徐新宇

摘　要　物聯(lián)網(wǎng)是科技創(chuàng)新的重要成果。目前，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展在國際國內都呈如火如荼之勢。作為新興高技術產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術廣泛應用于各行各業(yè)。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護領域的應用意義、應用前景，并對涉及技術以及發(fā)展的若干問題進行全面分析。

關鍵詞　環(huán)?！∥锫?lián)網(wǎng)

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類面臨的環(huán)境形勢也日益嚴峻。大氣污染、水污染、噪聲污染、電磁輻射污染、森林植被破壞以及土壤沙化等問題日趨嚴重，威脅著居民的健康、破壞著城市生態(tài)環(huán)境，嚴重制約著生態(tài)平衡及社會的可持續(xù)發(fā)展。調查發(fā)現(xiàn)，目前我國環(huán)境保護領域的信息化程度仍偏低，遠不能適應我國環(huán)境保護工作發(fā)展的需要，同時各個地方環(huán)保系統(tǒng)業(yè)務不溝通造成數(shù)據(jù)不共享、服務不開放，造成基礎設施的重復建設，總體投資巨大。因此促進環(huán)境保護向自動化、智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展將是未來環(huán)境保護工作的重點，環(huán)保信息化勢在必行。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展受到廣泛關注，并在相當廣闊的領域得到了應用，包括公共安全、環(huán)境保護、智能家居、工業(yè)自動化控制、健康監(jiān)控、精細農(nóng)業(yè)、智能交通、智能物流等。經(jīng)過過去幾年的技術和市場的培育，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展即將進入高速發(fā)展期，將為各行各業(yè)的發(fā)展帶來巨大的發(fā)展機遇。環(huán)境保護是物聯(lián)網(wǎng)技術應用最早也是最為成熟的領域之一,將物聯(lián)網(wǎng)應用于環(huán)境保護領域可以有效整合通信基礎設施資源和環(huán)?；A設施資源，提高環(huán)保行業(yè)業(yè)務系統(tǒng)信息化水平，提高環(huán)保行業(yè)業(yè)務系統(tǒng)基礎設施的利用率?？梢哉f物聯(lián)網(wǎng)應用于環(huán)境保護領域是信息通信技術發(fā)展到一定階段必然結果，也是環(huán)保領域信息化的必然趨勢。

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)就是通過綜合應用傳感器、RFID（射頻識別）等相關技術，實時采集污染源、生態(tài)等信息，構建的全方位、多層次、全覆蓋的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡。目前這項技術已在環(huán)境質量在線監(jiān)測等系統(tǒng)應用了10多年，是物聯(lián)網(wǎng)技術應用較早的一個領域。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和在環(huán)保領域的全面應用，特別是在監(jiān)控PM2.5，即直徑小于或等于2.5微米的細顆粒物方面，物聯(lián)網(wǎng)技術將在環(huán)境質量監(jiān)測領域大展身手。

（一） 物聯(lián)網(wǎng)技術將在促進循環(huán)經(jīng)濟建設上發(fā)揮重要作用。一方面，它可以密切監(jiān)控產(chǎn)生廢氣、廢水等廢棄物的生產(chǎn)過程，把有害環(huán)境的污染物、廢棄物減少到最低限度；另一方面，它還能輔助對廢氣、廢水、污染物等進行深入分析，進而實現(xiàn)廢棄物的資源化和無害化處理，使部分污染物或廢棄物可以進行循環(huán)再利用，如對排污進行余熱回收、物質提取等。

（二） 物聯(lián)網(wǎng)技術將促進環(huán)境監(jiān)控由點及面，全方位滿足環(huán)境監(jiān)測、控制、治理的需要。從適應經(jīng)濟發(fā)展和群眾呼聲需求看，監(jiān)控對象將從廢水、廢氣排放擴展到危廢、重金屬、輻射源、環(huán)境風險監(jiān)控等，從城市監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控向城鎮(zhèn)、農(nóng)村污染監(jiān)控擴展。從服務政府、企業(yè)的角度看，在監(jiān)控深度上，既監(jiān)控污染源末端，如污染物的排放濃度、排放量，還監(jiān)控企業(yè)污染排放和治理設施的工況運行情況。此外，物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同，如氣象、交通物聯(lián)網(wǎng)的連接，還能構成范圍更廣、更全面的監(jiān)控體系，支持環(huán)境的全面保護。

（三） 物聯(lián)網(wǎng)技術將推動環(huán)境保護以服務為根本理念全面展開。通過物聯(lián)網(wǎng)整合現(xiàn)有應用和信息資源，就能建立起集環(huán)境質量監(jiān)測、污染源監(jiān)控、環(huán)境風險防范等于一體的環(huán)保管理和服務體系，為各方利益者提供服務。如PM2.5顆粒物，不足頭發(fā)絲的1/20，來源十分復雜，監(jiān)控起來十分困難。而通過物聯(lián)網(wǎng)技術在這方面的智能應用，以此為切口，就能達到促進污染減排與環(huán)境風險防范、培育環(huán)保戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)等方面的目的。

