【中國環保在線 應用方案】“智慧環保”是“數字環保”概念的延伸和拓展，它是借助物聯網技術，把感應器和裝備嵌入到各種環境監控對象中，通過超級計算機和云計算將環保領域物聯網整合起來，實現人類社會與環境系統的整合，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策。國外的環保智慧化建設起步較早，如紐約哈德森河的重生、佛羅里達海洋研究組織建設的富營養化監測平臺等從方案創新、技術應用、管理機制等方面都具有很好的借鑒意義。
　　　　虛擬數字河流：哈德森河的重生
　　
　　紐約曼哈頓有一條哈德森河，北起阿迪龍達克山區,綿延500公里南下,在紐約港入海。哈德森河曾經是人們心中富饒的果籃子、菜籃子，十九世紀中期，如畫的風景和便利的交通,吸引了很多紐約富商來河谷兩邊的山上修建度假的宅邸。然而后來，居民造成的下水道污物的沉積以及大型工廠倒入的有毒化學物質，致使這條河流受到了嚴重污染。
　　
　　上世紀八十年代，環保主義熱潮涌起，為了恢復哈德森河的生態系統，紐約州政府發起了一個“新一代的水資源管理計劃”。他們在河的全程都安裝了傳感器，一些傳感器甚至高達2米。這些傳感器把各種各樣的物理、化學、生物數據包括河流的鹽度、濁度、葉綠素和顆粒物粒徑等信息，通過網絡實時傳遞到后臺的計算中心區。數據像流水一樣不間斷地生成，不間斷地被處理，并與歷史數據進行比對。
　　
　　后臺的計算中心區分為三個環節，首先是數據傳輸，傳感器將從河中與周邊環境收集到的數據以實時連續的方式傳送給系統管理層。然后，河流的不同類型數據被清洗，后臺通過消除數據的異源性，使關于哈德森的數據一致化，并具有互通性，后在分析管理平臺對這些數據進行可視化的展現。在科學家的電腦顯示屏上，各種數據匯成了一條虛擬的哈德森河，流水何時被污染，化學、物理、生物成分發生了什么變化，一看便知。接下來數據科學家便可利用這些處理過的信息建模模擬一個哈德森河的環境模型和治理方案，評估不同的治理和人類干預對于哈德森環境的多方影響，以保證在實際治理時的效果。
　　
　　經過多年的努力，哈德森河已逐漸恢復其清澈的水質和優美的環境。現在每年的父親節周末，都有一個持續兩天的環保音樂節——清水節(ClearwaterFestival)來慶祝哈德森河的重生。
　　
　　MARVIN：富營養化監測平臺
　　
　　美國佛羅里達海洋研究組織建設了一個簡稱為MARVIN的傳感平臺，目標主要是根據有害藻類富營養化相關水質變化提供即時的水質信息，監測項目包括pH值、溶氧量、水溫、導電度、葉綠素濃度、濁度、硝酸鹽及磷酸鹽、水位、水流速與方向、水中光合輻射光能以及全光等。這些傳感器同時安裝在一個浮舟之中，并搭載了一個氣象塔，負責監測包括風速與風向、氣溫、相對濕度、氣壓及降雨量等項目。
　　
　　MARVIN的信息傳輸方式是利用傳感器收集監測數據信息后，通過天線傳送訊號至衛星及手機等界面，提供遠程信息的獲取。MARVIN平臺通常每小時取樣兩次，然后每小時或每三小時通過衛星將數據回傳。
　　
　　MARVIN平臺需要每兩周進行一次人工維護，維護人員會采用傳統的采樣和分析方法收集數據，用于校正在后處理過程中的MARVIN平臺數據。MARVIN數據還可以幫助建模人員觀察水流循環和克盧薩哈奇河生物系統、幫助船長及應急管理人員及時了解實時水質情況、幫助游人預測赤潮是否會出現、幫助搜救隊了解水流能見度、幫助學生學習生物圈的有關知識等。
　　
　　CitySense：城市監測傳感網絡
　　
　　CitySense是由美國國家自然科學基金會資助，由哈佛大學和BBN公司聯合開發出的，可以報告整個城市實時監測數據的無線傳感網絡項目。
