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物联网智能化环境监测系统设计

发布时间:2020-02-28 点击:环境监测系统设计
  

  专业整理分享 《传感器与物联网技 术》 综合报告 题目:智能环境与物联网技术 专业: 学号: 姓名: 提交日期:二О一六年六月 摘 完美 DOC 格式 要 专业整理分享 环境与所有人的日常生活都息息相关,而物联网技术也随着计算机技术,信息技 术,以及智能技术的发展越来越多的开始被应用到我们的日常生活中来。本文主要针 对物联网技术应用到环境监测中的相关问题进行了分析与探讨。 智能环境利用各种传感器技术,移动计算,信息融合等技术对空气环境,海洋环 境,河,湖水质,生态环境,城环境质量进行全面有效地,通过构建全国各地环 境质量的检测实现对全国范围内的环境进行实时在线和综合分析, 建立的 污染源信息综合管理系统, 为采取环境治理措施和污染预警提供更客观, 有效的依据。 关键字:智能环境 物联网技术 传感器 完美 DOC 格式 专业整理分享 目 录 1 引言 ............................................................ 4 1.1 物联网简介.................................................... 4 1.2 智能环境研究的目的和背景 ...................................... 4 2 需求分析 ........................................................ 4 2.1 智能环境功能需求分析 .......................................... 5 2.2 各子系统需求分析 .............................................. 5 2.2.1 大气污染监测子系统需求分析 ................................ 5 2.2.2 海洋污染监测子需求分析 .................................... 5 2.2.3 水质监测子系统需求分析 .................................... 5 2.2.4 生态环境检测子系统需求分析 ................................ 5 2.2.5 城环境检测子系统需求分析 ................................ 5 2.3 其他非功能需求分析 ............................................ 6 2.3.1 可靠性需求 ................................................ 6 2.3.2 性需求 ................................................ 6 2.3.3 可扩展性需求 .............................................. 6 2.3.4 安全性需求 ................................................ 6 2.3.5 应用环境需求 .............................................. 6 3 详细设计 ........................................................ 6 3.1 各环境监测子系统解决方案 ...................................... 6 3.2 智能环境监测系统结构图 ........................................ 5 3.2.1 各子系统环境监测拓扑结构图 .................................. 6 4 结论 ........................................................... 