物聯(lián)網(wǎng)能為環(huán)境監測做些啥 歐美經(jīng)驗值得借鑒

　　物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設備，實(shí)時(shí)采集任何需要監控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò )。其目的是實(shí)現物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò )的連接，方便識別、管理和控制。

　　物聯(lián)網(wǎng)的概念，最早于1998年提出，當時(shí)，美國麻省理工學(xué)院創(chuàng )造性地提出被稱(chēng)作EPC(Electronic Product Code)系統的“物聯(lián)網(wǎng)”概念。到2008年，IBM提出了“智慧地球”的概念，將物聯(lián)網(wǎng)提升到了美國國家戰略層面，并引發(fā)了世界各國對物聯(lián)網(wǎng)的追捧。

　　歐盟已將物聯(lián)網(wǎng)正式確立為歐洲信息通信技術(shù)的戰略性發(fā)展計劃。2008年，歐洲物聯(lián)網(wǎng)大會(huì )制定了歐洲物聯(lián)網(wǎng)政策路線(xiàn)圖，2009年，歐盟委員會(huì )正式出臺多項權威文件，尤其發(fā)布了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計劃》。

　　環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)保領(lǐng)域的延伸，歐美在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)方面做了哪些探索與應用?

　　城市實(shí)時(shí)監測無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )——美國City Sense

　　City Sense是由美國國家自然科學(xué)基金會(huì )資助，由哈佛大學(xué)和BBN公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出的可以報告整個(gè)城市實(shí)時(shí)監測數據的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )項目。

　　City Sense通過(guò)在美國馬薩諸塞州劍橋市的路燈上安裝傳感器，利用路燈的電力供應系統作為傳感器運行時(shí)的電力能源，解決了電池壽命對于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)運行的限制，有利于長(cháng)期環(huán)境監測試驗。每個(gè)節點(diǎn)都將含有一個(gè)內置PC機、一個(gè)無(wú)限局域網(wǎng)界面，利用WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，將監測信息回傳到監測中心，監測信息包括壓力、溫度、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、降雨強度、CO2、噪聲，之后為用戶(hù)提供City Sense網(wǎng)站信息查詢(xún)。

　　City Sense通過(guò)把每個(gè)節點(diǎn)同相鄰的節點(diǎn)相連形成網(wǎng)狀，從而將分散在城市各處的遠程節點(diǎn)和位于哈佛大學(xué)和BNN的中心服務(wù)器連接。在這一網(wǎng)絡(luò )中利用一個(gè)1英里射程的小無(wú)線(xiàn)電裝置，任何一個(gè)節點(diǎn)都可以從遠程服務(wù)器中心下載軟件或上傳傳感器數據。另外，根據微軟公司提供的Virtual Earth和Sensor Map技術(shù)，網(wǎng)站的數據資料將覆蓋到地圖上。民眾及學(xué)者便可透過(guò)網(wǎng)站追蹤污染物擴散情形，并進(jìn)行長(cháng)期的監測，研究空氣污染的解決方案。

　　City Sense收集數據的規模之大前所未有，未來(lái)傳感器的用途將會(huì )呈現多種可能性，從計算大氣污染物的傳感器到用于測量噪聲污染的麥克風(fēng)，甚至可以通過(guò)轎車(chē)和公交車(chē)上的移動(dòng)傳感器收集信息。

　　富營(yíng)養化監測和響應平臺——美國MARVIN

　　美國佛羅里達海洋研究組織建設了一個(gè)簡(jiǎn)稱(chēng)為MARVIN的傳感平臺。MARVIN傳感的目標主要是根據有害藻類(lèi)富營(yíng)養化相關(guān)水質(zhì)變化提供即時(shí)的水質(zhì)信息，其水質(zhì)監測項目包括pH值、溶氧量、水溫、導電度、葉綠素濃度、濁度、硝酸鹽及磷酸鹽、水位、水流速與方向、水中光合輻射光能以及全光等項目。這些傳感器同時(shí)安裝在一個(gè)浮舟之中，并搭載了一個(gè)氣象塔，負責監測包括風(fēng)速與風(fēng)向、氣溫、相對濕度、氣壓及降雨量等項目。

　　MARVIN的信息傳輸方式是利用傳感器收集監測數據信息后，通過(guò)天線(xiàn)傳送訊號至衛星及手機等界面，提供遠程信息的獲取。MARVIN平臺通常每小時(shí)取樣兩次，然后每小時(shí)或每三小時(shí)通過(guò)衛星將數據回傳。

　　MARVIN平臺需要每?jì)芍苓M(jìn)行一次人工維護，維護人員會(huì )采用傳統的采樣和分析方法收集數據，用于校正在后處理過(guò)程中的MARVIN平臺數據。除了FMRI實(shí)驗室研究人員外，MARVIN數據還可以幫助建模人員觀(guān)察水流循環(huán)和克盧薩哈奇河生物系統、幫助船長(cháng)及應急管理人員及時(shí)了解實(shí)時(shí)水質(zhì)情況、幫助游人預測赤潮是否會(huì )出現、幫助搜救隊了解水流能見(jiàn)度、幫助學(xué)生學(xué)習生物圈的有關(guān)知識等。

