無線環境監測精選(九篇)

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第1篇：無線環境監測范文

【摘要】伴隨著社會的不斷發展，科學技術水平不斷提升，無線電技術的應用也越來越廣泛，并且隨著科技的發展，無線電技術也取得了長足的發展，涉及到無線電的業務也變得越來越廣泛，臺站的數量也在不斷增加，但是出現的問題就是無線電頻譜資源變得越來越緊張，所以無線電電磁環境變得也越來越復雜，為了更好的掌握無線電電磁環境的變化，促進無線電更好的為人們的發展服務，因此需要做好無線電電磁環境的監測工作。本研究針對無線電電磁環境的監測系統問題展開了一系列的闡述，首先分析了無線電電磁環境監測系統的主要組成，然后分析了在開展無線電電磁環境的監測過程中需要注意的問題有哪些，對于掌握無線電電磁環境的變化有一定的指導意義。

【關鍵詞】無線電 電磁環境 監測系統

一、前言

正如平時所熟知的地形條件，水文條件及氣象環境一樣，無線電電磁環境本身也存在于空間中，無線電電磁環境指的是在某一時間段，某一空間范圍內人為的電磁現象和自然界本身存在的電磁現象的總和。鑒于電磁環境與無線電設備的工作狀態有直接關系，因此需要做好無線電電磁環境監測，一旦無線電電磁不正常也就是平時所講的電磁干擾。由于電磁環境的穩定性受到眾多影響因素的影響，因此需要就無線電電磁環境監測系統展開細致的研究，才能控制好電磁環境更好的為社會發展服務。

二、無線電電磁環境監測系統的主要組成分析

（一）監測控制中心

監測控制中心是無線電電磁環境監測系統的主要組成，整個監測網絡需要對來自于不同地區，頻域監測數據進行采集，然后分析數據，促進自動監測工作的完成。監測控制中心主要利用無線電管理內部的網絡實現對下級控制中心的控制，監測控制中心是整體監測數據的聚集點，正是由于其具有非常強大的數據處理功能，因此是整個監測系統的中心組成。

（二）大型固定監測站系統

大型固定監測站系統也是無線電電磁環境監測系統的組成之一，想要促進無線電信號良好，一般需要將監測系統安裝在較高的建筑物上，大型固定的監測站系統能夠實現對無線電發射基本參數的測量、帶寬測定、調至測定、頻段及頻道的測定，能夠實現較強的數據監測與存儲處理功能。

（三）移動監測站系統

移動監測站主要是將整體監測設備設置在一些傳輸性能較好的交通工具上，然后移動監測站系統能夠實現固定站監測系統覆蓋不全面的缺點進行彌補，所以在這個層面上將移動監測站系統同樣也具有大型固定站監測功能的。

（四）可移動站

可移動站與移動監測站系統有所不同，它與交通工具實現了完全分離，所以使用起來相對比較靈活，一旦有需要能夠利用任何交通工具將監測設備送達到指定的監測點。當然如果監測有需要可以將監測設備臨時固定的某處從而實現了固定監測站的監測功能。

（五）小型固定監測站

采用小型固定監測站系統開展監測功能主要是為了減少不必要的投資，最大限度的將覆蓋區域的監測加強，結合實際的監測需要建立起有針對性的監測系統，該種監測站主要是對無線電電磁環境的監測數據加以收集。

（六）便攜式監測設備

該種監測設備，小巧便捷，便于在較近距離查找排除無線電干擾信號。上述所講的無線電監測站系統的具體使用情況需要結合國家對地區無線電電磁環境監測的具體要求來選擇。

三、在無線電電磁系統監測過程中需要重點注意的問題

由于無線電電磁系統監測對無線電設備的使用有著至關重要的影響，但是無線電電磁系統監測系統的監測過程是一項非常復雜的過程，其監測結果的準確性和全面性將直接影響無線電設備的具體使用情況，因此在監測過程中需要有一些問題要注意。首先，在無線電電磁環境的監測過程中，出現不同寬帶信號的現象是非常正常的，因此在進行監測結果接受的使用需要有較為嚴格的要求，為了最大限度的使用不同調制形式信號的測定需要，可以接受脈沖干擾信號。在監測過程中需要注意峰值和準峰值的檢波功能，結合不同的測量對象，選擇合適的檢波方式。在監測過程中會有很多外界因素影響監測結構，隨機干擾的來源不僅有熱噪聲還有雷達目標反射以及自然界所存的噪聲，因此在進行平穩隨機過程的干擾信號的測定時需要使用監測有效值以及檢測平均值等實現測定。在使用波檢器的時候，可以充分利用波檢器的性質，然后分析不通信號在不同的波檢方式下的不同反應，來判斷帶測定信號的類型，然后確定信號的性質，但是在監測的時候需要注意的問題是防止輸入端過載，檢波方式的選擇需要慎重，在監測之前需要進行設備的校準，預選器的選擇需要結合具體的測定過程。只有在測定過程中注意到一些小的細節才能促進檢測結果的有效性。

四、結語

綜上所述，無線電電磁環境的整體監測系統的組成非常復雜，只有就每一個組成的功能及工作原理分析到位，然后注意到在無線電電磁系統監測過程中所需要重點注意的問題才能做好無線電電磁環境的監測工作，最大限度的促進無線電業務的健康穩定發展。

參考文獻：

[1]司廣莉. 淺談無線電電磁環境監測系統及監測數據[J]. 科技資訊， 2009，（24）.

第2篇：無線環境監測范文

（杭州職業技術學院機電系，浙江 杭州 310018）

【摘　要】基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統由傳感器網絡節點、嵌入式網關和監測中心三部分組成。其中，傳感器網絡節點以ATmega16單片機為控制核心構成，配置了符合環境監測標準的各種傳感器，可對10種大氣環境變量和氣象參數連續自動監測，并采用ZigBee無線通信模塊將環境數據傳送到嵌入式網關。該網關以S3C2440A處理器和嵌入式Linux操作系統為平臺，還配置了觸摸式人機界面，不僅能采集大氣環境數據，還可接入Internet，實現大氣環境變量和氣象參數值遠傳。監測中心接收嵌入式網關上傳的環境監測數據，存入基于Access 2007的大氣環境信息關系型數據庫，并提供查詢等數據管理功能。

關鍵詞 環境監測；無線傳感器網絡；ZigBee；無線通信；嵌入式系統

0　引言

環境監測是為保護環境和保障人群健康，運用化學、生物學、物理學和公共衛生學等方法間斷或連續地測定環境中污染物的濃度，觀察、分析其變化和對環境影響的過程[1]。隨著社會進步與經濟快速發展，環境保護問題越來越受到人們的關注。世界各國都致力于控制和減少環境污染，研究環境可持續發展的綠色方案，我國也提出了發展低碳經濟的戰略目標，并對環境自動監控提出了更高的要求。

大氣環境監測系統所獲得的環境數據應能夠準確、及時、全面地反映特定區域環境的質量現狀及其變化趨勢，要求覆蓋面廣，監測點布設靈活，從而為環境管理、污染源控制和環境規劃等提供科學依據。基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統可以實現特定區域環境信息的實時采集、無線傳輸和集中處理，是實現大氣環境網絡化監測的一種先進解決方案。

1　系統總體方案

基于無線傳感器網絡的大氣環境監測網絡結構如圖1所示。嵌入式網關和若干傳感器網絡節點組成星形拓撲結構的無線傳感器網絡。由隨機部署在感興趣區域內的傳感器網絡節點實時采集大氣環境信息和氣象參數，經過預處理之后，以ZigBee無線通信方式發送到嵌入式網關；嵌入式網關也具有環境數據采集能力，還配置了LCD觸摸屏人機界面，其主要功能是將各監測點的環境數據匯總之后，通過Internet傳送給大氣環境監測中心（PC），即實現無線傳感器網絡的Internet接入。環境監測中心對特定區域的大量環境數據和氣象參數進行檢查分析之后，存儲到Access數據庫中，以便統計處理和數據查詢。

2　環境監測變量及傳感器

大氣環境質量監測（air quality monitoring）是指對一個地區大氣中的主要污染物進行布點觀測，并由此評價大氣環境質量的過程[2]。國務院環境保護領導小組的《環境空氣質量標準》規定了環境空氣質量功能區劃分、標準分級、污染物項目、取值時間及濃度限值。選擇《環境空氣質量標準》中規定的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等可用傳感器測量的幾種大氣污染物作為系統監測對象。由于大氣污染與氣象條件密切相關，因而在大氣污染監測中應包括風向、風速、溫度、相對濕度、氣壓等氣象參數的測定[3]。此外，CO2是反映碳排放的重要指標，所以將其列為監測項目之一，故基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統的監測變量共有10種。遵循低成本、高可靠性、適當精度、使用方便等原則，為大氣環境監測系統配置了以下8種傳感器模塊：

