生态监测技术

生态监测技术（精选十篇）

生态监测技术 篇1

1 生物传感器 (Biomakers)

生物传感器是生物监测技术的重要组成部分, 能够对生命机体的各种各样的反应做出感应, 是一种利用化学原理进行工作的特殊的传感器。使用传感器的特殊分析装置进行相关信号导向, 并对分析物的浓度比例进行组合, 利用生命机体传感元件的特异性进行传感工作。与其他类型的传感器不同, 生物传感器主要是利用生物机体自身的反应, 将生物的主要功能性质作为传感工作的基础, 利用生物机体中的敏感材料进行生物技术操作, 并结合微电子技术对生物反应数据做出监测、统计、控制、调整。而将这种传感器应用于环境监测工作中, 能够有效提高监测工作的效率与质量。

1.1 工作原理。

通过对生物机体进行监测, 在生物体内的酶、核酸、蛋白质、抗体等生物组成部分和待测对象相互作用发生反应时, 利用电子技术检出待测对象, 并将待测对象所反应出的信息转化成为能够用于测量观察的电子信号。

1.2 种类。

由于生物传感器进行工作时利用的传感元件及生物机体内的敏感材料不同, 所以生物传感器也可以进行进一步分类, 常见的生物传感器有以下几种:

酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器、免疫传感器、DNA传感器。

1.3 在环境监测中的应用实例。

因为生物传感器的特殊功能, 将其应用于环境监测工作中, 能够有效提高监测工作的效率与质量, 因此应用得越来越广, 各种生物传感器在不同领域的实际应用中都其代表性的案例。

1.3.1 BOD生物传感器。

这类传感器属于微生物传感器。BOD生物传感器以微生物的单一菌种或混合菌群作为BOD微生物电极。由于水中BOD物质的加入或降解代谢的发生, 导致水中的微生物内外源呼吸方式的变化或转化, 藕连电流强弱信号的改变, 在一定条件下传感器输出的电流值与BOD的浓度呈线形关系。用于制作BOD生物传感器的微生物主要有酵母、假单胞菌、芽孢杆菌、嗜热菌以及混合微生物种群, 未来的BOD生物传感器可能使用半导体装置, 使传感器小型化并一次性使用。有研究人员分离了2种新的酵母菌种SPT1和SPT2, 并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量BOD, 其重复性在以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中BOD的测定, 其测量最小值可达, 所用时间为5 min。还有一种新的微生物传感器, 用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料, 在高渗透压下可以正常工作, 并且其菌株可长期干燥保存, 浸泡后即恢复活性, 为海水中BOD的测定提供了快捷简便的方法。

1.3.2 酚类生物传感器。

这类传感器属于酶传感器。对于酚类化合物的检测有着突出效果。当所检测对象的酶属于酚氧化酶或者过氧化氢酶时, 在检测过程中被测对象的电极表面 (生物内部离子上的电极表面) 的酚分子被氢元素或者过氧化氢分子所氧化时, 利用酚类化合物将其还原, 这时酚类化合物会转化为酚自由基或者苯醌。

在这个过程中产生的化学产物一般都具有很强的电化学活性, 在保持电位处于甘汞电极 (SCE) 0V (相对饱和的甘汞电极) 以下时可以通过还原反应进行还原, 而还原电流, 随着测试所用的溶液中含有的酚类化学化合物浓度的变化成正比变化。由于这种传感器的特殊性质, 能够高精确度的对复杂的环境对象进行科学检测, 有效保证检测的效率与质量。

1.3.3 生物传感器用于检测有毒有害物质。

生物传感器由于工作原理的特殊性, 能够对某些对生物体有危害的毒害物质进行有效分辨。因此能够用于有毒有害物质的检测工作, 对杀虫剂、漂白剂、重金属等毒害污染物可以进行有效检测。

例如:经过研究可以发现, 乙酰胆碱酯酶生物传感器可以用于杀虫剂的检测工作, 并且检测效果最好, 操作简单, 仅需将生物传感器放于环境测量对象中, 便可测量出杀虫剂的污染程度。

2 生物芯片 (Bioships)

生物芯片是一种通过微加工技术和微电子技术将生物探针分子 (寡聚核苷酸、c DNA、基因组DNA、多肽、抗原、抗体等) 固定在硅片、玻璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固相介质表面而构建的微型生物化学分析系统, 可以对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分进行准确、快速和大信息量的检测。

