第19节环境监测.doc

使用健康监测设备监测环境空气质量 #生活知识# #科技生活# #科技健康指南#

第19章环境监测 环境监测是最早提出、应用最为广泛、影响最为深远的物联网应用之一。本章首先介绍环境监测的概念、形式和手段，结合当前全球气候变化和环境污染的形势，阐述环境监测的重要意义；作为环境监测物联网的雏形和重要组成部分，环境监测传感网也在本章中简要介绍。对环境监测物联网的介绍从体系结构、基本原理、功能与应用、意义与挑战四个方面展开。在此基础上，进一步介绍森林生态物联网这个具有代表性的系统范例，讨论其典型应用和关键技术。本章最后对物联网在环境监测领域的应用前景作了展望。 19．1 应用背景 19．1．1环境监测的概念 环境监测，是指通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。进行环境监测，是开展一切环境管理和研究工作的前提。只有在对监测信息进行解析、综合的基础上，才能全面、客观、准确地揭示监测数据的内涵，对环境质量及其变化作出正确的评价。 环境监测的对象包括：反映环境质量变化的各种自然因素；对人类活动与环境有影响的各种人为因素；对环境造成污 环境监测通常包括多个阶段。从系统工程角度，传统环境监测通常按如下流程实施，现场调查一监测计划设计一优化布点一样品采集一运送保存一分析测试一数据处理一综合评价等。从信息技术角度，环境监测是以环境信息为中心建立监测计划，依次经过获取、传递、分析等阶段，最终对环境质量综合评价的过程。 19．1．2环境监测的发展 人类对环境的观察有悠久的历史，自古以来人类通过对天体、气候、潮汐、水文、生物等自然因素的变化和环境变迁，获取对自然规律的认识，预测地质和气候灾害的发生，但主观的基于经验的观察无法全面、准确、客观的反映自然规律。 系统科学的环境监测开始于20世纪50年代。二战以后，世界进入经济高速增长的时期，工业化加速发展。但由于对工业化进程的负面影响估计不足、预防不力，地球生态环境持续恶化，恶性污染事件频频发生，严重危及人类自身生存和可持续发展，人类对环境污染的关注程度迅速提高 随着科学技术的发展，人们逐渐认识到影响环境质量的因素不仅是化学污染物，还包括物理因素，如噪声、光、热、气、电磁辐射、放射性、地质结构等，全面的环境质量评价需要包含对上述环境参数的测量。蛩,120世纪70年代，环境监测的对象延伸至上述环境参数，监测的范围也扩展到一定面积的区域，但监测的形式仍然是人工或借助仪器的、主动、有目的的离散测量。 监测范畴和范围的扩大，虽然能够在一定程度上提升区 另一方面，全球经济的高速发展和工业化速度的不断加快，使得全球气候变化和环境污染的趋势日益明显。特别是最近30年，世界各国高度关注的温室气体效应和臭氧层破坏被认为是全球环境和气候整体恶化的集中体现，人类赖以生存的地球因此出现了冰川消融、海平面上升以及干旱和洪涝频发等极端天气。2007年突袭北半球2010年中国西南地区发生的百年一遇的特大旱灾等都被认为是极端天气频发的典型例证。如何采取有效措施准确监测、及时发现并有力的控制环境 20世纪80年代初，随着微电子、嵌入式计算和计算机网络技术的发展，自动监测成为可能。发达国家相继建立了具备自动连续监测功能的环境监测系统，使用了遥感、遥测等技术手段，新型感知和测量的电子设备不断推出。由电子计算机控制和辅助数据采集、传输、分析和处理过程，极大提高了人类监测环境的广度、频度和深度。无线传感器网络(以下简称传感网)的环境监测应用就是在这一时期逐步出现的。 19．2环境监测传感网19．2．1典型应用系统和部署 传感网在前面的章节已有详细介绍，这里重点介绍在过去十年国内外已有的环境监测传感网系统、部署和应用。主要涉及生物习性监测和高危灾害区域监测两类应用。 一个较早的用于环境监测的传感网系统是2002年由加州大学伯克利分校的研究人员建立的。图19．1是该系统使用的封装节点以及部署环境中的海燕。该系统的主要任务是对美国的大鸭岛(Great Duck Island)上栖息的一种海燕在繁殖季节的习性(如海燕进出燕巢的时间、频率、雄燕和雌燕的分工模式等)进行持续观测，收集相 生物习性监测有两个重要要求：①由于生物习性是在较长时间内生物活动蕴含的规律，必须长期持续细粒度观测；②不能人为干预观测过程，因为人类的介入会改变生物的自然习性，使观测结果偏离真实规律。传统的环境监测技术很难同时满足这两项要求。由于观测活动通常是在远离人类居住区的野外进行，环境恶劣，不适宜人类长期停留，要在这样的环境中持续监测只能依靠自动化设备和监测系统。而在传感网技术诞生之前，没有任何一项自动化监 计算机科学

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