（1）SO2傳感器：選擇模擬輸出型二氧化硫傳感器模塊SMC-CDX，它采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測技術，具有抗其它氣體干擾、穩定性好、自帶溫度補償等特點，輸出符合Modbus協議的模擬信號4～20mA，經過信號變送器產生0～5VDC的模擬信號。

（2）NO2傳感器：選用深圳市富安達智能科技有限公司研發的NO2/S-500-S傳感器（量程：0～500ppm，分辨率：0.5ppm，工作溫度范圍：-20°C-45°C，工作濕度范圍：15-90%），無需偏執電壓，具有良好的重復再現性和長期穩定性，經信號放大電路及信號變送器輸出0～5VDC的模擬信號。

（3）CO傳感器：選用英國Alphasense公司的一氧化碳傳感器CO-BF（量程：0-1000ppm，分辨率：0.5ppm，工作溫度：-30～50℃，工作濕度：15～90％RH），經信號放大及變送后產生0～5VDC模擬信號。

（4）O3傳感器：選用MQ131臭氧氣體檢測模塊（工作電壓：5VDC），它具有模擬量輸出及TTL電平輸出的雙路信號輸出，TTL低電平輸出有效，可直接與單片機I/O口相連。

（5）風速風向傳感器：配置的M288865包括了風速傳感器和風向傳感器。風速傳感器（量程：0～40m/s，精度：±0.3m/s）可以產生TTL電平頻率信號，風向傳感器（量程：0～360o，精度：0.1%）在精密導電塑料電位器的活動端產生變化的電阻信號輸出，可經過變換電路產生0～5VDC模擬輸出信號。

（6）溫濕度傳感器：選用含有校準數字信號輸出的數字溫濕度傳感器SHT11（溫度量程：-40～123.8℃，濕度量程：0～100%RH，溫度測量精度：±0.3℃，濕度測量精度：1.8%），它采用準IIC方式傳輸數據。

（7）氣壓傳感器：選擇德國BOSCH氣壓傳感器系列的BMP085（量程：300～1100mbar，精度：0.03mbar，工作溫度范圍：-40℃～85℃），用8-Pin陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過IIC總線直接與各種微處理器相連。

（8）CO2傳感器：選擇采用固體電解質電池原理的MG811型CO2氣體傳感器。該傳感器受溫濕度變化的影響較小，具有良好的穩定性、再現性，經信號放大及調理后產生0～5VDC的模擬輸出信號。

3　大氣環境監測網絡設計

3.1　傳感器網絡節點設計

傳感器網絡節點是一個由傳感單元、處理單元、無線收發單元和電源單元4個功能模塊組成的微型嵌入式系統[4]，其硬件組成如圖2所示。它的控制能力、數據存儲能力、分析計算能力和通信能力相對嵌入式網關較弱。傳感單元分為模擬和數據兩部分，SO2傳感器(SMC-CDX)、NO2傳感器(NO2/S-500-S)、CO傳感器(CO-BF)、CO2傳感器(MG811)和風向傳感器(M288865/DIR)的輸出信號經過放大和調理之后，輸出0～5V模擬信號，可接入MCU的ADC通道；O3傳感器(MQ131)、風速傳感器(M288865/SPEED)輸出TTL電平脈沖信號，可接入MCU的計數通道。溫濕度傳感器(SHT11)采用準IIC方式向MCU發送數據，DATA和SCK信號可直接與MCU的I/O引腳連接；氣壓傳感器(BMP085) 使用標準IIC總線向MCU發送數據。處理單元主要協調、控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理采集數據，并與其它節點合作完成被指派的感知、監測任務，是傳感器網絡節點的核心，從節約成本、提高可靠性等方面考慮，選用ATmega16單片機。無線收發單元將傳感器網絡節點接入傳感器網絡，采用TI公司的系統芯片（SoC）CC2530F256，運行ZigBee2007/PRO 協議，通過USART與MCU傳輸數據，滿足以Zigbee為基礎的2.4GHz的ISM頻段應用。電源單元則為傳感器節點提供維持正常運行所必須的能量。

3.2　嵌入式網關設計

嵌入式網關以ARM微處理器為核心，包括傳感單元、基本外圍電路、存儲單元、ZigBee通信、Internet通信和觸屏顯示6部分，其硬件組成如圖3所示。選擇SamSung公司的基于ARM920T架構的16/32位RISC處理器S3C2440A作為控制核心，協調其它所有工作單元有序運行，實現大氣環境信息和氣象參數的數據采集、數據預處理、數據存儲、數據轉發等全部功能。嵌入式網關的傳感單元組成及功能與傳感器節點的傳感單元相同。基本外圍電路包括電源電路、時鐘電路和復位電路，為S3C2440A正常運行以及嵌入式網關中所有外圍電路正常工作提供基本保障。存儲單元擴展了SDRAM和flash兩種存儲器，分別為程序代碼和各種數據提供存儲空間。ZigBee通信模塊負責與WSN內的各傳感器節點通信，搜集監測區域的環境信息。觸屏顯示單元采用Toppoly 3.5寸LCD模塊，移植了Qt界面，便于用戶在現場進行傳感器網絡運行參數配置，查詢任意時刻采集的環境數據等。Internet通信模塊將匯總的環境數據傳輸至監測中心，并與ZigBee模塊聯合實現ZigBee和TCP/IP兩種網絡協議的轉換。

4　大氣環境監測系統軟件

4.1　傳感器網絡節點軟件

傳感器網絡節點實行被動式數據采集行為，即僅當接收到嵌入式網關下發的數據采集命令時才執行采集數據的任務，其它時間則進入休眠模式以降低電能消耗。

傳感器節點應用軟件的設計過程相對簡單，其程序流程如圖4所示。上電復位后首先初始化硬件，向嵌入式網關報告自己的ID信息，加入WSN之后就進入空閑模式。在此模式下，CPU停止運行，而SPI、USART、ADC、定時器/ 計數器、看門狗和中斷系統繼續工作。諸如定時器溢出與USART傳輸完成等內外部中斷都可以喚醒MCU[5]。因此，當接收到嵌入式網關的數據采集命令后，USART接收中斷會將MCU喚醒，即刻采集大氣污染物數據，再通過ZigBee通信模塊將其傳輸至嵌入式網關。

4.2　嵌入式網關軟件

基于S3C2440A微處理運行Linux操作系統的嵌入式系統，其軟件部分包括啟動引導程序、操作系統內核、根文件系統、設備驅動程序和應用程序，前3部分是系統運行的基礎部分，目前已有相對較為成熟的版本出現，只需要針對具體硬件平臺進行修改、裁減即可完成移植工作，不必重新開發。

4.2.1　驅動程序

驅動程序是應用程序和實際設備之間的一個軟件層[6]。分為字符設備驅動程序、塊設備驅動程序和網絡驅動程序。大氣環境監測系統中的傳感器都是簡單的硬件設備，因此，全部被抽象為字符設備。字符設備驅動程序完成的主要工作是初始化硬件設備、添加和刪除設備結構體，申請和釋放設備號以及填充file_operations結構體。file_operations結構體用來建立設備編號與驅動程序操作的連接，實現該結構體中的read()、write()、ioctl()等函數是驅動程序設計的主題工作。

傳感器設備驅動程序所實現的只是最重要的設備方法，比如SHT11和CO2的file_operations結構被初始化為如下形式：

struct file_operations shtxx_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = sht11_open,

.ioctl = sht11_ioctl,

.release = sht11_release,

};

static struct file_operations adc_fops = {

owner: THIS_MODULE,

open: adc_co2_open,

read: adc_co2_read,

ioctl: adc_co2_ioctl,

release: adc_co2_release,

};

4.2.2　應用程序

嵌入式網關應用程序主要包括兩個線程和一個中斷服務程序，其執行流程如圖5所示。上電后，首先進入main函數（主線程）初始化并設置系統參數，調用signal函數設置SIGALRM信號的信號處理程序用以完成嵌入式網關與監測中心的TCP/IP通信任務，然后設置定時器，再調用pthread_create函數創建Data_Collection線程負責數據采集任務，之后運行基于事件驅動的Qt程序，在這段代碼中將程序控制權交給用戶，用戶通過操作界面可以設置嵌入式網關系統參數或查看實時采集的環境數據。

4.3　大氣環境監測中心軟件

使用Access2007創建大氣環境信息數據庫，利用visual c++提供的ADO（ActiveX Data Object）訪問數據庫，實現環境數據分析處理、越限報警和數據顯示查詢等功能。當鍵入主鍵值（ID）時，程序訪問access數據庫進行查詢，并顯示出該ID對應的各字段數據值；還可以時間為橫軸，參數值為縱軸顯示某一時間段的變化曲線。如圖6所示。5　結論

系統綜合測試表明，環境監測網絡中的傳感器網絡節點可按照設計要求采集數據，并能正確接收、執行嵌入式網關下發的各種命令；嵌入式網關可實現WSN自組網功能，并支持傳感器節點動態加入或離開網絡，且人機界面簡單易用；大氣環境監測中心可顯示環境信息歷史數據和變化曲線，支持各種查詢。傳感器網絡節點、嵌入式網關和監測中心的數據通信良好，可協同完成特定區域的大氣環境監測網絡化任務。

參考文獻

［1］陳玲,趙建夫.環境監測[M].北京:化學工業出版社,2008:10-11.

