智慧环保

智慧环保是数字环保概念的延伸和拓展,它是借助物联网技术,把传感器和装备嵌入到各种环境监控对象(物体)中,通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来,可以实现人类社会与环境业务系统的整合,以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策。

概述

智慧环保是“数字环保”概念的延伸和拓展,是信息技术进步的必然趋势。

“数字环保”是在数字地球、地理信息系统、全球定位系统、环境管理与决策支持系统等技术的基础上衍生的大型系统工程。数字环保可以理解为以环保为核心,由基础应用、延伸应用、高级应用和战略应用的多层环保监控管理平台的集成,将信息、网络、自动控制、通信等高科技运用到全球、国家、省级、地市级等各层次的环保领域中,进行数据汇集、信息处理、决策支持、信息共享等服务,实现环保的数字化。

系统组成

智能环保平台由数据采集硬件和数据中心软件系统两部分组成。

  • 数据采集硬件负责采集现场的各种环境数据并将数据传输到数据中心;
  • 数据中心安装智能环保软件系统,软件系统负责对数据进行存储、分析、汇总、展现和报警。

智能环保平台可以采集的环境数据,包括空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照强度,以及水中温度、氨氮浓度、溶解氧浓度和 pH 值等等。

数据传输方式可采用有线或无线方式。有线方式通常使用 RS232、RS485、以太网等,无线方式通常使用 4G、WiFi、蓝牙、ZigBee 技术。通常各个采集终端先汇集到网关,网关再通过以太网或 4G 网络连接到数据中心服务器。

系统架构

基于物联网、云计算和大数据的智慧环保技术架构,整体可划分为四层:应用层、平台层、网络层、感知层。

各层功能描述如下。

  • 应用层:基于云服务模式,建立面向对象的环保业务应用系统和信息服务门户,为第三方环保应用提供商提供统一的应用展示平台,为公众、企业、政府等受众提供环保信息服务和交互服务,实现更智能的服务。
  • 平台层:基于云计算构建智慧环保数据中心和应用支撑平台,提供设备接入、数据存储、数据处理等功能,整合和分析环保及相关行业的海量数据,实现大数据存储、实时处理、深度挖掘和模型分析。
  • 网络层:利用物联网、通信网、互联网,结合 5G、卫星通信等技术,与感知层获取的数据进行交互和共享,传送到平台层进行信息处理。
  • 感知层:利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备和系统获取各种环境数据,实现对外部环境因素更及时、全面的感知。

技术应用

智能化处理

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。

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更有价值的统计数据,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。

自动化控制

物联网技术在环保领域中的应用,除了要达到对环境污染提前预警和智能决策之外,还应实现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。

移动物联网的特征之一,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,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,使环保设备具有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。

面临挑战

环保物联网建设面临的挑战有以下几点:

  1. 环保物联网应用中环境监控、环境信息共享范围与协同能力尚不能满足环境保护的需要。
  2. 环保物联网应用在环境质量监测,行业、企业污染防治,总量减排等履行环保职责中还没有充分发挥作用,影响了环境保护的效果。
  3. 科技创新和技术应用的意识、思路有待进一步开拓,环境管理理念、方法、体制、机制不匹配,缺乏统筹规划与组织。
  4. 目前环境保护管理模式从污染控制为目标开始向环境质量改善为目标转变,在这种形势下,现有环境监控模式和能力还存在明显差距。
  5. 环保物联网相关产业发展也滞后于应用需求,同时,公共服务能力与公众参与水平还不能满足日益增长的需求。

应用案例

小结

数字环保是借助物联网技术,把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象中,通过服务器、网络设备和软件平台,实现对监控对象的实时监测监控和预警。

智慧环保是数字环保概念的延伸,它通过云计算技术将环保领域物联网整合起来,实现环境业务系统的智能化,以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策。

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