基于物联网的湖泊水域岸线及水质监控技术的研究

基于物联网的湖泊水域岸线及水质监控技术的研究

王微微

红河州生态环境信息监控中心

摘要：在湖泊生态环境保护工作中，湖泊监控是一个重难点，做好湖泊监控对于保护生态环境，促进环境可持续发展具有重要意义。为此本文运用调查法、文献法重点对如何利用物联网开展湖泊水域岸线及水质监控展开研究论述，希望能为相关工作带来些许帮助，

关键词：互联网；湖泊水域岸线；水质监控；监控技术

目前国内外已经有较多的湖泊监控方法，如物理化学生物监控法、人工监控法、 卫星遥感监测法以及电子仪器仪表监控法等。这些监控方法给湖泊环境的保护带来了一些帮助，但也存在一些缺陷。如人工监控、电子仪器仪表监控法等多适用于监测湖泊水质，但是对湖泊水岸线或湖泊水域上人们是否会产生湖泊污染的行为无法监控^【1】。在这一背景下，提出一种基于物联网的湖泊水域岸线及水质监控技术，现详细分析如下。

1物联网

物联网是于1991年正式提出的一个先进概念，经过一段时间的发展后目前已是世界上最先进的一种计算机科学技术。物联网，顾名思义就是物物相连的互联网。物联网这一概念包含以下几种内涵：物联网是在互联网基础上发展起来的一项先进技术，互联网仍是物联网的基本构件。以互联网为基础，一些相关物品按照事先约定的协议，通过射频识别技术、全球定位系统、蓝牙等与互联网连接。其次是物联网具有延伸性与拓展性，物联网的用户端能拓展到任何物品与物品之间，使物品之间能进行信息交换与数据通信，从而达到智能化识别、定位、跟踪、监控以及管理的目的^【2】。

2基于物联网的湖泊岸线实时远程监控

2.1系统功能与路线

以物联网为基础的湖泊岸线实时远程监控技术最主要的功能以及目的就是精准监控、定位湖泊岸边四周的移动物体。物联网监控技术的核心思想是：在基于物联网监控技术的系统内布设无线传感网络，然后通过建立RSSI值与距离之间的数学函数关系模型将移动物体靠近湖泊岸边的距离准确计算出来，根据计算出的数值判断出移动物体是否进入湖泊水边等危险区域以及湖泊水边是否出现可疑情况或危险行为，判断掌握湖边发生的行为是否会对湖泊安全构成威胁或造成隐患^【3】。系统的监控与保护原理是，如果系统经过数据采集、测定发现湖泊边移动的物体超过设定的安全距离阈值时，系统就会发出警报信息，同时利用定位技术、视频识别技术对现场情况进行捕捉记录，将事发现场精准确定下来，最终达到保护湖泊，预防污染与破坏的目的。

2.2系统架构

基于物联网的湖泊岸线实时远程监控系统包含三层结构，基础层为感知层 ，该功能层次主要通过相关智能设备与数据采集技术对湖泊边各项数据进行采集，然后将采集到的数据通过传输层传输给物联网汇聚节点，节点接收到各项实时数据并对数据进行融合、计算与分析，之后将处理过的数据传输给网络中的路由器节点（通过无线方式进行传输），最后通过租用GSM网络将信息传递给远端的中央信息控制中心，系统实现对湖泊岸线的远程监控与保护（具体结构层次如图1所示）^【4】。

图1无线传感器网络层次模型

2.2系统运用（湖泊水岸线移动物体实际监控）

在构建起远程监控系统后，系统就会湖泊水岸线移动物体进行远程监控与控制。系统开始工作的第一步或执行的第一个程序是完成终端系统初始化。初始化结束后再逐项处理包括数据采集、数据传、数据处理以及数据管理等在内的各项业务，最后系统为用户提供监控服务。通过基于物联网的远程监控系统有可视化界面，用户掌握湖泊水岸线移动物体运行情况，能判断出移动物体是否会湖泊环境安全构成威胁，并并根据实际情况输入相关指令。系统在接收到操作指令后会自动将其存储到数据库，数据处理系统在处理完监控信息后读取该指令， 通过数据通信系统将确认信息和控制指令发送给终端系统。终端系统在接收到指令后对其进行深入分析，然后再确定信息与指令的基础上按照指令对监控系统做适当调整，让系统的监控更加精准可靠。