　　
　　CitySense通過在美國馬薩諸塞州劍橋市的路燈上安裝傳感器，利用路燈的電力供應系統作為傳感器運行時的電力能源，解決了電池壽命對于無線傳感網運行的限制，有利于長期環境監測試驗。每個節點都含有一個內置PC機、一個無限局域網界面，利用WiFi無線網絡技術，將監測信息回傳到監測中心，監測信息包括壓力、溫度、相對濕度、風速、風向、降雨量、降雨強度、CO2、噪聲，之后為用戶提供CitySense網站信息查詢。
　　
　　CitySense通過把每個節點同相鄰的節點相連形成網狀，將分散在城市各處的遠程節點和位于哈佛大學和BNN的中心服務器連接。在這一網絡中利用一個1英里射程的小無線電裝置，任何一個節點都可以從遠程服務器中心下載軟件或上傳傳感器數據。另外，根據微軟公司提供的VirtualEarth和SensorMap技術，網站的數據資料將覆蓋到地圖上。民眾及學者可通過網站追蹤污染物擴散情形，進行長期監測，研究空氣污染的解決方案。
　　
　　哈姆濱湖城：電腦控制輸送垃圾
　　
　　哈姆濱湖城陸地面積1.6平方公里、居民1.8萬，曾經是個舊工業區，近年成為瑞典斯德哥爾摩大的近郊發展項目，目標是打造成為未來城市發展的典范。
　　
　　在哈姆濱湖城，人們能看見一排電子垃圾桶，分別用于接收食物垃圾、可燃物垃圾以及廢舊報紙等不同類別的垃圾。這些電子垃圾桶通過各自的閥門與同一條地下管道相連，閥門分別在每天自動打開兩次，不同類別的垃圾進入地下管道，并以每小時70公里的速度被輸送到遠郊，在電腦的控制下自動分離并輸送到不同的容器里，按需要循環利用。整個過程都是通過電腦控制，提高了垃圾傳輸和處理速度，以及再利用效率。
　　
　　RecycleBank：垃圾回收獎勵計劃
　　
　　2007年，通過利用創新的RFID技術，美國的RecycleBank為社區民眾創造了一種應對廢物收集成本上升的環保解決方案。RecycleBank為各家庭裝備了簡化回收工作的工具，同時還為家家戶戶提供了可測量廢物回收量的技術。實行垃圾回收獎勵計劃，激勵消費者積極參與廢品的回收。一個家庭垃圾回收的越多，所獲得的RecycleBank紅利積分也越多。這些積分可以用來購買產品和享受社區優惠。
　　
　　該計劃將低頻RFID標簽貼在實物回收箱上，同時將RFID讀寫器安裝在回收卡車的稱重裝置上。讀取之后的數據發送給回收車上的內部計算機并進入RecycleBank的安全數據庫。收集后的數據接著會上傳到RecycleBank的數據收集和處理系統。
　　
　　方案實施后，社區居民垃圾回收的熱情大漲，社區環境有了很大改善。試點成功后，RecycleBank將這一系統擴大到了9個州，獲得了巨大成功。比如，在一周內，新澤西州的櫻桃山鄉鎮因為采用這項計劃，其廢物的回收率達到了135%。計劃施行前，每個普通家庭每周回收的物品約是十二磅，現在已經超過26磅；通過使用RecycleBank的計劃，特拉華州威爾明頓市廢物回收率在短短6個月內從0%提高到了37%；新澤西州艾爾克鎮在采用系統之前每周回收的廢物量平均為16噸，現在回收量已多達42噸，增長率為136%。
　　
　　HiTemp項目：研究熱島效應
　　
　　英國伯明翰大學主導了一個名為HiTemp的環境項目，在伯明翰城區內部署了250個環境溫度感測裝置以及30個自動氣象站。它們通過無線或有線方式接入互聯網，實現數據互聯互通。研究人員說，這是密集的環境監測網絡，用于研究城市熱島效應。通過無線和有線網絡，這些設備收集的數據能夠實時傳回大學的服務器進行分析，并與有關部門實時共享。
　　
　　此次研究旨在未來能將這些技術運用到更廣泛的環境監測項目上，包括監測空氣污染、二氧化碳排放等，為綠色城市規劃提供更有針對性的數據參考。
