所谓环保物联网是指物联网技术在环保领域的智能运用。其目的在于通过综合应用传感器、红外探测、射频识别等装置技术,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。我国环境保护领域在十几年的发展过程中,广泛采用传感器、RFID等物联网相关技术,具有良好的物联网运作基础,对实现物联网在环保领域的深度运用提供了先决条件。
一、 构建环保领域物联网体系
物联网作为一个系统,与其它网络一样,也有其内部特有的架构。其结构主要有三层:一是感知层,即通过RFID技术、传感器、二维码等物联网底层传感技术,对物体信息的实时获取,并通过传感网络;二是网络层,即通过将 互联网、3G网络、短波网等多种网络平台的融合,构建物联网网络平台,将感知层采集的信息实时准确地传递至环保信息中心,并对数据清理、整合、汇总,处理各种机械或人工造成的异常,通过数据挖掘技术及数据融合技术实现对采集信息价值的深度提炼;三是应用层,即把感知层采集的信息,根据各功能模块需要进行智能化处理,实现污染的早期预警、治理的自动调节、环保信息的实时发布等环保物联网应用功能,并补救各种不稳定的技术结构,和程序、硬件和网络的错误,以及调整数据采集传感器不稳定的工作环境。
二、开发智能化处理功能
物联网技术应用的目的在于,通过广泛采集的数据,运用数据挖掘等智能化技术,对采集的数据进行筛选和提炼,为决策层提供安全、可靠、有效的决策依据。所以,数据的智能化处理是物联网技术应用的本质特征之一。任何领域对物联网技术的应用,如果缺乏智能化开发,都不能充分发挥物联网技术优势。充分发挥物联网智能化优势,对环境监测进行智能化处理,将简单的环境监测数据提炼为各有价值的统计数据,至少可以达到以下两点目的。
一方面,延长污染预警时间。传统的方式在数据到达信息中心后,根据各项数据,对比预警指标,从而得到预警信息。传统的环保预警方式的实时动态监测能力不强,面对紧急状况下的环境污染问题处理能力不足,对预警监测的精确度、稳定性甚至下一步采取防污措施都造成一定的负面影响。要发挥物联网技术的智能化优势,根据实时监控的环保数据变化,分析污染发展趋势,推算达到预警指标的时间和趋势,充分延长污染监测的预警时间。
另一方面,为环保部门治理环境污染提供可靠的决策依据。环境污染并不是孤立、无序的,对大多数环境污染的治理都具有一定的经验。物联网技术的应用可以根据环境变化的区域、时间、事件等信息,根据已有的环境治理经验,分析环境污染产生的原因及规律,提出治理环境污染的重点和难点问题,提供污染治理的可靠方式,缩短环境治理决策周期,降低人工决策风险。
三、 实现自动化控制作用
物联网技术在环保领域中的应用,不能单单对数据进行采集然后传输至环保部门信息处理中心。除了要达到对环境污染提前预警和智能决策之外,物联网技术的应用实现在污染扩大之前,自动对污染做出早期处理,缓解或阻止环境污染的进一步扩大。
物联网的特征之一,就是实现数据采集设备与自动控制设备之间的信息互通,自动控制设备根据采集数据,结合已输入的自动处理程序,从而实现快速的自动处理,形成类似于感受器到神经反射弧的条件反射机制。
环保领域的物联网技术应用,可以通过将环境保护区域内,布置的环境感应装置与控制装置连接,构成信息传输整体网络,通过加载智能芯片,使环保设备具备独立计算及控制能力,构成自动控制系统。当污染达到一定指标时,自动控制系统自动采取一系列措施,达到快速调节污染的目的。实现环保的自动化控制功能,也是为了缓解信息中央处理部门的工作压力, 在紧急状况下,为下一步治理工作延长处理时间。
四、强调简易化发展方向