［2］孫春寶.環境監測原理與技術[M].北京:機械工業出版社,2007:7.

［3］國家環保部. HJ/T 193-2005,環境空氣質量自動監測技術規范[S].北京:中國環境科學出版社,2006-1-1.

［4］I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci. A Survey on Sensor Networks[J]. IEEE Communications Magazine. 2002:102-114.

［5］Atmel Corporation. ATmega16 Datasheet[EB/OL]./atmel.com/avr

第3篇：無線環境監測范文

【關鍵詞】農田環境信息監測 GPRS 無線傳感器

1 農田環境信息監測系統的簡要介紹

在應用農田環境信息監測系統的時候，能夠有效的實現農田種植的精準性，將復雜的農田系統與信息技術結合在一起，以最低的投入實現高效的農田種植，同時還可以實現農田環境的最高利用，利用各類的農業資源獲取最好的經濟效益以及環境效益。

在農田種植的過程中，農田的覆蓋面積普遍較大，種植的環境相對較差，導致在農田種植的過程中就無法廣闊的開辟農田信息的獲取途徑，并且在無形之中導致了農田種植信息采集的高成本，對農田耕作造成較大的影響，在這一問題的影響下，使用無線傳感網絡可以開辟一個全新的信息獲取以及無線通信的平臺，借此來實現各類農田環境信息的采集以及收集。

在應用無線網絡GPS/GSM技術實現遠距離通信的時候工作效率較高，但是也村子著網絡延時的問題，只是適用于農田數據傳輸量較小的情況，并且在實施農業信息系統的時候要求實時性較低，但是在應用ZigBee無線傳感網絡數據傳輸的時候可以實現長距離、大范圍的布置傳感器節點，借此來對農田種植中的各種信息，例如：土地PH值、空氣溫濕度、光照強度以及土壤溫濕度等等進行短距離以及長距離的通信，逐漸將數據采集廣泛的應用在農業控制領域中，不斷的提高農田的收成率。

2 在農田檢測系統應用ZigBee無線傳感器的設計原理以及設計結構

農田檢測系統呢主要是由ZigBee無線傳感器、嵌入GPRS的ARM網關以及上位機軟件構成，其中ZigBee無線傳感器位于核心地位，控制農田中設置的多個測量土壤PH值傳感器、空氣溫濕度傳感器、光照傳感器以及土壤溫濕度傳感器等等，這樣可以將農田中有關種植的信息數據采集、數據處理、數據存儲，并向協調器傳遞數據信息，在農田信息監測系統中，ARM網關集成了ZigBee無線傳感器和GPRS模塊，借助協調器實現了微型傳感器的節點的采集，并借助網關實現與網絡系統中各個節點之間的信息交互，同時將數據分享到遠程監控中心。

上位機軟件以及服務器可以從ARM網關中接收到各類型的信息，并對所接收的信息進行數據解析、處理、查詢、統計以及查詢，同時還可以將各類型的數據制作成圖表，并通過向各個傳感器節點傳輸控制命令來實現對各類型的傳感器進行參數設置，使得每一個農田檢測系統的使用者可以在任何時間地點都登陸服務器獲取想要的服務，也就是在線的實現對農田監測信息系統中存儲的信息并進行遠程的參數設置。

3 農田監測系統的硬件結構設計

3.1 針對微型傳感器節點的設計

微型傳感器在農田信息檢測系統中主要負責農田環境信息的采集，并將獲得的信息轉化為數字信號，進行下一步的傳遞與處理。在設計微型傳感器節點結構設計的時候，必備的設備就是傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、微型處理器、射頻通信以及電源模塊，在必備設備的基礎上，針對微型處理器的不同應用用途（例如：土壤PH值、空氣溫濕度、光照強度以及土壤溫濕度等等）實現進一步的微型處理器的結構完善，在結合實際用途的過程中，對微型處理器的能量消耗、測量范圍以及精度等基本使用屬性進行完善。

有效的處理好微型處理器結構的之后，在農田監測系統運作的過程中就能夠在各個節點之間實現相互協作完成對農田環境信息的全方位手機，并將收集到的所有數據匯集到無線傳感器的網絡協調器中。

3.2 ARM網關的結構設計

在進行ARM網關硬件結構設計的時候，必要的結構設備就是ZigBee協調器、GPRS模塊以及ARM控制器這三部分，并且ZigBee協調器是其中最核心的部位，并在協調器的部分設置一定數量的接口，最常用的接口就是串口以及通用的IO接口，總體看來，微型處理器與ARM網關硬件結構在一定程度上具有相同性，但是在軟件系統的應用上存在一定的差異，其中GPRS模塊結構選擇的是集成的SIM300模塊，內部應用的是TCP/IP協議，在運轉的過程中支持AT指令的運行，而ARM控制器的主要功能就是協調ZigBee協調器以及GPRS/GSM實現了信息之間的交互以及處理，同時利用串行口以及存儲器實現更多功能模塊的接入。

4 農田環境監測系統的軟件設計

4.1 ZigBee網絡數據采集以及傳輸程序的設計

微型傳感器采用的數據采集方式是在ZigBee 2010 PRO協議棧的基礎上完成的，一旦完成了ZigBee網站之后，微型處理器能夠通過各個節點對農田環境信息數據機進行周期性的收集，在每次信息收集完成之后，就會自動的進入到休眠的模式，這樣可以降低長時間運轉的能量消耗，降低了農田環境監測系統的運轉成本，在數據收集完成之后，將所有搜集到的數據進行整體打包，通過樹形拖布結構將數據包發送到ZigBee網站中。

4.2 上位機軟件設計

在進行上位機軟件設計的時候，是在Windows操作系統以及Qt應用開發框架的環境內實現的，上位機軟件的主要功能包括了數據管理以及遠程信息監控。

在進行數據管理模塊設計的時候，應當合理的兼顧數據接收、解析以及存儲處理等功能，其中，關于數據接收功能設計的時候采用的技術是Socket技術，并在服務器端口的輔助下將所收集到的數據傳輸到數據庫中，同時還要使用數據幀協議進行解釋。

而在進行信息檢測模塊設計的時候，要兼顧數據顯示、信息查詢以及圖標自動生成的功能，這樣能夠提高農田環境監測系統用戶對于環境信息的瀏覽以及查詢服務的質量。

參考文獻

[1]熊攀.基于ZigBee和GPRS的無線環境監測系統[D].湖北大學，2014.

[2]劉堅，陶正蘇，陳德富，等.基于GPRS的環境監測系統的設計[J].自動化儀表，2009，30（2）：30-32.

作者單位

第4篇：無線環境監測范文

針對貴重易損裝備器材存儲環境監測的需求，利用無線傳感技術，搭建裝備器材存儲環境實施監測系統，實時監測環境和器材狀態

隨著武器裝備的更新換代，大量高新技術裝備不斷列裝部隊。因此，精度高、技術復雜、價格昂貴的裝備維修器材在存儲和運輸過程中，由于不當操作或處置，受到過度沖擊、振動以及存儲環境不達標等情況影響，有可能造成部分裝備器材的非預期失效，造成較大經濟損失，影響裝備保障能力。

針對貴重易損裝備器材存儲環境監測的需求，利用無線傳感技術，搭建裝備器材存儲環境實施監測系統，實時監測環境和器材狀態，提供監測裝備器材的溫度、濕度和振動等重要存儲環境參數，并對這些參數超限進行實時報警，為部隊實施裝備器材存儲環境實時監測提供重要技術手段和數據論據支撐。

器材封存環境無線監測系統總體結構

器材封存環境無線監測系統由無線數據采集節點、數據網關、監控軟件構成。數據采集前端具有不同的功能和參數。數據通訊網關是中心監測平臺計算機與無線數據網絡通訊的橋梁，具有標準串行通訊口與計算機通訊，同時具有無線網絡接入功能，充當無線網絡的管理者角色，實現平臺計算機與無線數據采集終端的雙向數據傳輸和無線網絡管理功能。中心監測平臺為安裝有應用軟件的微機，用以對整個系統構成和參數配置，并能夠實時顯示采集數據及其趨勢圖，具有對數據進行存儲、報警等功能。

器材封存環境無線監測系統運行在監測中心平臺PC終端上，通過網絡與數據通訊網關連接，實現對無線傳感器節點的參數配置，并接收無線傳感器節點上傳的實時監測數據。系統配置實時監測中心平臺計算機，安裝實時監測系統應用軟件，用于顯示和記錄前端無線采集節點所采樣的數據；系統支持通過該中心平臺下發指令，讓采集前端發出聲、光提示；系統配置數據通訊網關設備實現中心平臺與無線數據采集網絡之間連接；系統配置集成溫度、濕度、氣壓、振動等傳感器為一體的采集節點若干，模擬實現存儲環境參數的采集任務。