（四） 物聯(lián)網(wǎng)應用能夠促進環(huán)保領域的信息共享機制的建立，支撐城市環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展，支撐跨區(qū)域協(xié)同應用與統(tǒng)籌管理。如加強和城市管理、衛(wèi)生、交通等領域的信息共享與業(yè)務協(xié)同，既可以為城市安全、醫(yī)療、交通管理等提供服務，促進城市經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護相協(xié)調，還可以擴大環(huán)保領域的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍和效果，使環(huán)保工作不僅僅成為環(huán)保部門的事情，還要變成整個城市的事情。

全球環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展還處于初級階段，但已具備較好的基礎。國內外已經(jīng)有了眾多環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用案例，在污染防治、生態(tài)保護等領域發(fā)揮著巨大作用，如美國部署的用于實時監(jiān)測城市環(huán)境污染數(shù)據(jù)的“CitySense”監(jiān)測系統(tǒng)和用于監(jiān)測大鴨島海鳥棲息情況的生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、澳大利亞用于監(jiān)測蟾蜍分布情況的生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、我國在無錫部署的太湖水環(huán)境監(jiān)測示范工程等。隨著國內外物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護領域的大量應用，其各項技術也逐步趨向成熟，同時大量技術的成熟和產(chǎn)品的應用也為環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎。

從總體上看，國外發(fā)達國家如歐美日韓等國面向環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護這一特定領域的應用，其技術發(fā)展與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)既有共同之處也有其特殊之處。按照上述面向環(huán)境保護物聯(lián)網(wǎng)的三層網(wǎng)絡結構，其技術發(fā)展也可從感知、傳輸、處理三個環(huán)節(jié)進行闡述。

（一） 感知環(huán)節(jié)。利用一組傳感器以ADHOC方式構成的有線或無線網(wǎng)絡，以及其他傳統(tǒng)信息采集裝置，協(xié)作地感知、采集所覆蓋區(qū)域中的環(huán)境監(jiān)測信息。主要包括數(shù)據(jù)采集、處理技術以及傳感器的部署、自組織組網(wǎng)和協(xié)同等技術，以傳感器等采集感知技術、RFID識別技術以及無線傳感器網(wǎng)絡技術為代表。

（二） 傳輸環(huán)節(jié)。通過不同的接入方式將感知環(huán)節(jié)的傳感器、傳感器網(wǎng)絡和其他信息采集裝置獲取的數(shù)據(jù)接入到基礎架構統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)絡中。由于涉及的感知端裝置各異且數(shù)量巨大，因此需要利用異構的網(wǎng)絡接入技術和基礎核心網(wǎng)絡技術，包括基礎NGN核心網(wǎng)和FTTH、3G、WiFi、藍牙、UWB等接入技術。

（三） 處理環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)面對眾多的數(shù)據(jù)來源和龐大的數(shù)據(jù)庫，一方面需要有極強的數(shù)據(jù)處理能力和分析能力，另一方面需要結合特定流程和規(guī)格進行數(shù)據(jù)分析和應用，因此，將會利用數(shù)據(jù)的計算處理分析和信息分發(fā)平臺技術，其中以云計算和P2P技術為代表。

總體而言，我國環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境建設正處于起步階段。產(chǎn)業(yè)鏈面臨著企業(yè)分散、規(guī)模小、技術能力薄弱等不利因素。

一是關鍵技術有待突破。由于環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用場景的特殊性，其發(fā)展中仍面臨一些關鍵技術的挑戰(zhàn)，如復雜環(huán)境下傳感器組網(wǎng)技術、能耗問題、傳感器節(jié)點部署模式及策略、安全隱私問題等等，這些關鍵技術的解決是環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模推廣應用的必要條件，因此努力完善環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)技術體系，突破環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用中的關鍵技術是目前亟待解決的問題。

二是標準體系尚未統(tǒng)一。隨著我國物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保領域應用的不斷推廣、應用，目前，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)標準無論是在國際或國內均處于初級階段，尚未系統(tǒng)化。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)包括感知、網(wǎng)絡、應用三個層面，每一個層面都會涉及一些標準化組織，目前已經(jīng)成立了很多標準化組織，而國際各標準組織之間對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的研究也缺乏統(tǒng)一的協(xié)作，同時缺乏權威以及可遵循的標準。每個國際標準組織的研究都是針對某一方面或自己擅長的部分進行研究，國內對于環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的研究也很零散，沒有系統(tǒng)的端到端的規(guī)劃。而由于缺乏統(tǒng)一標準，面向環(huán)境變化的物聯(lián)網(wǎng)應用和產(chǎn)業(yè)規(guī)模也都受到很大影響。