12 参考文献 ......................................................... 13 完美 DOC 格式 专业整理分享 1 引言 1.1 物联网简介 物联网是一种新兴技术,其核心内容是将各种信息传感设备和互联网结合起 来而形成的一个巨大的网络,实现信息的高速获取和交换,是人类的生产和生活 具有更高的智能化。物联网作为一种新,却非凭空产生,而是随着传感器技 术,无线网络技术,人工智能技术和数据融合技术的发展而出现的。目前的传感 器已经能够实现对温度,湿度,声音,光线,辐射等多种环境信号的采集;物联 网技术领域也出现了一种 Wifi, CDMA 以及 Adhoc 等高速网络接入和容错组网的方 式,使得高速数据传输成为可能;人工智能技术经过多年的发展,目前已经能够 实现一定程度的自动控制;高性能计算技术的出现也使得海量数据处理和融合不 再成为控制领域的瓶颈。这些技术的进步和融合催生了物联网的逐步应用。具体 来说,物联网的关键技术在于无线射频识别技术(RFID) 。 无线射频识别技术是一种先进的技术,当标签进入中,能通过 电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,或者主动发送某一频率的信 号,阅读器读取信息并解码后,送至信息系统进行有关数据查询,统计,管 理等操作,从而实现了非接触,自动化的物品识别。由于该技术的出现,物联网 才能具有强大的生命力,可以在包括环境检测等多个领域进行灵活应用。 1.2 智能环境研究的目的和背景 随着社会经济的发展,以及人类活动的加剧,导致自然界环境遭到,人类自 身的环境也遭到,环境不断恶化。此外,由地震,洪水,森林火灾等自然灾 害以及一些突发事故所造成的环境污染,如由前两年日本地震引起的核电站泄露,某 轮船泄露导致海水污染,森林火灾等。 为进一步做好全国环境污染自动监测控体系建设,提高环境监测数据质量, 增强环境监测数据的可比性,准确性和可靠性,根据《污染源自动管理办法》的 有关要求, 借助先进的电子信息, 计算机, 网络技术建立的环保监测信息系统。 智能环境利用各种传感器技术,移动计算,信息融合等技术对空气环境,海洋环 境,河,湖水质,生态环境,城环境质量进行全面有效地,通过构建全国各地环 境质量的检测实现对全国范围内的环境进行实时在线和综合分析, 建立的 污染源信息综合管理系统, 为采取环境治理措施和污染预警提供更客观, 有效的依据。 多功能环保监测信息系统通过网络连接全国所有的监测点, 实现信息传递和信息 共存。 为此我们就要建立起全国统一的内部交换信息网络体系, 基本建立起覆盖全国, , 县,大多数乡镇农村的环保信息服务网络;要按照网络技术标准,在全国各(区, )地() ,县建立相应的环保监测信息平台,实现全国环保监测信息互联互 通,实施网上信息联播,一站式联网服务,即信息在各地环保监测系统终端通过 网络或无线 GPRS/CDMA/3G 网接入 Inter,连接到各级环保的信息中心。各级环保 局信息中心网络框图如下所示,核心交换机连接本地服务器,当地政务网。本地服务 器可以根据需要选择不同的数量,最少一台;连接当地的政务网可以即时传递各种政 策信息及数据。 2.需求分析 为了建立的环境系统,从大气环境,海洋环境,河,湖水质,生态环境,城 环境质量五个方面进行分析。 完美 DOC 格式 专业整理分享 2.1 功能需求分析 2.1.1 全国环境质量自动系统主要功能: 1)大气污染物自动监测 污染性气体,有毒气体监测以及二氧化碳等其他温室气体含量的检测 2)海洋环境质量自动监测 污染源水污染物自动检测 3)河流(湖库)水质自动监测 对流入河,湖的水源进行检测和对水质变化进行检测分析 4)生态环境自动监测 对野生环境,如草原,沙漠,森林,热带雨林等进行监测 5)城空气质量自动监测 对城交通,汽车尾气,工业废水废气排放,区域噪声监测等进行监测 2.2 各子系统功能需求分析 2.2.1 大气污染监测子系统功能需求分析 随着全球经济和工业的飞速发展,大气环境污染越来越严重,其中就有人们熟知 的 PM2.5,而物联网技术就能有效的应用到大气污染的监测过程中,监测空气中可吸 入颗粒物的含量,空气中有毒有害物质的含量,甚至能够监测大气中的氧气含量,二 氧化碳含量,氮气含量等等,以大气层的整体的完整性,并且通过实时传输就能 把监测器上的相关数据传输到气象中心,再传输给电视新闻中心等告知, 。 