物联网组网技术智能环保.docx

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物联网组网技术智能环保

信息科学与技术学院

《物联网组网技术》

期末大作业

题目：

物联网组网技术-智能环保

专业：

物联网工程

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

1.概述

2009年初，IBM提出了“智慧地球”的概念，美国总统奥巴马将“智慧地球”上升为国家战略。

“智慧地球”的核心是以一种更智慧的方法，通过利用新一代信息技术来改变政府、企业和人们相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度，实现信息基础架构与基础设施的完美结合。

随着“智慧地球”概念的提出，在环保领域中如何充分利用各种信息通讯技术，感知、分析、整合各类环保信息，对各种需求做出智能的响应，使决策更加切合环境发展的需要，“智慧环保”概念应运而生。

“智慧环保”是在原有“数字环保”的基础上，借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的“智慧”。

“智慧环保”是“数字环保”概念的延伸和拓展，是信息技术进步的必然趋势。

2.组网模型

智能环保平台由数据采集硬件和数据中心软件系统两部分组成。

数据采集硬件负责采集现场的各种环境数据并将数据传输到数据中心，数据中心安装智能环保软件系统，软件系统负责对数据进行存储、分析、汇总、展现和报警。

智能环保平台可以采集的环境数据包括空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照强度、水中温度、水中的氨氮、溶解氧浓度和pH值等。

数据传输方式采用无线方式，各个采集器之间以及采集器和路由之间采用无线ZigBee技术可以自由组网，路由和数据中心服务器之间采用GPRS或者3G通信技术进行通信。

当环境数据超出系统设置的阈值时，系统会产生报警，通过声光报警器、手机短信和弹出窗口等形式通知相关人员，同时启动或者关闭相关设备调节现场环境指标。

3.组网关键技术

（1）感知互动层

对水、大气、噪声、土壤、危险废弃物等重点环保监测对象的状态、参数及位置等信息进行多维感知的方法设计和系统实现、包括环境感知和数据采集子系统、组网通信子系统、能源供应子系统等进行多项子系统的设计与实施。

将充分利用前期集中建设的86个先进的水质、湖况监测装备（含13个视频监测点、15个浮标监测点等）、72个大气监测站点的装备,并通过新型传感设备和无线网络设备扩展构建基于传感器网络技术的智能化实时立体感知网络。

（2）网络传输层

基于前端智能环境感知层的应用设计,以实现更加全面的互通互联为目标,建设集传感器网络、无线网络、有线网络、卫星网络等多种网络形态于一体,能够灵活快速将感知数据传输至“智慧环保”管理中心的高速、无缝、可靠的数据传输网络。

重点之一是将现有86个水质监测装备、72个大气监测装备进行联网数据传输,实现水、大气、噪声、土壤、危险废弃物等环保监测设备的网络化高速数据传输和高效集中管理。

（3）基础支撑层

基于云计算技术,在无锡城市云平台和环保专用云平台上将具有行业通用性的高性能并行计算技术、海量数据挖掘技术、数据可视化技术等建设,面向无锡多维环保信息的国内最先进的高性能计算和海量数据存储支撑平台,能够在高性能计算、海量信息存储、并行处理、数据挖掘、视频信息分析挖掘和地理信息系统方面提供可靠的智能计算支撑技术。

可广泛结合环保理论研究成果和各类环保专家经验模型,能通过对大量实时和历史数据的高性能计算和数据挖掘,准确判断环境状况和变化趋势,对环保危急事件进行预警、态势分析、应急联动等计算任务提供准确的结果。

（4）智慧应用层

在“智慧环保”中心的智慧中心建设智慧环保综合管理服务平台,根据环保局的长远规划,可分为以下6个中心:

监测预警中心、污染源监控中心、应急指挥中心、电子政务中心数据交换中心和教育展示中心,形成高效“智慧环保”综合管理服务系统平台,可面向决策部门、环保管理部门和市民,提供有效管理环保数据、严格执行环保法规、智能支持环保办公管理,广泛进行环保教育及支持深入科学研究等多项内容。

4.系统的方案设计

1.需求分析

环保系统无线视音颗可视化监控指挥系统包括三部分:

固定排污点监控、环保车（船）内监控以及环保单兵执法监控。

（1）固定排污点监控

在环保系统中,常常需要对众多的污染排放点进行实时监测,大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。

由于监测点分散,分布范围广,而且大多设置在环境较恶劣的地区,采用3G公共无线网络。

监控点的录像设备以及污染源监测设备可将采集到的视音频、污染数据和告警信息及时传到环保监测部门,实现对排污单位或个人的实时监管,可以大大提高环保部门的工作效率。

（2）环境监测车（船）监控

一辆环境监测车相当于一个流动的特殊污染因子自动监测站,具备了应急监测所需的效率和功能,既可用于日常监测,又能应对突发事件的环境监测无线车载视频监控系统,对环保车辆（船）高效的信息化指挥、调度和管理。