器材封存環境無線監測系統的主要功能

器材封存環境無線監測系統主要實現以下功能：配置無線傳感器節點的數據采集周期和各項數據的報警上下限；遠程定位無線傳感器節點；顯示無線傳感器節點的實時數據及報警信息，當數據發生變化達到報警閾值時，需要立刻在節點發出聲光報警；提供對歷史數據及歷史報警信息的查詢；根據之前一段時間的歷史數據，預測設備是否可能出現故障。

系統配置模塊主要完成對網關、傳感器節點等相關硬件運行參數的配置和檢驗功能。系統通過局域網與網關進行通信，發送網關和節點參數到網關寄存器，或從網關寄存器獲取參數；網關與節點之間通過無線網絡基于Zigbee協議進行通信，節點按照預設周期到網關寄存器中獲取用戶設置的節點參數。系統可同時與若干個網關進行通信，接收監測數據，選擇某個網關，即以表格形式顯示與其通信的所有監測節點的信息。

實時監測模塊主要完成對節點監測數據和報警狀態的實時獲取、存儲、顯示。采集節點按照采集周期實時向網關發送最新監測數據和報警狀態。系統按照設置的網關上傳周期實時到網關查詢各采集節點的監測數據和報警狀態。系統接收到節點監測數據后，在顯示的同時，將數據存人數據庫；系統接收到節點報警狀態后，進行判斷，如果報警狀態與上一個狀態相比發生變化，記錄各節點的報警狀態的變化，將報警記錄顯示并存人數據庫，并由系統向用戶發出報警提示音及某種形式的可視化提示。系統根據監測數據的監測時間判斷節點離線時，同樣進行報警提示、記錄、存儲。

查詢統計模塊主要完成設定條件下歷史監測數據和報警記錄進行查詢和統計，以及可視化形式顯示功能。系統根據用戶輸入的條件查詢歷史監測數據，將查詢結果以曲線圖的形式可視化顯示，并以表格形式提供詳細數據，可顯示溫度、濕度、振動、氣壓中的某一種或所有數據的曲線圖。選擇某個網關和節點，可以查詢該節點在某段時間的報警記錄，系統提供報警記錄的網關ID、節點ID、節點位置描述、報警時間、報警類型、報警值等信息。

數據管理模塊主要完成數據備份、年度設置和年度轉換的功能。數據備份、還原是保證數據安全性的重要方式。系統應提供對實時監測數據和歷史監測數據的備份功能，并能在需要時對備份的數據進行查詢和統計。因為監測數據量較大，長期存儲占據空間大，系統只存儲當前監測年度及上一年度的監測數據及報警記錄，以進行查詢和統計。年度轉換時，清空上一年歷史數據表，將當年數據保存至歷史數據表，并清空實時數據表。

器材封存環境無線監測系統的技術方案

器材封存環境無線監測系統的主要設備包括無線傳感器節點、數據收集器、數據網關和傳感器接入設備。傳感器節點是監測系統的核心部件，主要由可擴展傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、預警模塊和電源組成。傳感器節點將采集信息實時傳輸到基站，并且在所處環境超過所設限值可自主發出報警信息。傳感器節點設計應盡可能小、便于布設、能耗低、具有一定的抗干擾能力和安全性，且根據實際需求方便接入不同的傳感器，用于不同的監測需求。將傳感器節點預置于器材的內包裝，通過監測包裝內的溫濕度數據預測器材發生霉變的可能，對于一些氣相封存的器材可通過監測封存包裝內氣體含量監測封存質量。同時，傳感器節點還能實時監測器材收到的沖擊振動情況，在遭遇過大沖擊振動時及時發出警報。

系統網絡結構由無線傳感節點、數據收集器、數據網關組成。無線傳感節點采集環境信息，并將信息數據匯聚到數據收集器，然后通過網絡至數據網關，用戶終端通過數據網關獲取傳感器信息。該結構的特點是各種無線傳感器獨立，使用靈活方便；增加數據收集器設備，方便聲光電報警的位置部署；多種網絡拓撲，可適應復雜應用環境，如包裝密封、監測位置不固定、環境監測周期短、采集周期要求不高。系統網絡結構也可以由傳感器接入設備、數據網關組成，傳感器接入設備采集傳感器信息，并將信息匯聚至數據網關，用戶終端通過數據網關獲取傳感器采集的信息。該結構的特點是傳感器節點的集成度更高；無線網絡拓撲簡單，更穩定；傳感器擴展靈活度高。該結構適用于監測環境固定的場景。

系統軟件結構包括實體層、數據訪問層、通信協議層和用戶界面層。用戶界面有參數配置界面、節點控制界面、實時信息界面、歷史信息界面和設備故障預測界面。軟件系統通過無線傳感器實時采集設備的環境信息，并對根據部分信息進行分析處理，預測設備在一段時期后的狀態。根據使用需求的不同，傳感器數據可分為兩類：用于分析溫濕度、封存氣體含量的預測數據和用于實時報警的振動、壓力數據。當分析預測的數據發生變化時，不需要立刻在節點顯示聲光報警，而是由管理人員或專家系統根據經驗公式對節點數據的變化趨勢進行分析，推測設備是否會出現發霉等情況，再對可能發霉的設備進行處理。當實時報警數據發生變化時，需要立刻在節點顯示聲光報警，并在用戶終端上顯示報警信息，提示管理人員設備在運輸搬運過程中出現嚴重的物理沖擊，可能受到致命損害。

第5篇：無線環境監測范文

關鍵詞：云平臺 農田環境 無線監測 嵌入式

中圖分類號：TP274；S126 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0140-02

1 引言

21世紀的農業是信息高度集成化的智慧農業，在農業領域中充分發揮科技的力量勢在必行。智慧農業是農業發展的新潮流，是未來農業可持續發展的必經之路。發展智慧農業需要大量有效和及時準確的農田環境信息，獲取農田環境信息是智慧農業實現的關鍵之一。近年來，農田環境信息獲取的方法和手段不斷提高和豐富，但從總體上看，還存在一些問題有待解決，如：環境信息采集過程應用的手段還相對落后、采集效率不高；傳輸方式受布線難、傳輸距離短、現場環境復雜等限制；同時由于農田分散、且多無人看管、設備多，管理工作需要進一步完善。

為此，筆者設計了基于GPRS、云平臺和無線傳感器網絡技術的監測系統，能夠實現實時監測農田環境的各種參數，以解決上述問題。對于提高農業耕作精細化程度，減少人力資源投入，農業生產大數據的研究等都具有重要的科學意義，對智慧農業的推廣發展具有深遠影響。

2 農田環境監測系統

農田環境監測系統主要由云服務器、網站、移動客戶端、無線通訊網絡、智能終端和環境監測傳感器構成。在大棚和農田里安裝的是農田環境監測智能終端，它由太陽能電池板供電，無需外接電源，并且由程序控制為低能耗節能模式可常年累月運行，保證對農作物整個生長周期進行無縫監控。智能終端可以同時配備溫度、濕度、二氧化碳、二氧化氮、光照、土壤水分、土壤養分、土壤酸堿度、污染物（COD、BOD）等傳感器。用這些傳感器感知作物生長土壤、空氣、光照等環境參數，轉變成數據形式，通過GPRS無線通信網絡上送到云服務器，進行分類、存儲、統計和分析。

通過互聯網瀏覽器訪問平臺網站，或者手機客戶端查詢相應農田環境數據的變換和報警信息。大量智能終端安裝到農田大棚，長時間運行后，云服務器就會存儲海量的農田環境數據。農業科研專家通過建立農作物生長模型分析這些海量數據，對歷年作物品質、產量、環境數據進行分析對照，預測作物生長及產量情況，及時提出合理的農田耕作和管理的指導建議，為農業生產、發展精準農業、智慧農業提供技術支撐和科學依據。

2.1 農田環境監測參數選擇

影響農田環境的參數很多，我們從中選取了對植物影響重要，而且便于在線測量如農田環境地表空氣溫度、濕度、CO2、NO2，表面光照、土壤溫度、土壤含水量、土壤養分、土壤酸堿度等參數作為農田環境的監測量。

2.2 農田環境監測系統構成

農田環境監測系統由云服務器、網站、移動客戶端、無線通訊網絡、智能終端和環境監測傳感器以及環境監測分析軟件以及移動設備客戶端軟件等構成。

監測終端是采用嵌入式結構，內部集成了GPRS通訊設備；16路0～10mV、0～5V、0～10V、4～20mA等模擬量信號傳感器接口；6路IIC、TTL232、RS232、RS485、USB等通訊信號傳感器接口；并提供鋰電池、太陽能等電源輸入接口和DC3.3V1A或DC5V0.5A或DC24V0.1A電源輸出接口。測控終端除了具有監測終端的功能外，還帶有8路繼電器、2路PWM控制接口。