2.2.2 海洋污染监测子系统功能需求分析 我国的海洋污染物联网系统建设还处于初级阶段, 但是很多国家很早就对海洋污 染监测的物联网系统建设进行着研究。 海洋污染物联网系统建设能够监测一个国家海 洋的水质情况,污染物情况,能够在发生一些人为灾害或者自然灾害时及时的发现, 及时处理。比如能够在发生核污染时及时发现污染物是否达到国家的近海;在发生轮 船原油泄漏时也能够及时的判断原油泄漏的污染情况并及时的做出处理,控制污染。 所以说海洋环境监测也有些极高的必要性。 2.2.3 水污染监测子系统功能需求分析 在河流河道水质监测中,水库水质监测中,污水处理质量监测中都已经进行了物 联网技术的应用,通过传感器监测水质中含有的各种污染含量,气体含量,有毒有害 物质含量;而后传送到控制系统中,计算机自动进行对比分析判断水质情况和水 质安全情况,所有的数据都会自动进行储备案,一旦发现问题自动报警,而且人也能 够对系统进行干预,人为进行实时的监测观察。 2.2.4 生态环境监测子系统功能需求分析 生态环境的物联网监测系统其实是一个较为宽泛的系统概念, 但也已经逐步的被 应用, 一般来说这样的一个监测系统不仅仅包括以上提及的几个已经投入使用的环境 监测系统,它还包括视频系统,生态环境的生物,动物情况的监测等等一系 列的。最终汇集到控制系统中。生态环境的物联网监测应用主要是在一些自 然区,沙漠绿植研究,热带雨林生态监测,草原生态恶化监测中逐步被应用。然 后把相应数据统计提交给相关生态环境研究部门, 方便生态学者对自然生态环境的变 化进行记录和分析,也方便相关研究人员给出及时的解决和监管方案。 2.2.5 城环境监测子系统功能需求分析 最近几年内, 随着城经济的快速发展, 城环境污染越来越严重, 尤其是, 上海这些一线城,而其他较发达城环境也日趋恶化,因此对全国城环境的检测 完美 DOC 格式 专业整理分享 和整治刻不容缓。建立全国城环境检测系统,可以方便环境监管部门及新闻部门, 通过对这些数据的收集,可以对各地城环境及时设定解决方案。如今我国城空气 质量堪忧,尤其是一些大中型城,一些由重型工业发展而来以及人口持续增多的城 大气污染都相对严重。其中就有人们熟知的 PM2.5,而物联网技术就能有效的应用 到大气污染的监测过程中,监测空气中可吸入颗粒物的含量,空气中有毒有害物质的 含量,甚至能够监测大气中的氧气含量,二氧化碳含量,氮气含量等等,并且通过实 时传输就能把监测器上的相关数据传输到气象中心, 再传输给电视新闻中心等告知民 众。还有就是对城工厂污染物排放进行监测,根据相关标准对其进行整治;还有城 交通,粉尘,噪声等的检测。 2.3 其他非功能需求 2.3.1 可靠性需求 系统应 7X24 小时内不当机, 不同部门在不同客户端登录查询及监管是, 系统正常运行,正确提示相关内容。 2.3.2 性需求 系统应具有十分的灵活性,以适应将来功能扩展的需求。系统可运行在非主流的 WINDOWS 操作系统平台上,便于以后系统的升级。 2.3.3 可扩展性需求 系统设计要求能够体现扩展性要求,且具有良好的可扩充性和可移植性,以适应 将来功能扩展的需求。 2.3.4 系统安全性需求 系统有严格的权限管理功能,各种功能模块需有相应的权限才能进入。系统需能 够防止各类误操作可能造成的数据丢失,。防止用户非法获取网页以及内容。 另 外,系统拥有强大的数据库系统,以实现对环境的全面监测。 2.3.5 应用环境需求 1)系统运行的硬件环境: 客户机,web 服务器,数据库服务器,传感器,数据 统计记录仪,数据传输设备 2)系统运行的软件环境:的操作系统, 数据库(SQL server 2010) 3.详细设计 3.1 各环境监测子系统解决方案 1)空气在线监测系统 空气质量在线系统是由若干子系统及数据采集处理子系统等组成。 测定空气 中颗粒物浓度,二氧化硫浓度,氮氧化物浓度,同时测量温度,压力,流量含湿量, 含氧量等参数,计算各种参数,图表并通过数据传输至环保主管部门,实现对监测区 域的无人化远程实时监测,做到实时和应急预警。 2)海洋在线监测系统 海洋污染物联网系统建设能够监测一个国家海洋某个区域内水质的变化情况, 污 染物情况,当发生一些人为灾害或者自然灾害时,系统会进行自动报警,及时提醒相 关部门处理。