　　垃圾回收獎勵系統——美國Rewards for Recycling

　　美國密歇根南部垃圾處理和收集公司Richfield Management發(fā)起了一個(gè)新項目Rewardsfor Recycling。項目利用RFID技術(shù)(射頻技術(shù))向垃圾再循環(huán)處理的居民提供當地飯店或零售店的折扣，實(shí)現激勵目的。

　　這套系統將標簽封裝在堅固、粘附性強的外殼里。標簽粘貼在垃圾回收箱的正面和背面。垃圾箱的兩張RFID標簽含同一個(gè)唯一ID碼。當垃圾收集卡車(chē)沿著(zhù)收集路線(xiàn)前進(jìn)時(shí)，安裝在車(chē)輛內部的一臺閱讀器讀取每個(gè)垃圾箱標簽的ID碼。閱讀器與駕駛室內一臺觸摸屏計算機相連，計算機內含一臺GPS接收器。Universal Tracking Systems設計、實(shí)施這套系統，并開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件收集閱讀器標簽數據及每次標簽讀取和卡車(chē)的GPS坐標。軟件利用這些數據可以升級一個(gè)中央數據庫里各個(gè)家庭的垃圾回收記錄。

　　項目發(fā)起半年以來(lái)，密歇根州Genesee和Oakland郡的6個(gè)城鎮，共計8萬(wàn)個(gè)家庭已加入這場(chǎng)活動(dòng)，在有些地區如Davidson鎮，垃圾回收率從18%上升到50%。

　　穿戴式無(wú)線(xiàn)傳感器監測系統——法國Sensaris

　　法國Sensaris公司研發(fā)出一種穿戴式無(wú)線(xiàn)傳感器，可配戴在手腕上。這一傳感器結合全球定位系統(GPS)，并在其中裝置藍牙傳輸設備，由裝有藍牙的手機接收傳感器的監測信息，然后再借助手機上網(wǎng)功能，將信息上傳至當地的中央服務(wù)器。因此，無(wú)論是行人，還是騎自行車(chē)者，都可使用這套設備，這一設備可以讓公眾監測并匯報噪聲和空氣質(zhì)量信息，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)將最新資訊分享給各使用者。

　　目前此傳感器提供了噪聲和臭氧的監測功能，已大規模地部署在巴黎地區，以建構即時(shí)的污染地區地圖。未來(lái)Sensaris計劃增加其他空氣污染物的監測，包括一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物。

　　空氣質(zhì)量傳感網(wǎng)——西班牙OSIRIS

　　OSIRIS是歐盟GMES(Global Monitoring for Environmentand Security)下的一個(gè)綜合型計劃，是歐洲對環(huán)境進(jìn)行有效管理的一套綜合信息基礎架構，主要目標是研發(fā)和測試環(huán)境監控及防災處理，通過(guò)部署完善的感測網(wǎng)，運用現場(chǎng)實(shí)地監測的感測系統，達到監測與防災的效果。OSIRIS涵蓋現場(chǎng)監測系統、資料整合和信息管理、服務(wù)三階段流程。OSRIS針對空氣質(zhì)量及污染、地下水污染、森林火災和工業(yè)建筑火災4種情境進(jìn)行了實(shí)驗。

　　以空氣質(zhì)量傳感網(wǎng)為例，可分為空氣質(zhì)量監測和空氣污染監測兩種情境。這一模擬示范區為西班牙Valladolid市，空氣質(zhì)量監測通過(guò)9個(gè)固定式空氣質(zhì)量監測站(安置于大樓頂端)監測CO、CO2、NO、NO2、O3以及氣象因子，通過(guò)安置于公交車(chē)頂端的傳感器移動(dòng)監測NO、NO2等濃度和噪聲污染。在適當時(shí)間將監測數據以無(wú)線(xiàn)技術(shù)傳輸至監控中心，并與附近固定式氣象站信息結合，進(jìn)行后續污染物擴散模擬預測分析，并且將資料集成后以圖形的方式呈現在地圖上，作為決策單位的預警系統。

　　空氣污染情境則是在Valladolid近郊進(jìn)行模擬，當運載有毒化學(xué)品的列車(chē)發(fā)生翻覆事故，造成有毒物質(zhì)擴散。一旦接到報警，OSRIS會(huì )派出帶有傳感器的微型無(wú)人空中飛行器前往事發(fā)地點(diǎn)上空進(jìn)行大氣污染物采樣，無(wú)人空中飛行器將通過(guò)地面控制站和OSRIS系統與監控中心溝通并傳送信息，同時(shí)收集即時(shí)影像及氣象信息供擴散模擬組進(jìn)行分析，生成產(chǎn)生有毒氣體擴散的時(shí)空模擬圖，以便監控中心評估災情程度以及需疏散的地區。