環境傳感器選擇有線的，DC3.3V或DC5V或DC24V供電，并且支持0～10mV、0～5V、0～10V、4～20mA、IIC、TTL232、RS232、RS485、USB等信號接口之一的傳感器，無需任何信號轉換器就可以直接與監測終端連接。如果選擇其他信號接口的傳感器，需要外加信號轉換器。

2.3 系統工作原理

在待測農田、大棚等相應位置安裝農田環境傳感器、監測終端以及太陽能板。如果需要，還可以安裝一塊或多塊本地公共顯示屏，用作實時顯示監測數據和分析情況。

環境傳感器將各種物理量轉換成0～10mV、0～5V、0～10V、4～20mA、IIC、TTL232、RS232、RS485、USB之一的電信號，通過測控終端采集變為實時數據，經過嵌入在終端內部的硬件和軟件數據濾波后加上時間戳和物理量類型，形成數據記錄，保存在測控終端的Flash存儲器中，同時由GPRS通訊上送到云服務器和本地公共顯示屏。

云服務器收到測控終端上送的數據，進行分類、匯總保存到云數據庫中。遠程計算機的測試分析軟件系統，通過互聯網或GPRS，訪問云服務器數據庫，進行綜合分析，將分析結果送回云服務器，供研究分析、本地公共顯示屏顯示、遠程或移動客戶端查詢用。

3 農田環境監測數據處理

3.1 監測終端數據濾波

受地域或自然環境影響，監測數據極易受到農田勞作、環境擾動等的外界因素干擾。要想反映實際情況的監測數據，需要將采集到的數據進行濾波處理，因此，除了在硬件電路對采集量進行濾波外，還必須針對不同監測量，在軟件上通過相應的數字濾波[2]進行處理。

采集終端將采集到的空氣溫濕度、土壤溫度、含水量和光照強度等模擬信號轉換成數字量后，通過公式計算出的環境參數的平均變化率。

監測終端根據其平均變化率，自動選擇合適的數字濾波方法。例如像溫度、濕度等大部分農田環境參數變化緩慢的監測量，即當

（1）

其中，y（t）為濾波后的當前采集值，f（x）為當前實測值，T0為滑動濾波長度。系統軟件將新數據放入到濾波隊列的隊尾，扔掉最早采集的數據，濾波后的輸出總是固定濾波長度的算術平均值。

當0.25

當0.55

3.2 監測結果

利用客戶端分析軟件從云端服務器獲取監測數據，進行統計分析，從中選取了一塊具有代表性的農田大棚，安裝了一套監測終端，運行一段時間后，摘錄了其中24小時的棚內空氣溫度、濕度、CO2含量和土壤溫度、含水量、光照強度等參數監測曲線如圖1所示。

4 結語

通過GPRS網絡和云服務器，該系統可以無線遠程實時監測農田環境數據。與傳統農田環境采集系統相比，該系統減少人力和物力投入，縮短環境信息采集周期；與已有的無線采集系統相比，該系統對信號處理具有更好的收斂性，且通過云服務器存儲數據更加穩定且智能。該系統對于發展精準農業和智慧農業起一定推動作用。

參考文獻

[1]陳艷秋.基于WebGIS的田間環境監測系統平臺的設計與實現[D].東北農業大學，2012.

第6篇：無線環境監測范文

【關鍵詞】生物技術；環境監測；應用

中圖分類號： U45 文獻標識碼： A 文章編號：

現代生物技術是指以DAN 技術為先導，包括微生物工程、細胞工程、酶工程、基因工程、蛋白質工程和生物修復技術在內的一系列生物高新技術的統稱。現代生物技術與其他高新技術產業一樣具有效益高、開發周期短的特點，現已經過了基礎理論研究發展階段，自70 年代末以來，已開始了大規模工程應用的實用階段。現代生物技術不僅廣泛應用于食品工業、高新技術農業、藥品和發酵工業，而且在日益嚴重的環境污染的監測評價與防治等方面發揮著不可替代的作用。可以預言，在今后的一段時間內，現代生物技術將成為環境科學領域重點開發和應用的技術手段。環境科學是與許多學科密切相關的綜合的交叉科學。隨著現代生物技術的迅猛發展，以現代生物技術為代表的高新技術在環境科學中得到了越來越廣泛的應用。

一、PCR技術

1、PCR技術的介紹：即聚合酶鏈式反應( Polymerase chain Reaction) 。是在體外合成特異性DNA 片段的方法，可以快速擴增目的基因DNA或RN段，是對基因克隆，分子雜交和序列分析等分子生物學方法的豐富和發展。1990 年Williams等在PCR技術基礎上，改用了以多雙引物，獲得了多態性DNA 擴增片段并以此制做生物標記物，建立了RAPD方法，為基因組研究奠定了基礎。

2、PCR技術具有以下特點：（1）操作簡便。目前PCR技術采用耐高溫TAQ DNA聚合酶，并且在有電腦控制的DNA擴增儀中進行，使操作大為簡化，一次加入的酶即可滿足反應全過程。（2）快速。一般常取用20～30個周期能使目的DNA達到數百萬倍擴增的反應只要數小時即可完成。（3）靈敏度高。PCR方法可用單、雙倍體細胞、一根頭發、甚至單一進行DNA定型。（4）特異性強。TAQ DNA聚合酶耐高溫的性質使反應中引物與模板退火的步驟可以在較高的溫度下進行，結合的特異性大大增加，被擴增的目的片段也能保持很高的正確程度。

3、在環境監測中的應用

因PCR方法能快速、準確地檢測外環境致病性細菌和有害生物，已逐漸取代了長期以來檢測外環境（水樣中的霍亂弧菌、空氣中產氣莢膜桿菌、海洋中已知病菌及有害生物如藻類等）所采用的傳統的分離培養法，使得監測效率大大提高。用該技術檢測水體中病原微生物比常用的細菌指標法更快速、靈敏，且水中絕大部分病原體都可以被擴增，所以，即使在濃度很小的情況下依然可以被檢出；而用實時PCR監測水體中嗜肺軍團桿菌的結果與傳統標準方法一致，但它的檢測靈敏性和重現性均比傳統方法高，這種方法為確定流行病的污染源和評價水體污染程度提供了一種新的技術手段。近年來，依據PCR分析突變的相關技術在環境監測中也得到了廣泛應用。如變性梯度凝膠電泳（PCR－DGGE）技術可用于分析土壤中分解蛋白酶的細菌群落，以確定無機和有機肥對植物根系附近及其周圍土壤中蛋白酶活性的影響。

二、生物傳感器

隨著科技的發展，以及各學科的融合交叉，以DNA 重組技術為標志的現代生物技術正被利用到環境監測領域，構成了現代生物監測技術。在環境監測領域，現在廣泛使用的生物監測技術主要是將生物反應轉化為電信號的生物傳感器。生物傳感器是以固定化細胞核、固定化酶技術為基礎，以生物學元件作為功能性識別元件，識別和感知目的被測物并將其按一定規律轉化為可識別信號的器件或裝置，其工作原理是：生物組分與待測對象發生相互作用，通過電子組分將待測對象檢出并轉化為可測量的電子信號。生物傳感器在環境監測中起著越來越重要的作用。固定化生物層與目標污染物之間的專一性作用是設計生物傳感器的理論基礎，基于生物催化（酶、微生物等）和免疫原理的生物傳感器已在環境領域中獲得了廣泛應用。然而利用核酸探針為敏感元件的傳感器在環境監測中開發應用尚處于起步階段。分子生物學與生物技術的進展為研究DNA生物傳感器提供了可能。與酶和抗體不同，核酸識別層十分穩定，并且易于合成或再生以供重復使用。DNA 生物傳感器為生物傳感器家族中添加了新的成員，DNA 傳感器的實現需要正確地選擇核酸探針及其固定化和DNA識別信號的有效轉換與檢測。生物傳感器技術是指用固定化生物體內功生物組成作為敏感元件的傳感器。生物傳感器以生物分子去識別被測目標，然后通過信號系統將生物分子所發生的物理或化學變化轉化為相應的電信號予以輸出放大，從而得到檢測結果。生物傳感器技術是建立在固定化細胞和固定化酶技術的基礎之上的。

三、生物芯片

1、介紹：生物芯片是一種通過微加工技術和微電子技術將生物探針分子（寡聚核苷酸、CDNA、基因組DNA、多肽、抗原、抗體等）固定在硅片、玻璃片、塑料片、凝膠、尼龍膜等固相介質表面而構建的微型生物化學分析系統，可以對細胞、蛋白質、DNA 以及其他生物組分進行準確、快速和大信息量的檢測。在環境監測和環境保護上，可以利用生物芯片快速檢測污染微生物或有機化合物對環境、人體、動植物的污染和危害。在環境監測方面的應用主要有：水質控制、檢測藥物、食物添加劑或化學物質毒性以及環境中有害細菌的監測。利用生物芯片技術能夠同時快速地檢測多種環境中的常見致病菌。