该系统主要监测海洋中各种重金属元素及其他污染物的含量及变化,以 及海洋生物的状态等,计算各种数据,并将数据和图表提交给海洋管理部门,实 现对我国海洋领域的水质进行在线)水质在线监测系统 水质在线监测系统是一套以在线自动分析仪为核心,运用现代传感器技术,自动 完美 DOC 格式 专业整理分享 检测技术,自动控制技术,计算机应用技术以及配套的软件和通讯网络组成的一个综 合性在线自动监测体系。方案平台基于微定量分析技术及系统智能集成技术,系统通 过对水样及预处理系统进行控制, 从而实现了水样的环境参数进行测量控制预警等功 能。 利用物联网技术构建污染源自动监测管理体系,在重点污染企业废水,废水排放 口设置在线监测设备,并对现有监测设备进行升级,实现对监测点污染信息的自 动获取;通过智能和获取污染因子排放数据,实现中心管理控制平台对污染源全 覆盖,全自动,全天候的,提高污染源监器管理的水平和效率。 4)生态环境监测子系统 生态环境监测系统相对比较复杂, 主要通过监测某区域生态环境系统温度, 水份, 植被覆盖率, 动物的迁徙等, 来判断监测区域内的生态环境变化。 通过视频系统, 可以监测某区域生态环境的动物的状态,最终汇集到控制系统中。生态环境 的物联网监测应用主要是在一些自然,通过对稀有动植物的分布,和状态进行统 计分析;对沙漠绿色植被环境的采集和分析,由相关人员进行研究,防止沙漠化 加剧;对热带雨林生态监测,对某时段雨林系统的温度,水份,气体含量进行统计, 并由相关生态研究员进行分析评估,预防雨林自然火灾;草原生态监测系统定期对草 原环境进行监测, 防止草原退化。 然后把相应数据统计提交给相关生态环境研究部门, 方便生态学者对自然生态环境的变化进行记录和分析, 也方便相关研究人员给出及时 的解决和监管方案。 5)城环境监测子系统 城环境监测子系统,通过污染源监测系统平台,对各个城重点污染源污染物 的排放总量,噪声污染监测,粉尘监测。提高效能,必须采用自动化,信息化, 科学化的技术手段,建设污染源在线系统平台,为节能减排,环境统计,排污申 报,排污收费等提供依据。 3.2 系统结构设计 系统总体结构框架图 完美 DOC 格式 专业整理分享 图 1 智能环境监测拓扑结构图 3.2.1 各子系统拓扑图 1)空气在线监测系统拓扑结构图 图 2 空气在线监测系统拓扑结构图 完美 DOC 格式 专业整理分享 2)海洋在线 海洋在线)水质环境管理系统拓扑图 完美 DOC 格式 专业整理分享 图 4 水质环境管理系统拓扑图 4)生态环境管理子系统拓扑图 完美 DOC 格式 专业整理分享 图 5 生态环境管理子系统 5)城环境管理子系统拓扑图 完美 DOC 格式 专业整理分享 图 6 城环境管理子系统拓扑图 4.总结 该多功能环境监测系统是整个信息系统,结合了嵌入式系统技术,远程无线网络 通信技术, 智能监测技术等最新的高科技技术。 终端主体采用最新的嵌入式系统技术, 可以大大提高系统的集成度和稳定性。配备大容量的内存和 Flsh 存储片,软件运行 微软最新实时嵌入式操作系统 WINCE。通过网络连接全国所有的监测点,实现信息传 递和信息共存。 该系统是全国统一的内部交换信息网络体系, 基本建立起覆盖全国, , 县, 大多数乡镇农村的环保信息服务网络; 要按照网络技术标准, 在全国各 (区, )地() ,县建立相应的环保监测信息平台,实现全国环保监测信息互联互 通,实施网上信息联播,一站式联网服务,即信息在各地环保监测系统终端通过 网络或无线 GPRS/CDMA/3G 网接入 Inter,连接到各级环保的信息中心,构建全国 各地环境质量的检测实现对全国范围内的环境进行实时在线和综合分析, 建立全 国性的污染源信息综合管理系统,为采取环境治理措施和污染预警提供更客观,有效 的依据。 完美 DOC 格式 专业整理分享 参 考 文 献 1 王文森,韩世鹏. 物联网技术推进 GIS 在环境监测中的应用[J].信息通信.2011(03):78-79 2 陈天瑜,欧阳卫华,夏光耀.物联网技术在环境管理体系中的应用[J].科技创新 报.2011(23):44-45 完美 DOC 格式

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