物聯網智能環(huán)境監(jiān)測系統

《傳感器與物聯網技術》 綜合報告題目：智能環(huán)境與物聯網技術 專業(yè)：學號：姓名：提交日期：二О一六年六月摘要環(huán)境與所有人的日常生活都息息相關，而物聯網技術也隨著計算機技術，信息技術，以及智能技術的發(fā)展越來越多的開始被應用到我們的日常生活中來。本文主要針對物聯網技術應用到環(huán)境監(jiān)測中的相關問題進行了分析與探討。智能環(huán)境利用各種傳感器技術，移動計算，信息融合等技術對空氣環(huán)境，海洋環(huán)境,河,湖水質，生態(tài)環(huán)境，城市環(huán)境質量進行全面有效地監(jiān)控，通過構建全國各地環(huán)境質量的檢測實現對全國范圍內的環(huán)境進行實時在線監(jiān)控和綜合分析，建立全國性的污染源信息綜合管理系統，為采取環(huán)境治理措施和污染預警提供更客觀，有效的依據。關鍵字：智能環(huán)境物聯網技術傳感器

為了建立全國性的環(huán)境系統，從大氣環(huán)境，海洋環(huán)境,河,湖水質，生態(tài)環(huán)境，城市環(huán)境質量五個方面進行分析。2.1功能需求分析2.1.1全國環(huán)境質量自動監(jiān)控系統主要功能：1）大氣污染物自動監(jiān)測污染性氣體，有毒氣體監(jiān)測以及二氧化碳等其他溫室氣體含量的檢測2）海洋環(huán)境質量自動監(jiān)測污染源水污染物自動檢測3）河流（湖庫）水質自動監(jiān)測對流入河，湖的水源進行檢測和對水質變化進行檢測分析4）生態(tài)環(huán)境自動監(jiān)測對野生環(huán)境，如草原，沙漠，森林，熱帶雨林等進行監(jiān)測5）城市空氣質量自動監(jiān)測對城市交通，汽車尾氣，工業(yè)廢水廢氣排放，區(qū)域噪聲監(jiān)測等進行監(jiān)測2.2各子系統功能需求分析2.2.1大氣污染監(jiān)測子系統功能需求分析隨著全球經濟和工業(yè)的飛速發(fā)展，大氣環(huán)境污染越來越嚴重，其中就有人們熟知的PM2.5,而物聯網技術就能有效的應用到大氣污染的監(jiān)測過程中，監(jiān)測空氣中可吸入顆粒物的含量，空氣中有毒有害物質的含量，甚至能夠監(jiān)測大氣中的氧氣含量，二氧化碳含量，氮氣含量等等，以保證大氣層的整體的完整性，并且通過實時傳輸就能把監(jiān)測器上的相關數據傳輸到氣象中心，再傳輸給電視新聞中心等告知民眾，。2.2.2海洋污染監(jiān)測子系統功能需求分析我國的海洋污染物聯網系統建設還處于初級階段，但是很多國家很早就對海洋污染監(jiān)測的物聯網系統建設進行著研究。海洋污染物聯網系統建設能夠監(jiān)測一個國家海洋的水質情況，污染物情況，能夠在發(fā)生一些人為災害或者自然災害時及時的發(fā)現，及時處理。比如能夠在發(fā)生核污染時及時發(fā)現污染物是否達到國家的近海；在發(fā)生輪船原油泄漏時也能夠及時的判斷原油泄漏的污染情況并及時的做出處理，控制污染。所以說海洋環(huán)境監(jiān)測也有些極高的必要性。2.2.3水污染監(jiān)測子系統功能需求分析在河流河道水質監(jiān)測中，水庫水質監(jiān)測中，污水處理質量監(jiān)測中都已經進行了物聯網技術的應用，通過傳感器監(jiān)測水質中含有的各種污染含量，氣體含量，有毒有害物質含量；而后傳送到中央控制系統中，計算機自動進行對比分析判斷水質情況和水質安全情況，所有的數據都會自動進行儲備案，一旦發(fā)現問題自動報警，而且人也能夠對系統進行干預，人為進行實時的監(jiān)測觀察。