在环保领域物联网技术的应用,首先应强调物联网的简易化发展,使环保物联网技术设备朝微型化发展,适应人们日常生活中的环保需要。比如将物联网技术投入垃圾桶的检测、垃圾车的控制、生活污水的处理等生活方面,不能仅将物联网用在大型的环保项目中。
当前,在水资源、空气、土地等方面的环保工作已有突出的成绩,但在日常生活环保方面的发展并不是非常明显。随着人们物资生活的不断丰富,生活污染问题也随突显出来,迫切需要新技术改善生活环境。现阶段,物联网技术发展处于初步阶段,智能化、自动化等方面有一定的应用基础,RFID标签、红外线感应等物联网底层技术应用具有结构简单、目的明确、智能运用条件低等优势。在生活环境污染控制方面,物联网技术需求突出。
环保物联网技术发展,要充分开发物联网底层技术的专业化功能,形成产业规模,降低总体成本。通过提高智能芯片嵌入技术的应用,在降低使用成本的同时,有利于改造已有的环保设施设备,便于智能芯片的更换和淘汰,适应多样化环保功能需要。
五、提高抗损坏能力属性
在部分省市,物联网技术的运用已投入到环保领域当中,作用明显,但在使用的过程中,物联网设备的耐用性问题也越发突出。在环保领域,大多数物联网传感设备需要长期暴露在不同的自然环境,如空气、水源等自然环境中,这会对物联网传感设备造成一定负面影响,尤其是在垃圾收集、生活污水处理、工业废气的检测等污染较严重的区域,对传感设备的损害程度十分严重。物联网设施设备的耐用性问题,是目前制约其在环保领域应用的主要瓶颈。
虽然当前使用的物联网设施设备成本不高,但面对设施设备失灵或损坏的状况,物联网技术在环保领域的运用并不十分流畅。比如,在山东某市,环保部门将RFID标签装入垃圾桶当中,用于感应垃圾桶垃圾是否装满,便于及时回收。在实际使用过程中,由于长期与雨水、垃圾接触,大量的RFID标签出现失灵破损等状况,频繁的更换与修复工作消耗了不少人力与物力,同时也使最初的设想没有充分实现。
在环保领域中,物联网技术的应用,需要采用抗酸、抗潮、防晒、防火等抗损坏能力较强的材料增强物联网传感设备的耐用性。同时在物联网设施设备的整体结构上做改善,避免传感设备与恶劣环境的直接接触。
六、构建多平台网络模式
物联网技术的运用,网络平台是基础,缺乏安全稳定的网络传输环境,环保工作中的监测、控制工作则难以实现。物联网通过广泛散布传感设备,实现对数据的广泛采集和实时传输,并及时汇总,数据采集量、传输量和处理量较大,对网络平台的要求较高。当前,在不同领域,物联网应用的网络平台大多数是以互联网为基础,原因在于一方面互联网使用成本低,另一方面在于互联网运行情况稳定,便于物联网技术的开发和使用。
由于环保工作中,环境监控的主要对象分布较广泛,远离基础设施较好的区域,网络条件较差,为实现物联网数据的高速稳定传输造成一定负面影响。若以互联网为单一的网络平台基础,一方面需要在不同的自然环境中布置大量互联网接入设备,需要耗费一定的物质成本;另一方面,以单一网络平台为基础,若面对复杂的自然环境变化,互联网使用受到破坏,物联网运作停滞,运作流畅性得不到充分保证;且由于互联网属于开放性网络,物联网使用需要面对各类网络安全风险。
为保证环保工作中,物联网的正常运作,需要建立以互联网为主体,多网络平台共同适用的网络平台环境。以互联网为主体,原因在于需要环保工作中,信息采集处理的范围广,需要互联网作为主要运作平台,且面对城市、大型环保工程等基础设施较好的区域,互联网平台优势明显。多网络平台共同适用,原因在于,虽然大部分环保监控区域是孤立的,但大多数已具备一定的信息传输基础,如电信3G网络,充分利用已有的电视、电话等网络平台,为数据传输提供硬件基础,同时积极开发小范围内无线传感专用网络,为实现环保监控区域系统化提供条件。