湿地生态环境监测系统的设计与实现

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发布时间：2018-03-03
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近年来，我国在互联网技术、产业、应用以及跨界融合等方面取得了积极进展，但也存在传统行业运用互联网的意识和能力不足等问题，尤其是表现于生态文明建设方面，亟待提高。在生态环境保护领域，＂互联网＋＂的应用具有广阔的天地，生态产业的发展更需要＂互联网＋＂融合的全方位支持。尤其在当前互联网广泛普及的情况下，生态环境保护工作己进入大数据时代。只有将互联网与生态环保工作这两个完全不同的领域跨界融合起来，才能把新时期的生态文明建设开展得更好。

将物联网、云计算、互联网和大数据技术结合，研究和开发适用于生态环境的在线自动化监测与服务系统，通过互联网技术将数据实时传输到生态监测服务平台，综合服务平台提供数据采集、数据分析、数据存储、视频监控、告警预警、数据展示及用户接入功能，可广泛应用于生态环境的水质水文监测、土壤监测、气象监测、环境监测、动植物监控等领域。

湿地生态系统是大气、水体、土壤和生物共同作用形成的一个生态系统，其脆弱性表现在任何一个因子的变化都会破坏湿地生态的稳定性。湿地生态系统监测可为合理开发、利用和保护湿地提供科学数据依据。

湿地在线监测系统构成

系统主要包括监测站、通讯网络、数据服务平台以及查询终端等部分组成。

监测站

监测站一般包括气象站，水质监测站，水文监测站、土壤监测站，空气质量监测站。

主要监测指标如下：

土壤水分 (墒情)监测：土壤水分、土壤水势、土壤温度、土壤电导率；

气象环境监测：雨量、空气温度、湿度、风速、风向、气压、太阳总辐射、光合有效辐射、净辐射、紫外辐射、蒸发；

水文监测：水位监测、水温监测；

水质监测：溶解氧、pH、ORP(氧化还原电位)、电导率(盐度、总溶解固体、电阻)、温度、深度、浊度、叶绿素a、蓝绿藻、铵/氨离子、硝酸根离子、氯离子、环境光、总溶解气体；

空气质量监测：可吸入颗粒物(PM2.5、PM10)。

通讯网络

可以使用卫星、光纤、RS、电台、无线网桥等多种通讯技术。每种通讯技术都有其应用的独到之处，针对不同的现场环境，我们可以采取不同的方式进行数据的传输。

数据服务平台

数据服务器是湿地生态环境监测的重要组成部分，是面向各类互联网用户提供综合业务能力的数据服务平台。平台整合了传统意义上的互联网应用三大核心要素：计算、存储、网络，面向用户提供公用化的互联网基础设施服务。

查询终端

用于客户端访问、操作不用安装任何软件，通过普通上网的IE，Foxfire浏览器就能操作软件。普通PC电脑和智能手机都能访问操作软件。

应用案例

中国生态系统研究网络（CERN）土壤水分监测系统

中国生态系统研究网络（CERN）土壤水分监测系统为CERN建立了完整的土壤水分监测系统，旨在为CERN获取长期连续的土壤水分变化数据，为我国生态系统监测和生态环境研究积累基础数据。该系统涉及中国科学院所属的16个研究所，36个野外生态观测台站，布设231套监测站，几乎覆盖我国所有区域和典型不同生态环境系统。

硬件系统的构成

该系统由监测站，网关基站，服务器，PC终端或移动终端。每个监测站点都是以遥测数采为核心完成气象、水环境、土壤环境或大气环境数据的采集和传输。依据传输距离不同的需求，遥测数采可以通过Radio或者GPRS两种方式传输，遥测数采之间可以自组网，遥测数采承担数据采集、缓存、传输的任务，同时担任中继的角色，以实现扩大传输距离的目的。每个网关基站可以组建含 1000 个监测站点的庞大监测网络。

软件平台的设计

采用B/S架构，用户不用安装任何软件，通过普通上网的IE，Foxfire 浏览器就能操作软件，普通PC电脑和iphone等智能手机都能访问操作软件。用户可以在平台上查看以各种形式展示的数据，同时还可以对数据进行很多的在线分析和在线计算处理。可以连接大屏幕发布实时监测数据。

湿地生态环境监控系统方案拓扑图

系统特点

1) 全面监测湿地公园各方面环境要素, 气象、水文水质、土壤、空气质量。

2) 设置污染预警发布系统，辅助保护区应急管理。

3) 云服务平台，B/S 架构软件平台，可随时查看、下载和在线分析数据。

4) 世界气象组织(WMO)标准仪器，德国制造生产。20 年在线环境经验，品质保障。

5) 集成德国 OTT、德国 LUFFT、美国哈希、荷兰 Kipp&Zone 等多家一流品牌公司提传感器，保证传感器的精度，稳定性，和环境耐受力。

6) RTU(遥测数采) 高度集成传统的数据采集器，数据传输单元，电池等，IP67 防水，野外耐受能力极强。

7) 数据有RTU，网关和服务器三级缓存，断点数据主动续传，保证数据的完整不丢失。

8) 数据传输协议加密，保证数据传输安全，不被恶意截获和解析。