2、特點與分類

生物芯片技術的主要特點是高通量、微型化和自動化。生物芯片上高度集成的成千上萬密集排列的分子微陣列，能夠在很短時間內分析大量的生物分子，使人們能夠快速準確地獲取樣品中的生物信息，檢測效率是傳統檢測手段的上千倍。生物芯片將是繼大規模集成電路之后的又一次具有深遠意義的科學技術革命。根據芯片上的固定探針不同，生物芯片可分為基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片、組織芯片，另外根據其工作原理還可分為元件型微陣列芯片、通道型微陣列芯片、生物傳感芯片等新型生物芯片。如果芯片上固定的是肽或蛋白，則稱為肽芯片或蛋白芯片；如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探針或DNA，就是DNA芯片。

生物酶技術

第7篇：無線環境監測范文

【關鍵詞】現代生物技術；環境檢測；應用

1引言

現階段，我國常見現代生物技術包括生物傳感器技術、生物酶技術以及生物芯片技術等，這些監測技術具有較強的特異性、靈敏性和準確性，操作簡單快速，因此在目前的環境檢測工作中都發揮了十分重要的作用，大大提高了環境檢測的質量和水平，加強對其分析研究有著十分重要的意義。

2現代生物技術的基本簡介

現代生物技術其主要包含有分子生物學、微生物學、系統生物學以及免疫學等多種理論，而且與化學、計算機以及微電子等多種學科相互結合，綜合性較強，因而，具有十分廣泛的應用領域。現代生物技術主要的研究對象是生物，主要的研究目的是為了實現對資源的有效開發和利用，操作過程簡單快捷，能夠有效地減少資源浪費和環境污染。現代生物技術所開發的產品具有較高的純度和較高的安全性，產品質量可靠，最大程度地滿足了人們的使用需求，實現了連續化的操作，有利于建立資源節約型、環境友好型的生態環境。現代生物技術目前主要在農業生物技術、植物生物技術、醫學生物技術以及環境生物技術等領域實現了廣泛的應用。

3環境檢測中常用的幾種現代生物技術

3.1生物傳感技術

生物傳感器的技術基礎是固定化酶技術，能夠將識別與感知的信息轉化成電子信號，并通過電子信號裝置對其進行控制，最后被檢測的物質可以通過電子器件檢測出來，然后將其轉化成已被檢測的電子信號。目前生物傳感技術是環境檢測中應用最多的技術。

3.2基因探針與PCR技術

基因探針技術中的非放射性核酸探針可以應用于環境檢測中，主要應用于環境中細菌或病毒的檢測，且非放射性核酸探針對病毒及細菌的檢測還十分靈敏，核酸雜交技術應用于環境微生物的監測中不僅更加安全可靠，還十分快速有效，目前核酸探針及PCR技術已經廣泛應用于水環境中如大腸桿菌、志賀氏菌等微生物的檢測。

3.3酶免疫檢測技術

酶免疫監測技術是利用抗原和抗體的特異性反應而研發的，該技術將酶進行標記，然后再將標記過的酶與待檢測的抗原進行檢測，根據其出現的免疫學特征反應通過比對確定待檢測病毒或細菌的種類。酶聯免疫吸附檢測技術是目前應用最為廣泛的一種酶免疫檢測技術，其主要應用于水質檢測中。3.4生物芯片技術生物芯片技術是利用微電子技術研發的一種微加工技術，可以將作為探針的分析固定與于固定相表面，然后根據構建的生物化學分析系統進行分析，從而實現對蛋白質、細胞等生物學組成成分進行快速準確的檢測，其主要應用于水污染中的化學物質毒性的檢測。

4在環境檢測中現代生物技術的具體應用

4.1生物傳感技術的應用

數字科技和生物技術的快速發展，各個學科也都實現了不斷的進步與發展，并且在發展過程中實現了學科的相互交叉和融合。生物傳感技術因其具有高度集成化、微型化以及自動化的特點，因此在環境檢測中實現了廣泛的應用。生物傳感器能夠實現生物反應與電信號的轉換，為環境檢測提供了大量快速有效的分析手段，實現了食品工業以及環境檢測的技術革命。生物傳感技術的應用理論基礎是實現傳染物與生物層之間專一的固定化作用，作用原理就是通過被測對象與生物組之間的相互作用，然后利用電子元器件將對被測對象的監測轉化為比較容易被識別的電子信號，最終再通過電子信號設備和裝置對電子信號進行識別和分析，實現對監測對象的有效控制。生物傳感技術具有測定速度快、操作簡單、反應靈敏準確、成本低等優點，因此在未來的環境檢測中一定會實現更加廣泛的應用和推廣。

4.2基因探針和PCR技術的應用

不同的微生物病原體具有不同的致病劑量，因此確定水樣中病原體的數量和種類提高檢測的準確度顯得異常重要水體污染問題已引起了人們的極大關注，確定自然水體或污水水樣中受病原體或化學類污染物污染的程度和快速確定污染源是一個難點問題。飲用水樣品中只有不到1%的微生物可經實驗室培養。因此，用傳統培養方法研究微生物群落，不能反映環境的真實情況。DNA損傷評價污染物遺傳毒性的一個很有價值的生物指標，PCR技術的應用使得在分子水平分析DNA損傷之一DNA突變有了很大的進展，提供了一種在分子水平上分析環境生物DNA損傷和檢測病原體的簡便方法，該方法克服了傳統方法的缺陷，更利于提高環境檢測的效率和準確性。PCR有許多不同種類，如實時定量PCR，多重PCR等，用PCR得到的母的片段可用于微生物檢測。目前已有將PCR技術用于飲用水中大腸桿菌的檢測；用于制備基因工程中的目的片段；用于DNA雜交技術中DNA探針的制備；用于環境生物多態性的分析。DNA探針是用生物素、熒光素等物質進行標記的能夠與待測基因進行特異性互補產生雜交信號的DN段。熒光探針、寡聚核苷酸探針等已被應用于監測水中的大腸桿菌，取得了很好的結果。為了更靈敏、快速的檢測水中大腸桿菌，目前DNA探針技術多于PCR技術結合使用。PCR技術的基本原理類似于DNA的天然復制過程，其特異性依賴于與靶序列兩端互補的寡核苷酸引物。PCR由變性一退火一延伸三個基本反應步驟構成：（1）模板DNA的變性模板DNA經加熱至93℃左右一定時間后，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使之成為單鏈，以便它與引物結合，為下輪反應作準備；（2）模板DNA與引物的退火（復性）模板DNA經加熱變性成單鏈后，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合；（3）引物的延伸DNA模板一引物結合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP為反應原料，靶序列為模板，按堿基配對與半保留復制原理，合成一條新的與模板DNA鏈互補的半保留復制鏈重復循環變性———退火———延伸三過程，就可獲得更多的“半保留復制鏈”，而且這種新鏈又可成為下次循環的模板。每完成一個循環需2~4min，2~3h就能將待擴目的基因擴增放大幾百萬倍。到達平臺期（Plateau）所需循環次數取決于樣品中模板的拷貝。PCR技術在環境檢測中的基本原理見圖。

4.3生物酶技術的具體應用

目前，我國的環境檢測工作中另一個應用比較廣泛的現代生物技術就是生物酶技術。①生物酶技術的處理功效高。生物酶技術的作用原理是將微生物與酶進行有效的結合，能夠快速有效地進行污染物的降解，從而增強環境檢測過程中的污染處理功效。②生物酶技術在環境檢測中的適應性更加廣泛。生物酶技術有效地降低了微生物的生存要求，為微生物創造了更加適宜的溫度和pH條件，大大增加了微生物的作用效果。③生物酶技術與其他方法相比更具有針對性。生物酶技術目前被廣泛地應用于不同的領域和不同的環境，因此，在使用時可以充分地根據實際情況進行選擇，從而采取更具有針對性和效力的方案進行監測。④生物酶技術的污染治理成本也較低。生物酶技術的應用不需要引進龐大的設備和裝置，大大降低了治理成本和投資成本，并且具有顯著的治理效果。在此，主要就生物酶技術在處理水污染中的具體應用進行了簡要的分析。某城市生活污水處理廠各構筑物內滯留污水總水量約為1.5萬t；外觀呈現黑色，并散發臭味。經環保部門對滯留污水進行采樣監測，監測數據如表1。從表1可知，滯留污水中的COD、NH3-N、硫化物等均超標，最高超標達10倍以上。該滯留污水中混有大量制革廢水及化工廢水。制革廢水由強堿性的浸灰脫毛廢水和弱酸性的鞣革廢水組成，前者含有高濃度的氯化物、硫化物、表面活性劑、防腐劑、油脂、蛋白質及SS等污染物；后者含有高濃度的鞣料、化學助劑及染料等。制革混合廢水呈堿性、有毒性、難降解物質含量高，外觀污濁，氣味難聞。而對滯留污水投加高效復合生物酶藥劑進行應急處置后，高效復合生物酶對于滯留污水中的污染物進行高效催化降解，逐步改善滯留污水的水質狀況。投加高效復合生物酶藥劑后，一周即可使其中的污染物降解30～50%。由表2可以看出，高效復合生物酶對滯留污水的應急處置有明顯的效果。投加高效復合生物酶藥劑一周后，經相關環保部門對污水進行采樣監測，監測結果見表2。