　　
　　穿戴式傳感器：監測噪聲和空氣
　　
　　法國Sensaris公司研發出一種穿戴式無線傳感器，可配戴在手腕上。這一傳感器結合定位系統(GPS)，在其中裝置藍牙傳輸設備，由裝有藍牙的手機接收傳感器的監測信息，然后再借助手機上網功能，將信息上傳至當地的中央服務器。因此，無論是行人，還是騎自行車者，都可使用這套設備，這一設備可以讓公眾監測并匯報噪聲和空氣質量信息，通過互聯網即時將新資訊分享給各使用者。
　　
　　目前此傳感器提供了噪聲和臭氧的監測功能，已大規模地部署在巴黎地區，以建構即時的污染地區地圖。未來Sensaris計劃增加其他空氣污染物的監測，包括一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物。
　　
　　EnevoOne系統：遠程監視垃圾箱
　　
　　城市中垃圾箱處處可見，然而對垃圾箱的管理還處于純人力狀態。歐洲一些國家地廣人稀，對垃圾箱的管理尤其耗時耗力。有時候垃圾箱滿了，卻得不到及時清理。有時候清潔車大老遠開來，垃圾箱里面卻是空空如也。有時候煙頭倒入垃圾箱，導致垃圾焚燒，惡臭難擋。
　　
　　為解決這些問題，芬蘭一家公司開發了一個基于超聲波傳感器的廢物回收系統EnevoOne。傳感器將收集到的垃圾箱和垃圾回收地的數據通過低功耗的LoRa網絡傳輸到數千米外的LoRa基站，再傳送到服務器。通過分析這些數據，垃圾管理者能更直觀了解轄區內各個垃圾桶的填充狀態，為清潔的車輛規劃佳的回收路線，從而節省環衛機構的運營成本。
　　
　　據統計，通過減少不必要的垃圾回收造成的車輛燃油和人工費用，這一系統大約能幫助環衛機構減少20%-40%的運營成本。此外，EnevoOne還能實時監控垃圾桶內的溫度或異動。目前，EnevoOne系統正在北美及歐洲幾十個國家推廣。
　　
　　西班牙：空氣質量及污染監測網
　　
　　OSIRIS是歐盟GMES(GlobalMonitoringforEnvironmentandSecurity)下的一個綜合計劃，是歐洲對環境進行有效管理的一套綜合信息基礎架構。它通過部署完善的感測網，運用現場實地監測的感測系統，達到監測與防災的效果。OSIRIS涵蓋現場監測系統、資料整合和信息管理、服務三階段流程。OSRIS針對空氣質量及污染、地下水污染、森林火災和工業建筑火災4種情境進行了實驗。
　　
　　以空氣質量傳感網為例，可分為空氣質量監測和空氣污染監測兩種情境。這一模擬示范區為西班牙Valladolid市，空氣質量監測通過9個固定式空氣質量監測站(安置于大樓頂端)監測CO、CO2、NO、NO2、O3以及氣象因子，通過安置于公交車頂端的傳感器移動監測NO、NO2等濃度和噪聲污染。在適當時間將監測數據以無線技術傳輸至監控中心，與附近固定式氣象站信息結合，進行后續污染物擴散模擬預測分析，并且將資料集成后以圖形的方式呈現在地圖上，作為決策單位的預警系統。
　　
　　空氣污染情境則是在Valladolid近郊進行模擬。當運載有毒化學品的列車發生翻覆事故，造成有毒物質擴散，一旦接到報警，OSRIS會派出帶有傳感器的微型無人空中飛行器前往事發地點上空進行大氣污染物采樣，無人空中飛行器將通過地面控制站和OSRIS系統與監控中心溝通并傳送信息，同時收集即時影像及氣象信息供擴散模擬組進行分析，生成產生有毒氣體擴散的時空模擬圖，以便監控中心評估災情程度以及確定需疏散的地區。
　　
　　無人機隊：監督亂丟垃圾
　　
　　今年4月，迪拜市政府的垃圾管理部門部署無人機機隊，在全市范圍內監督亂丟垃圾的行為。這些無人機將在垃圾站、海灘，以及沙漠露營地等場所監督亂丟垃圾的人。