三是現(xiàn)階段環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模領域較小，一方面形成不了成熟的商業(yè)模式，另一方面也不利于市場的培育，因此未來要選擇重點領域和重點工程，積極引導環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)示范應用，擴大應用規(guī)模，推動技術發(fā)展、產(chǎn)業(yè)應用、經(jīng)營管理、政策實施等在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層，隨著3G網(wǎng)絡的大規(guī)模部署，3G及LTE無線接入技術將能提供高吞吐量的傳輸能力，將進一步促進環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用的普及。與此同時，電信網(wǎng)絡的接入層和網(wǎng)絡架構也在研究與開其新技術、新材料、新思想將推動環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)向多元化、智能化的方向演進。

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)未來應用的發(fā)展方向有兩個： 廣度和深度。所謂廣度就是環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍。目前我國面向環(huán)境保護物聯(lián)網(wǎng)的應用主要集中在幾個有限的方面，如污染檢測、環(huán)境質量監(jiān)測等，隨著面向環(huán)境保護物聯(lián)網(wǎng)各項技術的不斷成熟，標準體系的不斷完善，未來在海洋環(huán)境監(jiān)測、空間環(huán)境監(jiān)測、電磁或核輻射監(jiān)測、固體或化學廢棄物監(jiān)測等領域的應用還有極大的發(fā)展?jié)摿?。所謂深度，就是面向環(huán)境保護物聯(lián)網(wǎng)的應用水平。未來環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用的各項業(yè)務能力將愈發(fā)成熟，各個應用系統(tǒng)將愈發(fā)完善，同時，不同應用系統(tǒng)間的信息互聯(lián)及共享機制將更加發(fā)達，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的應用水平將得到整體提升。

盡管現(xiàn)階段面向環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)的應用還只是一個個比較孤立的應用，距離規(guī)模化應用差距還比較大，但未來實現(xiàn)環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應用勢在必行。我們必須要實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)之間信息互聯(lián)和共享以及智能化處理，建立新的業(yè)務平臺——環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務支撐平臺，全面實現(xiàn)綜合監(jiān)控和應急處理是必然趨勢。

與此同時，在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用層，高效處理海量數(shù)據(jù)的技術和科學模型將會出現(xiàn)并將大規(guī)模應用。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中每時每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這其中既有對決策有很大貢獻的數(shù)據(jù)，也有幫助較小的數(shù)據(jù)，還有噪聲數(shù)據(jù)，對如此海量數(shù)據(jù)的處理，需要有超級計算能力，并且在科學模型的指導下，才能高效地發(fā)現(xiàn)有用的決策信息，并智能地處理。由于云計算的應用包含了“把力量聯(lián)合起來，給其中的每一個成員使用”的思想，讓人們能夠調用全網(wǎng)絡資源，預計它將在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中大規(guī)模地使用。

在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的共性技術方面，未來應主要研究網(wǎng)絡虛擬化技術、資源管理、分布式信息處理和分布式資源管理技術、內容聚合技術、網(wǎng)絡管理技術、設備管理技術和多種無線技術的使用帶來的干擾等共性支撐技術，同時，還將重點研究頻譜資源協(xié)調，認知無線電、動態(tài)頻譜管理技術等。另外，隨著環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用的普及，安全和隱私問題在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)領域將會更加凸顯。因此，其總體安全需求的確定、安全架構的設計、如何建立基于普適異構環(huán)境下的可信物聯(lián)網(wǎng)絡的安全機制以保證物聯(lián)網(wǎng)構件多層面相互間協(xié)同運作的整體安全性和可靠性、安全接入控制系統(tǒng)設計、基于可信平臺的安全模塊及其提供的可信度量和評估機制、加密技術等，必然會成為今后研究的熱點問題。

總之，在應用的引領作用下，必須通過技術先導、政府推動、企業(yè)參與、社會受益。目前，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國還處于前期的概念導入期和產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成階段，沒有形成成熟的技術標準和完善的技術體系，整體產(chǎn)業(yè)處于醞釀階段。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)概念提出以后，首先面向具有迫切需求的環(huán)境保護領域，以政府投資實施應用示范項目帶動環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)市場的啟動將是必要之舉。進而隨著環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應用解決方案的不斷成熟、企業(yè)集聚、技術的不斷整合和提升，逐步形成比較完整的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)是新時期物聯(lián)網(wǎng)背景下環(huán)境保護領域信息化的必然趨勢，現(xiàn)階段我國面向環(huán)境保護物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)具有一定的技術儲備，同時也有相當?shù)膽煤彤a(chǎn)業(yè)化基礎，但是總體而言仍處于起步階段，在關鍵技術、標準體系、應用和產(chǎn)業(yè)化方面仍存在著一些亟待解決的問題，這些問題的解決需要政府、企業(yè)、科研部門以及各個行業(yè)的共同努力。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是一個持續(xù)長效的工程，也是一個利國利民的工程，在各方力量的不懈努力下必將構建出遠大宏偉的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)，使其施惠于國，造福于民。

（作者單位： 無錫市環(huán)保局）