4.4生物芯片技術的具體應用

在進行環境檢測時應用生物芯片技術時能夠有效地提高環境檢測的質量和水平，使得我國環境檢測技術得到進一步的發展。生物芯片技術可以自動、快速、準確地監測出不同基因的表達情況和環境因素對基因的影響作用。生物芯片技術目前所采用的載體主要有組織芯片、蛋白質芯片以及基因芯片等，生物芯片技術通過對細胞基因組的詳細分析，準確篩選DNA的多態性變化和突變過程，從而確定出環境污染對生物基因水平的影響，實現對污染的科學監測。隨著生物芯片技術的不斷發展，其在環境檢測過程中逐漸成為新的研究方向和研究概念，未來具有更加廣泛的應用前景。

5結語

第8篇：無線環境監測范文

【關鍵詞】水環境；重金屬污染；檢測

Study on the status and detection technology of heavy metal pollution in water environment

CHEN Huiming， LIU Min， XIAO Nanjiao， LUO Yong

（Jiangxi Environmental Monitoring Center， 330039， Nanchang， PRC）

Abstract： this paper summarizes the current situation of heavy metal pollution in water environment in China .It has been found that many bays and rivers have been polluted by heavy metals in China， and they are mostly compound pollution. The author also introduces some detective methods， such as electrochemical analytical methods and spectral methods and etc. The research results can be used for providing technological support for detection of heavy metal and protection of ecological environment.

Key words： water environment； heavy mental pollution； detection

前言

若金屬元素的原子密度超過每立方厘米五克，即可認為其是重金屬。如銅、鉛、鋅、鎘鐵、錳等，均屬于重金屬，共有四十五種。若水體內排入的重金屬物質，無法結合自凈能力將其凈化，而最終導致水體的性質、組成等發生改變，影響水體內生物生長，并對人的健康、生活產生不良影響的，即屬于水環境重金屬污染。在工業、農業快速發展的同時，許多污染物被排入河流內，其中也包含重金屬，最終導致水質惡化，也由此產生了一系列嚴重后果。不論是在何種環境中，重金屬污染物的降解都極為困難，并且能夠積累在植物、動物體內，并結合食物鏈不斷富集，最終進入人體，對人體健康產生危害，這類污染物也是對人體產生最大危害的一種污染物[1]。

1、目前我國水環境中重金屬污染的現狀

1.1我國水環境重金屬污染的范圍比較廣

不論是海南的三亞灣、還是廣東地區的北江、亦或是武漢的東湖、連云港的排淡河、山東地區的膠州灣、長春的松花江等，都體現出了極為顯著的重金屬污染特征。

1.2我國水環境中重金屬污染大多為復合污染

對比國家相關的水質標準來看，山東曲阜的大沂河、包頭段黃河內，均出現了極為嚴重的Cu等重金屬的污染。Cd污染，則主要出現在香港的四大重點河流之中；就黃浦江上游的飲用水源來看，不論是支流、還是干流，Hg的平均濃度均超過了地表水環境質量標準（GB3838-2002）的Ⅲ類水標準，而對比Ⅲ類水標準后可以發現，不論是干流、還是支流的As濃度相對較低[2]。

1.3重金屬的含量與水環境的鹽度及pH值等有關

若鹽度偏高，則重金屬元素在水中的含量相對較高、水底沉積物內則不會出現較高的金屬含量；若鹽度偏低，則恰好相反。當pH值相對偏高時，重金屬元素含量偏低的為水體，而偏高的則為水底沉積物；若pH值較低時，則正好相反[3]。

1.4重金屬含量一般表現為近岸高，中部低；沉積物中高，水相中較低

第二松花江中下游河段，水中重金屬平均含量都不高，且遠未達到國家制定的相關地表水水質標準；對比河段水中的重金屬含量來看，沉積物內的重金屬含量則明顯偏高。在巢湖湖區、支流沉積物內重金屬含量的對比方面來看，支流的Cd、Zn等含量更高。

1.5重金屬的潛在生態風險較高

處于第二松花江中下游區域的沉積物，其重金屬含量目前已達到中等偏強的生態風險等級，且主要為Cd以及Hg。長江口表層水體內存在的類金屬以及重金屬，就采樣點位來看，重金屬含量相對較低，但仍有潛在風險存在。香港重點河流，基本都面臨生態危害，有個別區域目前的生態危害已相對較強。此外，水量、季節的變化等，也都會導致水環境內重金屬含量產生變化。

2、水環境中重金屬的檢測技術方法研究與發展

因為不論是人體、還是環境，都將因重金屬元素受到影響，所以檢測重金屬工作就顯得極為關鍵。當前，對重金屬進行檢測的方法主要有：電化學法、光譜法等。

2.1電化學分析法

結合電極上、溶液內物質的化學性質，由此形成的一種分析方法，即為電化學分析法。結構簡單、小巧、操作便捷，都是該方法的主要優點，能夠進行連續、自動化分析，分析方法較為準確、便捷[4]。具體方法包括如下：

2.1.1伏安法和極譜法

結合電解過程，不論是極譜法、還是伏安法，都可對流-電位、電位-時間曲線進行分析，其區別在于：前者運用的是表面可周期更新的滴汞電極、后者則為表面無法更新、固體電極等液體電極。伏安法內還包括了吸附溶出、陰極溶出伏安法等，其檢測下限極低，這也是伏安法的主要優勢，能夠在現場、在線運用，同時也可實現多元素識別[5]。

2.1.2電位分析法

若此時的電流為零，電位分析法可對電池的電極電位、電動勢等進行測定，由此結合濃度以及電極電位的關系，實現物質濃度的測定。該方法的優點較多，如試樣需求較少、較好的選擇性，同時不會破壞試液，因此在分析珍貴試樣時，較為適用。這種方法能夠實現快速測定、操作相對簡單，因此連續化、自動化也可實現。

2.1.3電導分析法

結合對溶液電導值的測量，獲得其中離子濃度的方法，即被認為是電導分析法，大致可分為兩種，分別是電導滴定法以及直接電導法。其優勢在于便捷、快速，后者的靈敏度相對較高，缺點則是電導值的測定，為所有電導的總和，而不能對其中具體離子的含量進行測定和區分，由此影響選擇性。

2.2光譜法

2.2.1原子熒光光譜法

其原理在于，原子蒸氣對特定波長的光輻射進行吸收，由此得以激發，當原子被激發以后，結合該過程發射出特定波長的光輻射，即原子熒光。在相應的實驗條件下，不論熒光類型是什么，其輻射強度均與被分析物質的原子濃度為正比關系，按照波長分布可開展定性分析。這種方法的選擇性較強、靈敏度相對較高，方法相對簡單。其欠缺之處在于，應用范圍并不廣泛，因為許多物質的熒光產生，需要結合試劑加入才能實現[6]。另外，還需要深入的對化合物結構、熒光產生過程的關系進行探究。

2.2.2原子發射光譜法

結合電激發、熱激發之下，試樣內的不同離子、原子發射特征的電磁輻射，而開展的針對元素的定量、定性分析的方法，即為原子發射光譜法。其優勢在于，有較好的選擇性、分析速度相對較快，隨待測元素的多少，會對準確度存在影響。其缺陷在于，設備相對昂貴，而如硫等非金屬元素，則無法較為靈敏的加以分析。一般以元素分析為主，但就樣品內上述元素的化合物狀態，則無法確定。

2.2.3原子吸收光譜法

以蒸汽相內被測元素的基態粒子為基礎，測定原子共振輻射的吸收強度、被測元素含量的一種方式，即為原子吸收光譜法。火焰原子吸收光譜法的檢測限可達到10-9g/L，石墨爐原子吸收光譜法的檢測限可達到10-10～10-14g/L[7]。此種方式的優勢在于：良好的選擇性、較高的準確性、易于消除、干擾相對較少；缺陷則在于：無法直接對許多非金屬元素加以測定，對一種元素分析之后，就需要對元素燈進行更換，對不同元素的測定，則需要對不同的元素燈進行更換，無法完成同時對各類元素的測定，若試樣相對復雜，則會產生嚴重干擾，儀器較為昂貴。