在环境监测和环境保护上, 可以利用生物芯片快速检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、动植物的污染和危害。在环境监测方面的应用主要有:水质控制、检测药物、食物添加剂或化学物质毒性以及环境中有害细菌的监测。利用生物芯片技术能够同时快速地检测多种环境中的常见致病菌。

3 生物免疫检验 (Biology Immuno Test)

生物免疫检验是利用特定的生抗原或抗体反应, 检验分析环境物质的生物毒性。该方法具有灵敏、特异、快捷、实用和经济等优点, 而被广泛应用于环境污染物的监控。其中以酶联免疫吸附法试验应用较广。

酶联免疫吸附法 (Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay, ELISA) 的基础是抗原或抗体的固相化及酶标记, 结合在固相载体表面的抗原或抗体仍保持其免疫学活性, 酶标记的抗原或抗体既保留其免疫学活性, 又保留酶的活性。在测定时, 受检标本与固相载体表面的抗原或抗体起反应, 通过洗涤使固相载体上形成的抗原抗体复合物与液体中的其他物质分开, 再加入酶标记的抗原或抗体, 也通过反应而结合在固相载体上, 此时固相上的酶量与标本中受检物质的量呈一定的比例。加入酶反应的底物后, 底物被酶催化成有色产物, 产物的量与标本中受检物质的量直接相关, 故可根据呈色的深浅进行定性或定量分析。由于酶的催化效率很高, 间接地放大了免疫反应的结果, 使测定方法达到很高的灵敏度。

结束语

人与自然和谐相处, 是人类社会发展想要达到的理想状态, 这就需要人类意识到环境保护的重要性。同时在科学技术迅速发展的今天, 将科学技术融入到环境保护工作中, 提高环境监测的技术水平, 是环保工作质量的保证。将生物监测技术应用到环境监测工作中, 利用生物系统的特殊性结合科学有效的技术设备, 保证检测的准确规范。在社会主义现代化社会的建设过程中使用科学系统的环保措施, 结合实际情况有针对性的进行治理与保护, 做到有效的控制环境污染, 才是推进社会文明发展关键, 有利于落实可持续发展战略, 提高国家的综合实力。

参考文献

[1]王兰粉.搞好生态监测为建设生态文明服务[J].今日科苑.2010 (8) .

生态监测技术 篇2

华南热带作物区是我国主要的`热带作物区,尤以海南岛最为重要.海南特殊的地理位置和独立的地理单元,使海南的生态系统具有明显的脆弱性,一旦遭受破坏将难以恢复,而且海南目前部分局部地区已存在着土地沙化、热带雨林退化等生态环境问题.而生态环境状况的好坏对实现海南的可持续发展战略具有重要的意义.

作 者：丁式江 陈显尧 陈颖民 吴国爱 作者单位：丁式江,陈颖民,吴国爱(海南省地质矿产勘查开发局)

陈显尧(北京三联计算机技术公司)

生态监测技术 篇3

【关键词】遥感技术Landsat；TM卫星遥感影像；室内解译；野外实际核查

由于生态环境的监测与评价具有长期性、实时性、综合性和周期性等特点，大范围的、实时监测的生态环境数据是必不可少的，利用遥感技术实现生态环境质量的监测与评价，可以克服传统生态监测技术与方法的范围小、信息量不足等缺点，实现对生态环境质量评价各要素的综合、动态、实时监测，获取丰富全面的信息，实现生态环境的空间信息与属性信息一体化分析与综合处理的功能，提高生态环境质量监测与评价的精度。本文以营口市生态环境监测与评价工作过程为例，说明遥感技术在生态环境监测与评价中所起到的主要作用。

1.生态遥感监测技术

1.1生态遥感监测的主要内容

生态遥感监测的主要内容包括遥感信息定量化提取和自动分类或人机交互式信息提取、数理统计。遥感信息定量化提取地表物理部分包括地表温度、土壤含水量、地表蒸散量和地表反照率，生物物理部分包括归一化植被指数植被覆盖度、初级生产力；自动分类或人机交互式信息提取、数理统计包括土地利用覆盖，景观格局和土地退化相关信息的提取和数据统计。

