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摘要:介绍如何借助传感网、3G网络的数据采集和高速数据业务等技术手段,搭建实时的环境监测与预警综合平台,突破传统低效的人工监测手段的局限性,实现泛在网在环保监测领域的应用。
关键词:环保监测;泛在网;3G网络泛在网在环保领域的应用
中图分类号:TP
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)15-0324-01
1 泛在网的概念
泛在网(ubiquitous network),即广泛存在的网络,以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征,即在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信。国际电信联盟(ITU)认为,泛在网将原本不属于电信范畴的技术,如传感器技术、标签技术等各种近距离通信技术纳入其中,从而构建起一个范畴更大的网络体系。FTTH、IPv6、3G、Wi-Fi、RFID、蓝牙等都是组成泛在网的重要技术。
2 环保监测系统的架构及功能
环保监测系统主要由三大部分组成,包括环保监测传感网、无线数据传输网、环保监测综合管理系统。
2.1 环保监测传感网
由各种智能水文传感器,空气质量传感器,光照、温湿传感器及短距离通信传输模块设备等组成,各类传感器采集数据后将其汇聚到相应的网关节点,通信方式可以由具体的应用场景来决定,低功耗、低成本的ZigBee协议被采用得比较广泛,感应数据经过网关节点再上传至感知数据管理系统。
2.2 无线数据传输网
其负责将汇聚到感知数据管理系统的感应数据通过图1泛在网的网络架构49专题:物联网技术与应用感应数据汇集系统上相应的cdma2000 EV-DO无线模块再上传到网络侧的应用平台。对于污染源需要重点监测的区域,各种传感器构成的单个节点采集到数据后(每个节点都采用ZigBee或者WLAN等短距离通信模块来进行组网)进行数据传输,将数据汇集到一个汇结点,汇结点进行协议转化后再通过cdma2000 EV-DO无线数据通信模块向监测平台发送数据。对于非重点区域的质量监测,由于其对数据采集点的密度要求不高,可以采用传感器模块直接通过EV-DO通信模块进行传感采集数据的传输。数据传输模式可分为:永远在线模式、定时传输模式、中心呼叫模式、数据触发模式,分别针对不同的应用场景,对于一般情形的环境监测,考虑到传感器设备和无线数据模块的能耗以及数据传送对EV-DO网络的压力可以采用定时传输模式。
2.3 环保监测应用平台
该平台主要由两部分组成,包括服务器端接收存储、分析模块(环境监测综合管理系统)以及基于Web的数据发布监测操作界面(Web browser)。环境监测综合管理系统主要由一台服务器和磁盘阵列组成,服务器申请配置固定IP地址,数据可保存在磁盘阵列中,服务器端软件对实时数据进行分析,并对异常信息进行告警提示,同时也具有网管功能,可以实时/半实时地了解各个节点的工作情况,或者以中心呼叫模式直接对某一节点上的环境监测数据进行巡检查看。采用cdma2000 EV-DO构建环保监测系统,目前有包月收费和以数据流量计费两种方式,对运营商来说目前可运营的商业模式主要是流量计费。由于各类传感数据都比较小,对于用户来说,按流量计费通信费用比其他方式低,一定程度上节约了建设、维护以及使用成本。电信运营商也将因此获得业务稳定的集团用户,随着用户数量的增加,营收也随之增加,调动了运营商的积极性,符合网络建设和网络应用同步发展的要求。
3 泛在网应用于环保领域面临的挑战
针对较大地区的环境监测,包括对水文、空气质量、温湿度、光照、噪声污染情况以及污染源等环境指标的监测。要在较大范围内对温湿、光照、空气颗粒度等感应参数进行收集,需要大面积放置感应节点,同时对在野外和复杂环境下传感节点的耐用性提出了很高的要求,首先要求传感节点可以在高温、高湿或者有酸碱性污染区域下长久工作;其次,传感节点无论采用哪种通信方式汇聚到网关节点,都需要制定每个节点对感应参数的上报规则,这样才能更合理地减小节点功耗,尽可能地延长传感节点的电池使用寿命。只有解决了上述两个问题才可使传感节点适应环保应用领域中的复杂环境的监测要求。对于目前环保监测中废弃物处理的监测是环保部门十分关心的问题,因为这种废弃物若随意处理会对环境造成重大污染,需要特殊的处理方式如高压焚烧,在特定区域内进行填埋等。因此,环保部门需要对这些应用废弃物从流出到处理结束的全过程进行监测,这种应用方式对监测手段提出了新的要求,如:定位要求,对废弃物实时视频监控的需要,这些都是泛在网下环保应用亟待解决的问题。
4 结语
泛在网技术充分利用传感技术并融合短距离的ZigBee通信和cdma2000 EV-DO无线传输等手段,很好地解决了环境保护领域对在线监测系统的要求,如监控数据实时性强,监控点多,监测点相隔距离远,能应用于复杂监测环境等。对环境质量与重点污染源的监测,利用传感器网、通信网络相结合,形成了初步的泛在网体系,在下一步的探索中,还可以将智能数据分析处理平台引入到监测和管理系统中,实现有效的环境污染控制以及对排污单位或个人的及时监管,为环境保护提供一个全新的自动化与信息化的管理监测方式。
参考文献
[1]黄颖,李健.泛在网国内外标准化总体情况[J].电信网技术,2010.
