国内外环境监测平台研究进展

摘要：指出了环境监测平台是开展环境监测的基础，在环境保护中发挥着重要的作用。在探索环境监测平台基本原理的基础上，重点分析了环境监测平台国内外研究进展，对环境监测平台的发展方向进行了展望并提出了建议。

关键词：监测平台；环境；技术；进展

中图分类号：X83文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02017603

1引言

近年来，随着科学技术的迅速发展，环境问题也变得日益严重，各类工业污染事件不断发生＼[1～5＼]，严重影响人类健康和生活，环境问题逐渐成为社会关注的热点。环境监测以其重要的基础地位和多方面的功能越来越受到人类的重视，其监测手段、监测方法、管理水平也不断得到改善和提高。本文综述了传感器、通信技术和数据处理技术等主要的环境监测平台的研究现状和发展趋势，这对我国建立有效可行的环境监测平台具有重要意义。

2环境监测平台的基本原理和分类

环境监测系统是指运用理化和生物等现代科学技术方法，间断地或连续地对环境化学和物理污染物以及生物污染和生态变化等因素进行现场的监测和测定，并做出正确的环境质量评价＼[6＼]。环境监测的目的是根据污染分布情况，追踪寻找污染源，及时、准确、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为保护环境和人类健康，制定环境法规、规划和标准提供科学依据＼[7＼]。

目前环境监测系统主要有两种类型：一种是基于工业控制计算机的监测系统，另一种是脱机工作的嵌入式监测系统＼[8＼]。前者具有开发成功率高、开发周期短等优点，主要应用于室内或室外一般环境，比如金融行业、交通运输行业的安全监测等；后者系统功耗小，稳定性好，主要适用于隧道、矿山、野外露天或环境恶劣的监测现场，或者环境监测中可能存在易燃、易爆条件、湿度大等特殊问题比较多的监测条件。

3国内研究进展

我国的环境监测工作起步于20世纪70年代中期，经过30多年的发展，环境监测能力明显增强，逐步形成了以环境监测站为中心的监测系统，已经具备了组织机构网络化和监测分析技术体系化的雏形。目前，传感器、通信技术和数据处理技术的应用研究成为我国研究的重点＼[9＼]。

3.1传感器

传感器是信息系统的源头，是决定系统特性和性能指标的关键部件，广泛应用于工业生产、国防建设和科学技术等领域，目前正朝着微型化、智能化、多功能化的方向发展＼[10＼]。张志君＼[11＼]等研究了大型系统环境监测中传感器技术的应用和改进，在智能化环境监控管理的基础上，引入IPMI智能化平台管理接口标准，极大地优化了环境监控技术，并且提高了大型系统的安全性和稳定性。薛林强＼[12＼]系统地研究了无线传感器网络的硬件平台、软件平台及其网络协议，并初步实现了一个适用于环境监测的系统平台，在模拟环境下进行了系统整体测试和使用，取得了良好的预期效果。

随着生物技术的发展，以酶、微生物、DNA等具有催化活性或亲和作用的生物分子作为识别元件的生物传感器在环境监测中应用广泛，其专一性强、分析速度快、操作简便，能进行在线分析甚至活体分析且能监测极微量的污染物＼[13，14＼]。李花子等＼[15＼]利用酵母制成BOD传感器监测仪，可在15min内实现BOD的快速测定，测定结果具有很好的稳定性和重现性。Kjar等＼[16＼]通过在培养基池和被监测液中放入电极改进传感器，使得NO3-能更接近敏感元件，得到了更好的监测结果。

3.2通信技术

通信技术对环境监测系统的可用性影响很大，尤其是在环境恶劣条件下的监测。目前国内外研究开发的监测系统，大多是基于光纤、视频电缆、双绞线的工业电视远程监测系统以及无线通讯、地理信息系统等通讯方式。徐文超等＼[17＼]以高性能ARM7处理器LPC2148为核心，融合GPRS技术，研制了一种嵌入式技术的环境监测平台，成功地实现了对温湿度和光照等信息的自动采集、数据处理和远程通信等功能，功耗测试也满足连续工作24h的要求，显示出良好的应用前景。Chen等＼[18＼]利用遥感技术获得的数据评估珠江水质，结合综合污染法，监测了水体COD和养分的含量，并定量分析了珠江口水污染的状况。

目前，应用于环境监测平台的ZigBee技术成为国内研究的热点，其具有低成本、低功耗、高安全性和很强的组网能力等特点＼[19＼]。陈亚楠＼[20＼]通过使用由大量卫星传感器节点组成的环境监测网络，设计了一种基于ZigBee技术的环境监测系统，实现了对监测的环境进行不间断高精度信息采集、数据上传、远程控制等功能。

3.3数据处理技术

环境监测平台数据处理技术是环境监测系统的核心组成部分，负责数据处理的硬件主要有单片机和嵌入式芯片。单片机可以嵌入到各种仪器设备中，这是起最明显的优势＼[21＼]；嵌入式芯片被大量用于计算机控制，具有功耗低、实时性强等特点。彭建盛等＼[22＼]利用ADuC824单片机为核心芯片，设计了对环境进行监测的系统软件和硬件，该系统能对环境中温湿度、噪声等信息进行高效全面地实时采集，实现了对环境参数全面高效监测。关永等＼[23＼]研究了基于TIC6711DSK的嵌入式环境监测平台的设计，满足了一点布控、多点监视的需要，该系统在特殊环境或苛刻环境中将发挥重要作用。

4国外相关研究概述

国外对环境监测平台的研究始于19世纪末，英美等发达国家率先开始由卫生部门指导全国范围内的水质、空气、放射性污染的环境监测＼[24＼]。随着环境监测管理体系的完善，环境监测平台正朝向信息形式多样化、服务对象广域化、数据信息标准化和综合化的方向发展。西欧国家共同协作，实施了基于卫星通讯系统的水污染监测项目，该项目覆盖面广泛，涉及整个多瑙河流域的水质监控＼[25＼]。日本等国家研究了在线、不间断测量的环境监测设备和数据处理能力，建立了以监测空气、水质环境综合指标及某些特定项目为基础的在线监测平台＼[26＼]。在环境应急监测平台中，生物技术的应用成为新的研究方向。Gabalon等＼[27＼]利用止动P膜和碱性磷酸酯上的多细胞系抗体做酶的示踪物，对水中的阿特拉津进行了定性和半定量分析，通过优化实验条件，使得测定时间缩短为10min，检测限提高到10μg/L。Peggy＼[28＼]也做了类似研究，使用免疫法半定量测定了野外土壤中的多环芳烃，并确认该方法是一种可靠的筛选技术。

5结语

虽然环保部门在不断地加大对环境监测工作的投入，各种新型监测系统也在不断地涌现，但是由于环境监测系统的开发平台、数据库以及数据传输协议都没有形成统一的标准及规范，致使环境监测信息十分封闭，已有的数据库规模太小，无法实现环境监测信息共享。因此，在以后的研究中，要充分利用遥感技术、全球定位系统等现代信息处理技术，结合国内外环境监测平台的科研成果，建立资源完整、有机统一的环境监测平台，为我国环境监测提供强有力的技术支撑和科学依据。

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