史数据存入数据库，供统计分析使用，进而优化系统的调度和进行监督管理。该系统的GIS服务器，完成向工作站发送请求数据信息并接收实时数据，进行管理和维护。工作站(或称下位机)使用单片微型计算机，完成现场物理参数的实时采集与处理，并存储近期内的实测值，接受服务器请求并发送数据。另外，城市环境地理信息系统的管理方法和思路同样也适用于城市市政管网建设、城市规划、城市交通、电信等领域，进而为开发城市综合管理系统提供实践基础和理论指导。地理信息系统技术最终进入社会各行各业是大势所趋，也是社会发展的需要。

　　(3)随着电子技术和无线技术的相互渗透和发展，用来监测环境的无线传感器网络应运而生。利用无线传感器网络技术，能够在此前不能部署传感器的自然环境中，实现监测自然环境以及一些特定污染领域的环境监测功能，进而为研究人员提供基础数据，及在出现灾害情况时发出预警信息等。无线传感器网络的出现和发展将为地球系统和环境科学的各个分支带来多重变革。



　　与传统的环境监测系统相比,使用传感器网络进行环境监测具有三个优点:①传感器节点的体积很小,整个网络只要一次布设,因此传感器网络对被监测环境的影响很小;②传感器网络节点数量多,分布密集,传感器网络具有数据采集量大、精度高的特点;③无线传感器本身具有一定的计算能力和数据存储能力,可以实现较为复杂的监控,传感器节点还具有无线通信能力,可以使得节点协同监控。

　　无线传感器网络环境监测系统的关键技术包括传感节点及节点的部署、能量管理、远程任务控制、数据采样和收集、能量高效的通信机制等。

　　(1)节点与节点部署 用于环境监测的传感器节点需要满足体积小、精度高、生命周期长等要求。由于监测环境的复杂性,要尽量减小传感器节点的体积,并采用异构的传感器节点。为了准确获得环境参数,需要高精度传感器,同时要延长传感器部署的有效时间。

　　(2)能量管理 对一些需要长时间监测的环境,对传感器节点的能量供应提出了很高的要求。传感器节点执行不同的操作所消耗的能量是不同的,比如传送一个数据包消耗的能量比接受一个数据包消耗的能量要多,向Flash写入数据或清除据所消耗的能量大约是传送一个数据包消耗的能量的几倍。在同一个传感器网络中,不同节点对能量的需求和使用也不相同。例如,靠近基站的节点可能需要更多地将能量用在转发数据包上,网络边缘节点的能量主要用在搜集传感器数据上。因此在实际应用中,要在本地计算、数据采集和通信之间进行合理的能量分配。

　　(3)远程任务控制 远程任务控制主要是调整传感器网络的监控任务。这种调整在远程数据服务端进行,通过远程控制的方法传达到整个传感器网络。系统监测人员向基站发出任务更改指令,基站周期性地广播一个网络保持消息,并将任务更改指令包含在网络保持消息中。远程任务控制还需要监控传感器节点的工作状态,并据此调整节点的工作任务。

　　(4)数据采样和收集 环境监测的主要目标是对监测环境的数据采样和数据收集。采样频率和精度是传感器节点的两个重要指标。采样过程中,要考虑采样数据量与能量消耗之间的关系,处于监控区域边缘的节点主要是收集数据发送给基站,能量消耗相对较少;靠近基站的节点除了收集数据外,还要将其他节点传送来的数据转发给基站,消耗的能量要多得多。为了减少数据通信量,需要对边缘节点采集的数据进行一定的压缩和融合。

　　(5)能量高效的通信机制 对于环境监测的无线传感器网络,能量高效的通信机制包括一系列路由算法、MAC算法和对通信部件的直接控制和访问机制。

　　对于环境监测集成系统来说，数据存储是一个很关键的问题，如何管理和有效利用不断增长的存储资源已成为其首要需求。随着将来的应用继续扩展，对存储的容量和安全性将不断提出更高的要求。这也就要求系统需要具备较强的可扩展性。即存储容量和系统规模能根据业务的不断发展而方便地扩展，同时存储管理系统能够方便地适应这种扩展。

　　环境监测集成系统是一个大平台，它不仅需要保证自身数据的安全存储，而且还需保证为提供数据服务的客户的数据安全存储，所以存储管理系统必须保证数据的安全性，防止任何情况下的数据丢失。

　　目前炙手可热的云存储是环境监控集成系统存储模式发展的主流方向。云存储管理可以实现自动化和智能化，所有的存储资源被整合到一起，客户看到的是单一存储空间;提高了存储效率，通过虚拟化技术解决了存储空间的浪费，可以自动重新分配数据，提高了存储空间的利用率，同时具备负载均衡、故障冗余功能;云存储能够实现规模效应和弹性扩展，降低运营成本，避免资源浪费。云存储具备的诸多优点让它成为解决现代监控存储需求的主流方式。

　　三、环境监控系统走集成化之路

　　我国环境监测站已具备环境质量监测、污染源监督监测、应急监测、服务性监测和科研监测的能力，可以开展水、气、渣、土壤、生物、噪声、放射性等要素200多个项目的环境质量监测、污染源监测、污染物总量控制监测、污染源解析监测和环境污染治理工程效果监测等，还可承担较复杂的环境问题调查。随着越来越多的环境监测站的投入使用，保障环境监测站的正常运行的可视化运维系统与环境监测系统的无缝融合成为环保行业信息化建设的趋势。

　　集成化系统主要体现在以下几点：数字环保管理平台将与可视化应用系统进行无缝连接，形成一个与运行环境无关的运行与管理平台;管理平台是本项目的统一门户系统，用户单点登录本平台，就可以一站式访问本项目的全部应用系统;告警数据结合图像全面分析，反映环境监测自动站故障实情;远程巡检方式，改变以往日常繁琐的巡检工作;改变以往设备被盗现象，有效增加财产保护的有效手段;改变以往重大维护需要专家到现场支持的现象，同时也可以对维护人员水平有效改善;实现自动站综合安防监控系统与环保其它业务子系统深度融合;提供强大的统计报表功能，能够对水质、天气的结果进行物质相关性、中间值等分析。

　　随着环保部对各省市《“十二五”主要污染物总量减排目标责任书》年度落实情况进行了检查，并对整治不达标的省市和企业公布了相应处罚措施，环保问题再度进入公众视野。环境监控信息网络集成系统的建立，将使管理者彻底摆脱繁重的手工操作，利用技术辅助管理和决策分析，提高工作的科学化、规范化水平，高效利用各种信息，保证资料的完备性、现时性，提高查询的速度，促进信息共享。同时，该系统的建立对实现可持续发展、数字化城市建设等将会起到不可估量的作用。