3湖泊流域水质的实时监控

调查发现，当前不少湖泊水域以及周边都存在污染行为。如水域周边有化工厂，化工厂的排放物对水域造成污染，导致湖泊水质下降。因此要想保证湖泊环境安全就必须做好水质监测。目前我国许多地区采用的水质监测方法是人工监测、单站点监测等比较传统的方法。传统监测法监测周期长且覆盖范围小，很难实时、全面低反映出整个湖泊流域的水质情况。鉴于此就有必要基于物联网技术构建远程实时监控系统，利用该系统动态监测湖泊流域水质变化情况，实现对流域水质的实时监控与全面保护、科学防护。下面对该系统做具体分析。

3.1实时监控系统原理与构成

湖泊流域水质实时监控系统就是指以多站点面状湖泊流域水质监测思想MSPM为基础，构建一个包含无线传感网络的实时监测系统，该系统能动态采集湖泊水质数据，实时监测湖泊水质变化趋势，帮助有关环保部门及时发现流域水质污染问题并做出处理，实现对湖泊流域实质的有效保护

^【5】。实时监控系统中包含多个监测站点，通过监测监测、采集能反映流域水质情况的数据，之后再将采集到的数据传输到计算机系统中（通过无线传感网络传输），系统在接收到数据后对数据进行融合、整理、计算、分析与利用，然后生成有关报表或图表，为湖泊流域水质管理方案的制定提供参考依据。实时监控系统中还包含了多种传感器（主要用于采集水质指标）。如水质传感器就是采集能反映湖泊水质的各项数据，同时也会在运行过程中采集水利、水温等其他物理信息。系统中的信息采集监测节点由电源模块、传感器接口以及低功耗芯片组模块这三部分构成。监测节点在整个监测系统中主要起到监测水质信息，分析水质数据等作用，是系统中不可缺少的组成部分。

3.2实时监控系统运行与注意事项

基于物联网技术的远程监控系统要有良好的现实实用性。设计时以现有的网络资源、计算机资源以及技术资源为基础，根据水资源管理现状与管理需求，从实际出发对各平台已经建设起来的系统进行整合，开发出能满足当下水质管理需求的数字化、远程化监控系统，确保系统有足够的实用性。另外基于物联网技术的水质监控系统还要具有统一标准。在设计与建设系统时需做到数据接口定义与传输格式标准化，确保系统能适用于多种场所、多种情况。另外在建设系统时必须以先进技术为技术，确保系统在技术上的先进性。设计系统时，要能根据实际情况，结合具体需求积极引进、合理运用当前出现的新工艺、新设备以及新技术，在确保系统安全稳定运行的情况下促进技术与设备更新升级，推动技术平滑过渡，让系统始终保有先进性。

结语

综上所述，湖泊是生态环境系统中的重要组成部分，加强湖泊保护与管理对于改善整个生态环境，促进人类文明可持续发展具有重要意义。因此在当前背景下要能积极引进、科学运用物联网技术构建湖泊水域岸线及水质监控系统，构建数字化工作体系，从根本上提高湖泊水域岸线及水质管理水平，确保湖泊水域岸线及水质安全。

参考文献

[1]朱家玮,孟洪兵,米合日阿依·阿卜力克木,杨广召,王家硕,雍飞.物联网技术在水产养殖行业中的应用[J].现代农业科技,2021(02):194-196.

[2]崔建军. 基于窄带物联网的渔业水质智能监控系统设计与实现[D].江苏大学,2020.

[3]沙锦程.物联网技术在水产养殖中的应用[J].乡村科技,2018(34):102-103.

[4]乔辉.基于物联网技术的水质监控系统[J].物联网学报,2017,1(01):81-85.

[5]王维虎. 基于物联网的湖泊水域岸线及水质监控技术的研究[D].华中师范大学,2015.