关键词:环保监测;泛在网;3G网络泛在网在环保领域的应用
中图分类号:TP
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)15-0324-01
1 泛在网的概念
泛在网(ubiquitous network),即广泛存在的网络,以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征,即在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信。国际电信联盟(ITU)认为,泛在网将原本不属于电信范畴的技术,如传感器技术、标签技术等各种近距离通信技术纳入其中,从而构建起一个范畴更大的网络体系。FTTH、IPv6、3G、Wi-Fi、RFID、蓝牙等都是组成泛在网的重要技术。
2 环保监测系统的架构及功能
环保监测系统主要由三大部分组成,包括环保监测传感网、无线数据传输网、环保监测综合管理系统。
2.1 环保监测传感网
由各种智能水文传感器,空气质量传感器,光照、温湿传感器及短距离通信传输模块设备等组成,各类传感器采集数据后将其汇聚到相应的网关节点,通信方式可以由具体的应用场景来决定,低功耗、低成本的ZigBee协议被采用得比较广泛,感应数据经过网关节点再上传至感知数据管理系统。
2.2 无线数据传输网
其负责将汇聚到感知数据管理系统的感应数据通过图1泛在网的网络架构49专题:物联网技术与应用感应数据汇集系统上相应的cdma2000 EV-DO无线模块再上传到网络侧的应用平台。对于污染源需要重点监测的区域,各种传感器构成的单个节点采集到数据后(每个节点都采用ZigBee或者WLAN等短距离通信模块来进行组网)进行数据传输,将数据汇集到一个汇结点,汇结点进行协议转化后再通过cdma2000 EV-DO无线数据通信模块向监测平台发送数据。对于非重点区域的质量监测,由于其对数据采集点的密度要求不高,可以采用传感器模块直接通过EV-DO通信模块进行传感采集数据的传输。数据传输模式可分为:永远在线模式、定时传输模式、中心呼叫模式、数据触发模式,分别针对不同的应用场景,对于一般情形的环境监测,考虑到传感器设备和无线数据模块的能耗以及数据传送对EV-DO网络的压力可以采用定时传输模式。
2.3 环保监测应用平台
该平台主要由两部分组成,包括服务器端接收存储、分析模块(环境监测综合管理系统)以及基于Web的数据发布监测操作界面(Web browser)。环境监测综合管理系统主要由一台服务器和磁盘阵列组成,服务器申请配置固定IP地址,数据可保存在磁盘阵列中,服务器端软件对实时数据进行分析,并对异常信息进行告警提示,同时也具有网管功能,可以实时/半实时地了解各个节点的工作情况,或者以中心呼叫模式直接对某一节点上的环境监测数据进行巡检查看。采用cdma2000 EV-DO构建环保监测系统,目前有包月收费和以数据流量计费两种方式,对运营商来说目前可运营的商业模式主要是流量计费。由于各类传感数据都比较小,对于用户来说,按流量计费通信费用比其他方式低,一定程度上节约了建设、维护以及使用成本。电信运营商也将因此获得业务稳定的集团用户,随着用户数量的增加,营收也随之增加,调动了运营商的积极性,符合网络建设和网络应用同步发展的要求。
3 泛在网应用于环保领域面临的挑战
针对较大地区的环境监测,包括对水文、空气质量、温湿度、光照、噪声污染情况以及污染源等环境指标的监测。要在较大范围内对温湿、光照、空气颗粒度等感应参数进行收集,需要大面积放置感应节点,同时对在野外和复杂环境下传感节点的耐用性提出了很高的要求,首先要求传感节点可以在高温、高湿或者有酸碱性污染区域下长久工作;其次,传感节点无论采用哪种通信方式汇聚到网关节点,都需要制定每个节点对感应参数的上报规则,这样才能更合理地减小节点功耗,尽可能地延长传感节点的电池使用寿命。只有解决了上述两个问题才可使传感节点适应环保应用领域中的复杂环境的监测要求。对于目前环保监测中废弃物处理的监测是环保部门十分关心的问题,因为这种废弃物若随意处理会对环境造成重大污染,需要特殊的处理方式如高压焚烧,在特定区域内进行填埋等。因此,环保部门需要对这些应用废弃物从流出到处理结束的全过程进行监测,这种应用方式对监测手段提出了新的要求,如:定位要求,对废弃物实时视频监控的需要,这些都是泛在网下环保应用亟待解决的问题。
4 结语
泛在网技术充分利用传感技术并融合短距离的ZigBee通信和cdma2000 EV-DO无线传输等手段,很好地解决了环境保护领域对在线监测系统的要求,如监控数据实时性强,监控点多,监测点相隔距离远,能应用于复杂监测环境等。对环境质量与重点污染源的监测,利用传感器网、通信网络相结合,形成了初步的泛在网体系,在下一步的探索中,还可以将智能数据分析处理平台引入到监测和管理系统中,实现有效的环境污染控制以及对排污单位或个人的及时监管,为环境保护提供一个全新的自动化与信息化的管理监测方式。
参考文献
[1]黄颖,李健.泛在网国内外标准化总体情况[J].电信网技术,2010.