2.2.4電感耦合等離子體光譜法

在當前應用的AES光源中，應用最為廣泛的當屬電感耦合等離子體光源。對比上述方法來看，這種方法具備如下優勢，干擾相對較少、分析速度相對較快、較寬的線性范圍，能實現多種被測元素特征光譜的同時讀取，此外還可以對多種元素同時進行定量、定性分析。其缺陷在于，操作以及設備費用相對較高，就部分元素而言，也不存在顯著優勢。

2.2.5質譜法

通過對待測物質進行分子到帶電粒子的轉化，結合交變電場、穩定磁場的利用，讓上述粒子可結合質量大小的順序排序，并對此進行分離，形成具備一定規則，同時能夠檢測的質量譜，即為質譜法。和其他方式對比來看，這種方法具有如下優勢：動態范圍相對寬泛、分析精密度相對較高、可同時對多種元素進行測定，其能夠精確的對同位素信息進行提供[8]。但是，這類儀器的造價相對過高，就目前而言，本方法的應用依然以研究領域為主，并且，在預處理檢測樣品方面，步驟相對較多，對儀器自動化帶來了諸多困難。

此外，包括生物傳感器、酶抑制法等相關檢測方法，伴隨著檢測技術的逐漸發展，也在檢測水環境重金屬方面，發揮了越來越關鍵的作用。

3、結論

重金屬污染能夠不斷富集，并最終對動植物、人體以及環境產生一定負面影響，具備潛在的危險性，因此這也是一個不容忽視的問題。工業污染是重金屬污染的主要來源，企業的排放要達標，管理要嚴格，最為關鍵的是當前國家的管理機制尚未健全，仍需繼續完善。在水環境監測工作方面，重金屬檢測工作能夠為此提供一定依據。近年來，伴隨著多種分析儀器的開發，重金屬檢測也逐步體現出準確性、靈敏度高等優勢。各類檢測方法都具備各自的特點以及適用的范圍，如電感耦合等方法，具有較高的靈敏度，能夠在幾乎所有重金屬檢測方面運用，但就處理樣品以及檢測進程來看，相對復雜，因此若想實現在線、現場檢測，則相對困難，不論是使用儀器、還是安裝設備，都具有較高要求。

參考文獻

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[2]賀志鵬，宋金明，張乃星等.南黃海表層海水重金屬的變化特征及影響因素[J].環境科學，2008，29（5）：1153-1161.

[3]黃智偉.表層海水重金屬的變化特征及影響因素[J].基礎科學，2014，3（下）.

[4]方惠群，于俊生，史堅.儀器分析[M].北京：科學出版社，2002，66.

[5]白燕，李素梅，周艷輝等.電分析化學進展[M].西安：西安地圖出版社，1999.

[6]吳晉霞.原子熒光法測定環境空氣和肺氣中As、Hg、Sb、Sn國家標準制定研究[D].新疆大學，2011.

[7]楊柳.濁點萃取-火焰原子吸收光譜法測定痕量金屬元素的研究[D].湘潭大學，2007.

[8]韓梅，賈娜.電感耦合等離子體質譜法測定水中鈾、釷[J].廣東化工，2009，36（199）.

第9篇：無線環境監測范文

隨著市場經濟的發展，原有的環保監測手段已經無法滿足現實需求，特別是無法滿足環保局的需求。環保局作為重要的環境監督場所，需要采用先進的技術，并對其進行更新，才能更好的滿足環保需求。因此，必須對不能滿足環保局需求的環境監測系統進行改進，以便更好的滿足環境需求。環保局如何更好的應用環境監測系統，已經成為環保局工作的重點。

一、環保局環境監測系統實施中出現的問題

1.環境監測系統中壓縮傳輸和處理問題

環保局環境監測系統是由大量相連的微型傳感器節點構成的傳感網絡，不僅能對高精度數據進行搜集，同時也能克服人工監測效率低、不準確的缺點。但是隨著傳感器的逐漸增多，相應節點在采集、輸送處理數據過程中常會出現一些故障，特別環保局環境監測系統在傳送突發事件時，相應數據的存儲、壓縮、檢索及實時反映等會給環保局檢測系統帶來無法避免的問題。傳統數據的壓縮方法是很難兼顧壓縮效率和信號保真度的，再加上XML自身描述性對監測系統中大量的性能低，使得相應數據無法達到精確需求。從中可以看出，壓縮傳輸和相應的處理是監測系統中的重點、難點。

2.環境監測系統無線監測、傳輸問題

隨著環境的不斷變化，環保局對監測手段提出了新的需求，不僅要求其能對數據進行動態監測、采集和預測，還要其能數據進行相應的分析管理。但是傳統的環境監測手段是以固定電話的方式進行有線通訊，不能對遠距離的監測點進行實時監測、數據采集及無線通訊傳輸。雖然現在環保局對數據監測、數據收集傳輸進行了研究，但卻只限于對無線通訊技術、GIS的獨立應用進行研究要想更好的實現環保局實時監測、數據采集和通訊傳輸，就應該對在此基礎上發展更多的業務，以保證環保局工作的順利進行。

3.環境系統遠程監測問題

我國是多物種國家，生物具有多樣性，其分布的地域不同，受環境因素的影響相對比較明顯，這就需要對相關環境信息進行監測。傳統的環保局環境監測系統一般都是以模擬傳感采集數據為主的，其是通過A/D進行轉化的，并將總線接入PC機，以實現現場監測。這種環境監測系統數據采集方式無法滿足地點比較分散、布線比較困難的區域。再加上傳統環境系統采用是多復用技術，其主要是用硬件實現傳感器接入的，在實施的過程中，常會出現一些問題。其輸出的準確度會因內部的阻抗而下降，也可能因為傳感器接入時的交換，而出現相應問題。在這種情況下，就應該對遠程環境監測進行相應的研究，以促進環保局工作的順利進行。

二、改進環保局監測系統實施的措施

1.解決壓縮處理問題，保證數據的準確性

要想解決壓縮數據問題，就要對需要壓縮的數據進行分析，就應該在系統中使用FAST協議，并對系統中的數據進行高效壓縮處理，并實現實時傳輸處理。FAST協議與XML協議都是協議，都為數據流編碼協議，其核心是一種數據壓縮算法，主要功能是對相應的消息進行處理、存儲和傳輸，再加上其容量較高，數據傳輸性能相比較穩定，能保證環保局環境監測系統數據傳輸的穩定性和準確性。在使用FAST協議的時候，可以對系統的域級進行操作，以減少數據流中較長的信息，并傳輸編碼序列化數據，使域的長度和相應字段分隔流等結構進行自身描述，可以將環保局環境監測系統中壓縮的數據以TCP進行相應的傳輸，并由控制層對會話、初始化、結束及相應錯誤報告進行控制，以減少數據壓縮效率低和信號精確度低問題。

2.解決無線監測和傳輸問題，為環境決策提供依據

隨著技術的發展，以SMS、CPRS為基礎的無線通訊技術已經開始在環保局及環境監測系統中使用。在環境監測管理中，也采用了可視化管理分析預測GIS技術。但是這些并不能從根本上解決數據監測和傳輸問題，在此基礎上，還應該發展一種基于GIS的短信業務、GPRS的環境系統方案，并建立無線通訊技術SMS及GPRS對相應監測數據進行無線傳輸，服務器的端會對無線傳輸數據進行處理，并將相應的內容顯示在系統屏幕上，通過GIS空間數據功能對相應的數據進行可視化分析，再通過相應協議對遠程數據進行實時控制，以實現對污染源的分析決策。

3.解決遠程環境系統監測問題，實現遠程控制

隨著網絡化的發展，特別是通訊技術的發展，我國利用公共網絡已經實現的遠程通訊。基于公共網絡的的通訊技術在環境系統中應用，實現了遠程通訊控制，其優勢是投資少、成本低，可靠性高、免維護等特點，能夠更好的解決環保局環境監測和數據傳輸問題。為了更好的解決復用技術和傳感器問題，可以利用嵌入式系統進行管理，可以以管理任務多的特點，就應該將傳感器作為一個新任務進行管理，以實現相應效果。這種傳感器是一般是以溫度、濕度及二氧化為基礎的數字傳感器，其可以實現遠程，并在傳輸過程中將相應的數據打包，按照相應的定義格式進行分析處理，并將遠程數據存在數據庫中，為環保局研究相關數據提供依據。

四、結束語

環保局不僅要對空氣、水體、土壤、生態進行監測，還要對噪聲余振東、固體廢棄物及核輻射進行監測。在這種情況下，環境監測系統必須具備數據采集、傳輸功能，特別是遠程采集和傳輸功能。在此基礎上，還要對相應的數據進行管理分析，一旦發現問題，可以及時解決，以保證環保局工作的順利進行。

參考文獻：

[1]段振華.吳寧, 朱吉.無線多媒體環境監測系統的設計與實現[J].計算機與數字工程.2011.(02).