　　
　　在迪拜，關于禁止亂丟垃圾的法律非常嚴格。如果某人屢次在街頭亂丟煙頭，可能會被處以數百美元的罰款。街頭隨地吐痰可能也會招致高額罰款。迪拜垃圾管理處負責人表示：“這些無人機帶來的大幫助在于幫我們節約時間。我們不再需要派出市政人員上街巡邏，無人機可以在短時間內迅速飛到各個地點，向我們提供數據和高清照片。”
　　
　　NUSwan系統：監控水庫水質
　　
　　目前水庫的水質監控主要依靠固定的在線監測站，只能通過小船的航行來劃定監測范圍，其監測范圍有限，或者采用手動原位測量技術，這種技術又非常消耗時間。為解決這一問題，新加坡國立大學的一個科研小組研發了一種智能化機器平臺來對水庫水質進行實時監測。這個平臺叫做“NUSwan（smartwaterassessmentnetwork）”，它的外形是一只白天鵝，會在水庫水面上行駛且無人駕駛，自動監測水質。
　　
　　NUSwan在選擇監測點時會自動設定一條路線，收集到的數據會實時傳輸到指揮中心并發送給操作人員，根據這些數據，操作人員會對NUSwan的運行進行遠程遙控并加以調整。該系統的典型操作是在目標流域內對三個NUSwan機器人進行管控，使其對目標水體進行協作取樣。通過羽毛感應梯度變化，可以更分析流域水體中營養物的分布。
　　
　　NUSwan系統也可以用于其他監測平臺。例如，將NUSwan和水下機器人結合應用，可以了解水庫中不同深度的水體情況，還可以與水面浮標監控系統相結合，以擴大監控的覆蓋面積。NUSwan系統攜帶有傳感器，可以監測葉綠素-a、溶解氧、濁度、藍綠藻等參數，也可以再增加其他傳感器，以擴大應用范圍，例如水體監督、污染源追蹤、甚至可以用作早期預警以及決策系統。
　　
　　PermaSenseProject：監測阿爾卑斯山
　　
　　通過物聯網中無線感應技術的應用，PermaSenseProject項目實現了對瑞士阿爾卑斯山地質和環境狀況的長期監控。現場不再需要人為的參與，而是通過無線傳感器對整個阿爾卑斯山脈實行大范圍深層次監控，包括：溫度的變化對山坡結構的影響以及氣候對土質滲水的影響等。
　　
　　參與該計劃的瑞士巴塞爾大學、蘇黎世大學與蘇黎世聯邦理工學院，派出了包括計算機、網絡工程、地理與信息科學等領域專家在內的研究團隊。據他們介紹，該計劃所搜集到的數據可作為自然環境研究的參考，同時，經過分析后的信息也可以作為提前掌握山崩、落石等自然災害的事前警示。
　　
　　澳大利亞昆士蘭：“智慧橋”的實驗
　　
　　在澳大利亞昆士蘭，通過在一座大橋上安裝各種各樣的傳感器，不僅可以告訴城市管理者橋上有多少車、車的重量是多少、車的污染是多少、車是新車還是舊車，還可以告訴人們這輛車對這座橋整個混凝土的結構帶來多大的壓力。由此，交通管理部門可以進行實時評估，獲得這座橋結構強度的數據，一旦壓力超出了所設定的極限值，交通管理部門就可以獲得警報，及時發現。
　　
　　小結
　　
　　隨著物聯網技術發展，國外在環保智慧化方面有了很多探索和創新。在我國，2011年10月，國務院發布的《國務院關于加強環境保護重點工作的意見》也明確提出要通過“加強物聯網在污染源自動監控、環境質量實時監測、危險化學品運輸等領域的研發應用，推動信息資源共享”，從而全面提升環境保護的能力。
　　
　　發展以物聯網為代表的新一代信息技術有利于加快經濟發展方式轉變，對國民經濟發展意義重大，開展物聯網研究和建設逐漸成為我國政府和社會的共識。物聯網成為推動環境管理升級、培育和發展戰略性新型環保產業的重要手段，到底應該怎樣具體應用，國外的經驗或許可以給我們帶來啟示。
　　
　　原標題：國外智慧環保有哪些具體應用案例？