2.2.4生態(tài)環(huán)境監(jiān)測子系統功能需求分析生態(tài)環(huán)境的物聯網監(jiān)測系統其實是一個較為寬泛的系統概念，但也已經逐步的被應用，一般來說這樣的一個監(jiān)測系統不僅僅包括以上提及的幾個已經投入使用的環(huán)境監(jiān)測系統，它還包括視頻監(jiān)控系統，生態(tài)環(huán)境的生物，動物生存情況的監(jiān)測等等一系列的監(jiān)控。最終匯集到中央控制系統中。生態(tài)環(huán)境的物聯網監(jiān)測應用主要是在一些自然保護區(qū)，沙漠綠植研究，熱帶雨林生態(tài)監(jiān)測，草原生態(tài)惡化監(jiān)測中逐步被應用。然后把相應數據統計提交給相關生態(tài)環(huán)境研究部門，方便生態(tài)學者對自然生態(tài)環(huán)境的變化進行記錄和分析，也方便相關研究人員給出及時的解決和監(jiān)管方案。2.2.5城市環(huán)境監(jiān)測子系統功能需求分析最近幾年內，隨著城市經濟的快速發(fā)展，城市環(huán)境污染越來越嚴重，尤其是北京，上海這些一線城市，而其他較發(fā)達城市環(huán)境也日趨惡化，因此對全國城市環(huán)境的檢測和整治刻不容緩。建立全國城市環(huán)境檢測系統，可以方便環(huán)境監(jiān)管部門及新聞部門，通過對這些數據的收集，可以對各地城市環(huán)境及時設定解決方案。如今我國城市空氣質量堪憂，尤其是一些大中型城市，一些由重型工業(yè)發(fā)展而來以及人口持續(xù)增多的城市大氣污染都相對嚴重。其中就有人們熟知的PM2.5,而物聯網技術就能有效的應用到大氣污染的監(jiān)測過程中，監(jiān)測空氣中可吸入顆粒物的含量，空氣中有毒有害物質的含量，甚至能夠監(jiān)測大氣中的氧氣含量，二氧化碳含量，氮氣含量等等，并且通過實時傳輸就能把監(jiān)測器上的相關數據傳輸到氣象中心，再傳輸給電視新聞中心等告知民眾。還有就是對城市工廠污染物排放進行監(jiān)測，根據相關標準對其進行整治；還有城市交通，粉塵，噪聲等的檢測。2.3其他非功能需求2.3.1可靠性需求系統應保證7X24小時內不當機，保證不同部門在不同客戶端登錄查詢及監(jiān)管是，系統正常運行，正確提示相關內容。2.3.2開放性需求系統應具有十分的靈活性，以適應將來功能擴展的需求。系統可運行在非主流的WINDOWS操作系統平臺上，便于以后系統的升級。2.3.3可擴展性需求系統設計要求能夠體現擴展性要求，且具有良好的可擴充性和可移植性，以適應將來功能擴展的需求。2.3.4系統安全性需求系統有嚴格的權限管理功能，各種功能模塊需有相應的權限才能進入。系統需能夠防止各類誤操作可能造成的數據丟失,破壞。防止用戶非法獲取網頁以及內容。另外，系統擁有強大的數據庫系統，以實現對環(huán)境的全面監(jiān)測。2.3.5應用環(huán)境需求 1）系統運行的硬件環(huán)境:客戶機，web服務器，數據庫服務器，傳感器，數據統計記錄儀，數據傳輸設備2）系統運行的軟件環(huán)境:獨立的操作系統，數據庫(SQLserver2010)3.詳細設計3.1各環(huán)境監(jiān)測子系統解決方案1）空氣在線監(jiān)測系統空氣質量在線監(jiān)控系統是由若干子系統及數據采集處理子系統等組成。測定空氣中顆粒物濃度，二氧化硫濃度，氮氧化物濃度，同時測量溫度，壓力，流量含濕量，含氧量等參數，計算各種參數，圖表并通過數據傳輸至環(huán)保主管部門，實現對監(jiān)測區(qū)域的無人化遠程實時監(jiān)測，做到實時監(jiān)控和應急預警。