...wd......wd......wd...?傳感器與物聯網技術?綜合報告題目：智能環境與物聯網技術專業：學號：姓名：提交日期：二О一六年六月摘要環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，以及智能技術的開展越來越多的開場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境監測中的相關問題進展了分析與探討。智能環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境，海洋環境,河,湖水質，生態環境，城市環境質量進展全面有效地監控，通過構建全國各地環境質量的檢測實現對全國范圍內的環境進展實時在線監控和綜合分析，建設全國性的污染源信息綜合管理系統，為采取環境治理措施和污染預警提供更客觀，有效的依據。關鍵字：智能環境物聯網技術傳感器目錄1引言41.1物聯網簡介41.2智能環境研究的目的和背景42需求分析42.1智能環境功能需求分析52.2各子系統需求分析52.2.1大氣污染監測子系統需求分析52.2.2海洋污染監測子需求分析52.2.3水質監測子系統需求分析52.2.4生態環境檢測子系統需求分析52.2.5城市環境檢測子系統需求分析52.3其他非功能需求分析62.3.1可靠性需求62.3.2開放性需求62.3.3可擴展性需求62.3.4安全性需求62.3.5應用環境需求63詳細設計63.1各環境監測子系統解決方案63.2智能環境監測系統構造圖 53.2.1各子系統環境監測拓撲構造圖64結論12參考文獻131引言1.1物聯網簡介物聯網是一種新興技術，其核心內容是將各種信息傳感設備和互聯網結合起來而形成的一個巨大的網絡，實現信息的高速獲取和交換，是人類的生產和生活具有更高的智能化。物聯網作為一種新理念，卻非憑空產生，而是隨著傳感器技術，無線網絡技術，人工智能技術和數據融合技術的開展而出現的。目前的傳感器已經能夠實現對溫度，濕度，聲音，光線，輻射等多種環境信號的采集；物聯網技術領域也出現了一種Wifi，CDMA以及Adhoc等高速網絡接入和容錯組網的方式，使得高速數據傳輸成為可能；人工智能技術經過多年的開展，目前已經能夠實現一定程度的自動控制；高性能計算技術的出現也使得海量數據處理和融合不再成為控制領域的瓶頸。這些技術的進步和融合催生了物聯網的逐步應用。具體來說，物聯網的關鍵技術在于無線射頻識別技術〔RFID〕。無線射頻識別技術是一種先進的感知技術，當標簽進入磁場中，能通過感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者主動發送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進展有關數據查詢，統計，管理等操作，從而實現了非接觸，自動化的物品識別。由于該技術的出現，物聯網才能具有強大的生命力，可以在包括環境檢測等多個領域進展靈活應用。1.2智能環境研究的目的和背景隨著社會經濟的開展，以及人類活動的加劇，導致自然界環境遭到破壞，人類自身生存的環境也遭到破壞，環境不斷惡化。此外，由地震，洪水，森林火災等自然災害以及一些突發事故所造成的環境污染，如由前兩年日本地震引起的核電站泄露，某輪船泄露導致海水污染，森林火災等。為進一步做好全國環境保護污染自動監測控體系建設，提高環境監測數據質量，增強環境監測數據的可比性，準確性和可靠性，根據?污染源自動監控管理方法?的有關要求，借助先進的電子信息，計算機，網絡技術建設全國性的環保監測信息系統。智能環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境，海洋環境,河,湖水質，生態環境，城市環境質量進展全面有效地監控，通過構建全國各地環境質量的檢測實現對全國范圍內的環境進展實時在線監控和綜合分析，建設全國性的污染源信息綜合管理系統，為采取環境治理措施和污染預警提供更客觀，有效的依據。多功能環保監測信息系統通過網絡連接全國所有的監測點，實現信息傳遞和信息共存。為此我們就要建設起全國統一的內部交換信息網絡體系，基本建設起覆蓋全國省，市，縣，大多數鄉鎮農村的環保信息服務網絡；要按照網絡技術標準，在全國各省〔區，市〕地〔市〕，縣建設相應的環保監測信息平臺，實現全國環保監測信息網站互聯互通，實施網上信息聯播，一站式聯網服務，即信息在各地環保監測系統終端通過有線網絡或無線GPRS/CDMA/3G網接入Internet,連接到各級環保的信息中心。各級環保局信息中心網絡框圖如下所示，核心交換機連接本地服務器，當地政務網。本地服務器可以根據需要選擇不同的數量，最少一臺；連接當地的政務網可以即時傳遞各種政策信息及數據。2.需求分析為了建設全國性的環境系統，從大氣環境，海洋環境,河,湖水質，生態環境，城市環境質量五個方面進展分析。2.1功能需求分析2.1.1全國環境質量自動監控系統主要功能：1〕大氣污染物自動監測污染性氣體，有毒氣體監測以及二氧化碳等其他溫室氣體含量的檢測2〕海洋環境質量自動監測污染源水污染物自動檢測3〕河流〔湖庫〕水質自動監測對流入河，湖的水源進展檢測和對水質變化進展檢測分析4〕生態環境自動監測對野生環境，如草原，沙漠，森林，熱帶雨林等進展監測5〕城市空氣質量自動監測對城市交通，汽車尾氣，工業廢水廢氣排放，區域噪聲監測等進展監測2.2各子系統功能需求分析2.2.1大氣污染監測子系統功能需求分析隨著全球經濟和工業的飛速開展，大氣環境污染越來越嚴重，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測過程中，監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測的物聯網系統建設進展著研究。