环境监测局视频监控中心随时随地都能够通过车载视频探头,监控到车外环境监测现场,可以管理司机、环境工程人员、环境执法人员是否到岗到位,是否尽职尽责,通过视频还可以看到所监控的厂矿、排污点、水面是否有严重污染,还可以看到工作人员的工作状态等车载监控系统还可以进行视频抓拍,对违规排污进行视频图像取证,实时语音对讲等。

（3）单兵环保执法取证监控

单兵环保执法取证监控由高清晰微型摄像机和便携式单兵视频服务器组成,具有视频、音频、报警、语音数据、串行设备数据等远程传输功能;既可以传输高清晰的图像信号,也可以当手机和对讲机使用。

环保执法人员只要佩戴摄像头以及执法单兵无线终端,深入监测一线现场,在环保监察现场执法检查中就可适时十与监控中心保持联系,远程传输高清晰声像信号供后方工作人员监控分析处理。

可以实时存储在本地大容量SD卡中,作为未来执法取证使用。

2.设计目标

根据发展趋势和现状的分析,采用3G无线传输网络,利用先进的计算机技术和视频监控技术,建设环境监测局固定点监控、环境监测车（船）监控指挥以及环保执法人员单兵执法取证监控指挥系统,实现对应急事件信息的综合采集、实时传送。

建立全方位多层次的管理体系,更好地利用信息技术手段,提高管理效率,降低管理成本是我们的宗旨。

本全天候无线视频监控指挥系统实施后,环境监测部门将基本扫清辖区安全管制的盲点。

本系统实现如下功能:

（1）远程实时监控功能:

环境监测中心管理人员可以根据需要通过计算机监控平台远程实时了解到固定监控点、环境监测车（船）、环保单兵执法状况的实时情况。

了解系统稳定可靠、功能齐全、维护管理方便。

选用高速、稳定、覆盖率高的3G无线数据传输网络,图像质量清晰、稳定,可以实现监控者与现场管理人员的实时语音对讲。

（2）全方位的存储功能:

前端设备配备有高速SD卡,可实时存储音视频数据。

（3）支持多链路冗余备份:

同时支持联通制式和电信制式联网要求。

（4）支持视音频同步,支持3G信号与2G信息自适应切换;支持低码流下传输D1格式图片。

3.设计原则

根据实际应用的具体情况,在设计中应遵循下列原则:

1）先进性原则

采用先进的设计思想,选用先进的系统设备,使系统在今后一定时期内保持技术上的先进性。

2）开放性原则

系统设计及系统设备选型遵从国际标准及工业标准,使系统具有高度的开放性和所提供设备在技术上的兼容性。

3）可伸展性原则

系统设计在充分考虑当前情况的同时,必须考虑到今后较长时期内业务发展的需要,留有充分升级和扩充的可能性。

充分利用现有通信资源,为以后系统扩充提供充分余地。

另一方面,还必须为系统规模的扩展留有充分余地

4）安全性原则

系统的设计必须贯彻安全性原则,以防止来自系统内部和外部的各种破坏。

贯彻安全性原则体现在以下方面:

采用数据加密技术;提供信道的加密用户可以通过软件设置实现更高的安全性;系统网络内部对资源访问的授权、认证、控制以及审计等安全措施,防止系统网络内部的用户对网络资源的非法访问和破坏。

5）可靠性原则

系统的设计必须贯彻可靠性原则,使网络系统具有很高的可用性。

可靠性原则体现在以下方面选用技术先进、成熟高可靠性的系统设备;系统增益储备高·链路的可维护性好;可管理性原则。

3.系统方案设计

环境监测局全方位无线视音频监控指挥系统所基于的无线视音频传输系统,是根据市场需求开发的先进无线传输控制技术与视音频处理技术,利用公共移动通信网络,完成视音频的传输,同时与卫星定位系统、本地视音频监控与计算机网络有机地融合为一个建一套视频监控、远程对讲、安全监控等功能于一体的新一代远程可视化指挥系整体,构建一套视频监控、远程对讲、安全监控等功能于一体的新一代远程可视化指挥系统。

1.系统组成

本系统主要由前端设备、传输网络、监控中心和监控终端组成。

2.前端设备

因为是全天候视频监控,要求采集摄像机具有红外功能,故采用高清晰红外摄像机采集前端视频;信息终端设备编码加密模块进行视频数据的编码压缩及加密;再通过信号传输模块进行视频压缩数据的传输发送。

3.传输网络

通过3G、Wi-Fi无线网络与光纤有线网络相结合方式,将视频压缩加密信号传输到公网上,实现视频远程传输。

4.监控中心

接入到 Internet网络的中心多媒体处理终端设备,需要具有独立、固定不变的IP地址或域名,这样前端无线传输设备和监控终端都可以在 Internet网络上访问到它。

5.监控终端

计算机、笔记本、PDA通过互联网访问服务器,以实时、多样化的监控方式来调取监控画面。

4.硬件设计

终端设备可靠性高、性能优良。

（1）终端设备在设计上遵循小型化、功耗低、扩展性和稳定性好的基本设计原则。

硬件采用高集成度的电源管理芯片、可靠的热设计和自动检测休眠低功耗设计等,软件采用了不同等级数据的分类处理机制和Linux操作系统等,以保证系统的优良性能和高可靠性。