2）海洋在線監(jiān)測系統海洋污染物聯網系統建設能夠監(jiān)測一個國家海洋某個區(qū)域內水質的變化情況，污染物情況，當發(fā)生一些人為災害或者自然災害時，系統會進行自動報警，及時提醒相關部門處理。該系統主要監(jiān)測海洋中各種重金屬元素及其他污染物的含量及變化，以及海洋生物的生存狀態(tài)等，計算各種數據，并將數據和圖表提交給海洋管理部門，實現對我國海洋領域的水質進行在線監(jiān)測和管理。3）水質在線監(jiān)測系統水質在線監(jiān)測系統是一套以在線自動分析儀為核心，運用現代傳感器技術，自動檢測技術，自動控制技術，計算機應用技術以及配套的軟件和通訊網絡組成的一個綜合性在線自動監(jiān)測體系。方案平臺基于微定量分析技術及系統智能集成技術，系統通過對水樣及預處理系統進行控制，從而實現了水樣的環(huán)境參數進行測量控制預警等功能。利用物聯網技術構建污染源自動監(jiān)測管理體系，在重點污染企業(yè)廢水，廢水排放口設置在線監(jiān)測設備，并對現有監(jiān)測設備進行升級改造，實現對監(jiān)測點污染信息的自動獲??；通過智能感知和獲取污染因子排放數據，實現中心管理控制平臺對污染源全覆蓋，全自動，全天候的監(jiān)控，提高污染源監(jiān)器管理的水平和效率。4）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測子系統生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統相對比較復雜，主要通過監(jiān)測某區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統溫度，水份，植被覆蓋率，動物的遷徙等，來判斷監(jiān)測區(qū)域內的生態(tài)環(huán)境變化。通過視頻監(jiān)控系統，可以監(jiān)測某區(qū)域生態(tài)環(huán)境的動物的生存狀態(tài)，最終匯集到中央控制系統中。生態(tài)環(huán)境的物聯網監(jiān)測應用主要是在一些自然保護，通過對稀有動植物的分布，和狀態(tài)進行統計分析；對沙漠綠色植被生存環(huán)境的采集和分析，由相關人員進行研究，防止沙漠化加??；對熱帶雨林生態(tài)監(jiān)測，對某時段雨林系統的溫度，水份，氣體含量進行統計，并由相關生態(tài)研究員進行分析評估，預防雨林自然火災；草原生態(tài)監(jiān)測系統定期對草原環(huán)境進行監(jiān)測，防止草原退化。然后把相應數據統計提交給相關生態(tài)環(huán)境研究部門，方便生態(tài)學者對自然生態(tài)環(huán)境的變化進行記錄和分析，也方便相關研究人員給出及時的解決和監(jiān)管方案。5）城市環(huán)境監(jiān)測子系統城市環(huán)境監(jiān)測子系統，通過污染源監(jiān)測系統平臺，對各個城市重點污染源污染物的排放總量，噪聲污染監(jiān)測，粉塵監(jiān)測。提高監(jiān)察效能，必須采用自動化，信息化，科學化的技術手段，建設污染源在線監(jiān)控系統平臺，為節(jié)能減排，環(huán)境統計，排污申報，排污收費等提供依據。3.2系統結構設計系統總體結構框架圖圖1智能環(huán)境監(jiān)測拓撲結構圖3.2.1各子系統拓撲圖1）空氣在線監(jiān)測系統拓撲結構圖圖2空氣在線監(jiān)測系統拓撲結構圖2）海洋在線監(jiān)測系統拓