海洋污染物聯網系統建設能夠監測一個國家海洋的水質情況，污染物情況，能夠在發生一些人為災害或者自然災害時及時的發現，及時處理。比方能夠在發生核污染時及時發現污染物是否到達國家的近海；在發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。所以說海洋環境監測也有些極高的必要性。2.2.3水污染監測子系統功能需求分析在河流河道水質監測中，水庫水質監測中，污水處理質量監測中都已經進展了物聯網技術的應用，通過傳感器監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，計算機自動進展比照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展儲藏案，一旦發現問題自動報警，而且人也能夠對系統進展干預，人為進展實時的監測觀察。2.2.4生態環境監測子系統功能需求分析生態環境的物聯網監測系統其實是一個較為廣泛的系統概念，但也已經逐步的被應用，一般來說這樣的一個監測系統不僅僅包括以上提及的幾個已經投入使用的環境監測系統，它還包括視頻監控系統，生態環境的生物，動物生存情況的監測等等一系列的監控。最終聚集到中央控制系統中。生態環境的物聯網監測應用主要是在一些自然保護區，沙漠綠植研究，熱帶雨林生態監測，草原生態惡化監測中逐步被應用。然后把相應數據統計提交給相關生態環境研究部門，方便生態學者對自然生態環境的變化進展記錄和分析，也方便相關研究人員給出及時的解決和監管方案。2.2.5城市環境監測子系統功能需求分析最近幾年內，隨著城市經濟的快速開展，城市環境污染越來越嚴重，尤其是北京，上海這些一線城市，而其他較興旺城市環境也日趨惡化，因此對全國城市環境的檢測和整治刻不容緩。建設全國城市環境檢測系統，可以方便環境監管部門及新聞部門，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，一些由重型工業開展而來以及人口持續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測過程中，監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展監測，根據相關標準對其進展整治；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表達擴展性要求，且具有良好的可擴大性和可移植性，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喪失,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，以實現對環境的全面監測。2.3.5應用環境需求1〕系統運行的硬件環境: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〕系統運行的軟件環境:獨立的操作系統，數據庫(SQLserver2010)3.詳細設計3.1各環境監測子系統解決方案1〕空氣在線監測系統空氣質量在線監控系統是由假設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保主管部門，實現對監測區域的無人化遠程實時監測，做到實時監控和應急預警。2〕海洋在線監測系統海洋污染物聯網系統建設能夠監測一個國家海洋某個區域內水質的變化情況，污染物情況，當發生一些人為災害或者自然災害時，系統會進展自動報警，及時提醒相關部門處理。該系統主要監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展在線監測和管理。3〕水質在線監測系統水質在線監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展控制，從而實現了水樣的環境參數進展測量控制預警等功能。利用物聯網技術構建污染源自動監測管理體系，在重點污染企業廢水，廢水排放口設置在線監測設備，并對現有監測設備進展升級改造，實現對監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，全天候的監控，提高污染源監器管理的水平和效率。4〕生態環境監測子系統生態環境監測系統相比照擬復雜，主要通過監測某區域生態環境系統溫度，水份，植被覆蓋率，動物的遷徙等，來判斷監測區域內的生態環境變化。通過視頻監控系統，可以監測某區域生態環境的動物的生存狀態，最終聚集到中央控制系統中。生態環境的物聯網監測應用主要是在一些自然保護，通過對稀有動植物的分布，和狀態進展統計分析；對沙漠綠色植被生存環境的采集和分析，由相關人員進展研究，防止沙漠化加??；對熱帶雨林生態監測，對某時段雨林系統的溫度，水份，氣體含量進展統計，并由相關生態研究員進展分析評估，預防雨林自然火災；草原生態監測系統定期對草原環境進展監測，防止草原退化。然后把相應數據統計提交給相關生態環境研究部門，方便生態學者對自然生態環境的變化進展記錄和分析，也方便相關研究人員給出及時的解決和監管方案。5〕城市環境監測子系統城市環境監測子系統，通過污染源監測系統平臺，對各個城市重點污染源污染物的排放總量，噪聲污染監測，粉塵監測。提高監察效能，必須采用自動化，信息化，科學化的技術手段，建設污染源在線監控系統平臺，為節能減排，環境統計，排污申報，排污收費等提供依據。3.2系統構造設計系統總體構造框架圖圖1智能環境監測拓撲構造圖3.2.1各子系統拓撲圖1〕空氣在線監測系統拓撲構造圖圖2空氣在線監測系統拓撲構造圖2〕海洋在線監測系統拓撲圖