（2）在终端设备在设计中往往需要解决的问题是功能模块的高度集成和电路版图的深度优化设计。

常规无线视音频终端产品中使用的多个功能模块具有较大的分离度,设备体积较大,很难实现小型化。

基于以往的产品设计经验,在对视音频信号处理和无线传输两类功能电路的深入分析研究的基础上,本终端设备采用无线传输模块、视音频采集模块、主处理器模块和电源管理模块等4大部分进行功能集成和微型化电路设计。

（3）无线传输模块方面,可将多个独立的无线传输模块集成在统一的基板上;视音频采集模块方面,可采用视频、音频专用集成采集芯片,将音视频采集功能集成在同一个芯片封装中,简化外部辅助元器件的个数;主处理器模块方面,将采用功能强大的SoC系统,实现处理器、协处理器和存储器的高度集成;电源管理模块方面,选择高集成度的电源管理芯片,可同时提供多种电压输出,实现对多模块的统一供电,进一步减少供电模块的体积,并实现必要的硬件节能策略。

（4）自动检测休眠低功耗设计,选用优良的电源管理芯片,加上软件的优化,使得本终设备智能化了,它能检测你在不用时,系统将会自动休眠以降低设备的发热,延长电池的用寿命。

（5）可靠的热设计,在电路板和机壳上作了充分的考虑。

电路板上每个元器件的摆放是否符合空气流动原理,热源是否放在了易散热的地方,发热器件和热敏器件有没有分开放等。

机壳在充分考虑外形美观的基础上,做了一些导热设计,使得模块上的热量能及时地降来,保证设备不会死机或莫名其妙的问题出现。

（6）不同等级数据的分类处理机制,针对不同优先级别的数据采用不同的发送和重传机制。

我们采用的是多模联合传输,当两种网络同时在传输时,当中有一个网络信号不是很好,出现丢包的情况较多,这时创新算法将会把优先级别最高的数据通过另一个网络信号较好的信道发送出去。

如果传输到接收端后,发现数据有丢包,接收端将会告诉前端采集设备,让它把优先级别最高的数据优先重传到服务器。

5.总结和展望

当前我国环境保护事业进入新的发展阶段,重点污染源自动监控项目是“三大体系”（统计、监测和考核体系）建设的重要组成部分,无论是指标体系、监测体系还是考核体系都离不开重点污染源自动监控信息和数据的支持,是实现污染物减排目标和进行评价、考核的重要基础条件。

环境监测,被称作是环境保护的耳目和侦察兵,只有环境监测水平不断提高,才能保证人类的环境安全。

3G无线视频监控系统利用高带宽的无线接入,支持在任意地点上传现场图像、在任意位置接收远程图像,并可与固定网络视顺监控系统融合实现随时十随地、无所不在的视频监控应用。

3G无线视频监控是具有高端和差异化特色的3G多媒体业务的典型代表,可广泛服务于风景区监控、应急指挥、公交轮船监控、公安警车监控等领域,极大地扩展了视频监控的应用环境和使用方式,给用户更友好、更便捷、更贴身的业务体验,具有广阔的市场前景。

5.心得体会

通过此次的大作业，我了解了我国环境监测的发展趋势，而智能环保系统的建设,是通过技术、信息、业务、标准的融合,甩掉单一的业务部门孤立建设信息系统的旧模式,通过对业务流程的标准化分析,开创工作流程、业务信息、事物处理、资源分析一体化的信息系统建设新模式,将数据采集、数据管理、数据分析及数据利用融为一体,做到环境数据标准化、业务流程规范化、业务管理一体化、环境监控可视化、综合办公自动化、绩效评估动态化、环境服务公众化、环境决策科学化,开拓了环境管理新思路,创新了环境管理模式。

智能环保系统对我国的环境监测有巨大的推动作用，是利国利民的项目。

最后感谢我的同学和老师在项目中给予的帮助，我受益良多。

6.参考文献

参考文献的给出范例

[1]高景德，王祥珩，李发海.交流电机及其系统的分析.北京：

清华大学出版社，1993.120～125

b.科技论文的注录格式：

[编码]作者.论文篇名.刊物名，出版年，卷（期）号：

论文在刊物中的页码

例如：

[1]RolfOppliger.InternetSecurity：

Firewallandetc.CommunicationsofACM，1997，40（5）：

92～102

[2]ZalenskiR.FirewallTechnologies.IEEEPotentials，2002，21

（1）：

24～29

[3]BellovinSM，CheswickWR.NetworkFirewalls.IEEECommunicationsMagazine，1994，32（9）：

50～57

[4]田捷，熊前兴.基于SOAP的消息传递安全性技术研究.计算机应用，2003，23（6）:

284～286

[5]李东，周晓宇，徐宝文.SOAP及其对Web服务的影响.计算机工程与应用，2002，38（12）:

78～81

[6]胡昌振，李贵涛.面向21世纪的网络安全与防护.北京:

北京希望电子出版社，1999.103～104