2.Landsat TM卫星遥感影像的处理

2.1遥感影像准备工作

2.2.1影像的選取与购买

本次生态监测所选取的影像要求实相为5-10月间，云量小于10%的遥感影像；购买可向地面站提出申请，进行购买。

2.2.2遥感影像的导出

我们购买的原始遥感影像数据是dat格式的，无法直接判读，需将数据利用ERDAS IMAGINE遥感图像处理系统软件转化成img格式的，用来判读。

2.2.3波段的分离与合成

利用ERDAS IMAGINE软件导出的是七个波段的影像，在我们本次生态环境监测与评价中需要4、3、2三个波段的数据均可满足要求。为了减少数据储存空间和提高计算机的运行速度，再此进行波段的合成与分离。

2.2影像的几何校正

2.3.1影像纠正的定义

指以相机几何参数、卫星姿轨、地面控制点和地理高程等数据为基础，建立从相机到地球地图投影的转换模型，将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影系统的过程。几何校正包括系统几何校正、几何精校正和高程校正，分别对应2、3、4级产品。

2.3.2影像纠正的目的

原始遥感图像通常包含严重的几何变形，几何校正的目的就是要纠正系统和非系统因素引起的图像变形；将精确的地图坐标赋予图像，用于精确的测量面积、方位和距离或作为进行严格的地球科学遥感研究的基础。

2.3.3影像纠正的流程

利用ERDAS IMAGINE软件进行图像校正，其流程包括显示图形、启动几何校正模块、采集地面控制点、计算转换模型、图像重采样、检验校正结果。

3.矢量图层解译和野外核查

3.1矢量图层解译

矢量图层解译工作是对经过处理的遥感影像通过地理信息系统（arcgis）软件进行数据化处理，从而将影像化的图像转化成数字化的图层，有利于对地面信息的提取和数理统计。本次营口地区生态监测与评价工作主要是利用数字化图层提取当年的土地利用现状和与较上一年的动态变化数据信息，用于反应营口地区的土地利用现状和变化情况说明，为下一步的生态环境评价工作提供数据信息。本次生态监测工作主要是通过对影像图进行数字化处理，提取了营口市区、大石桥市、盖州市的农用地、建设用地、林地、草地、水域、未利用地的面积和较上年的变化情况。

3.2野外核查

野外核查工作是对矢量图解译工作的一项补充调查，影像解译过程中难免的因为影像的质量，云层的遮挡，和解译人员的专业水平等造成的对部分解译信息的不确定性，就需要在地图上采取坐标信息，去野外实地调查，来确定解译信息，野外核查和室内解译相辅相成，同时进行。

野外核查工作内容包括典型地物准确性核查、地类边界核查及生态调查野外录相资料的收集。根据各市自然分异、人类活动的特征以及信息提取过程中遇到的问题，选择有代表性的路线，然后对照室内解译无法确定的坐标开展环境生态野外核查，在当地当时确定并记录，利用GPS定位系统记录下各地的典型地貌，典型边界的经纬度，并拍下照片（及时编号，为方便整理）本次营口市生态环境评价归纳出10个边界点位和38个典型地貌点位的信息。将野外核查点位录入数据库，将核查点位图层与各市、县遥感解译图层进行叠加分析，在Arcinfo下利用核查点位信息来修正遥感解译数据，提高遥感解译精度。

4.生态环境质量评价

生态环境质量评价是指根据特定的目的，选择具有代表性、可比性、可操作性的评价方法和指标，对生态环境质量的优劣程度进行定性或定量的分析和判别。

4.1评价方法 本次对营口市的生态环境质量评价工作采用的评价方法是国家环保部颁布的《生态环境状况评价技术规范（试行）》（HJ/T 192-2006）中规定的生态环境综合指数法。利用遥感影像解译得到的营口市土地利用数据库，结合其它数据资料，建立评价指标体系，分别计算生物丰度、植被覆盖、水网密度、土地退化和环境质量5项指标，最后得出营口市的生态环境综合指数。

4.2评价结果 经过指数计算所得营口市生态环境综合指数（EI）为68.5，其中生物丰度指数65.6、植被覆盖指数65.1、水网密度指数40.0、土地退化指数84.4、环境质量指数93.4。评价结果显示营口市生态环境质量状况良（指数55～75属于良的级别），表明营口市的植被覆盖度较高，生物多样性较丰富，基本适合人类生存。

5.结语

随着遥感技术的不断成熟，要求生态监测与评价工作要不断的发展更新，跟上国家高科技技术的发展步伐，今后我们要更好的将遥感、地理信息系统的前沿技术，应用到生态环境监测等工作中去，使监测工作变得更加的科学、准确、直观和形象。

参考文献

[1]中华人民共和国环境保护部《生态环境状况评价技术规范（试行）》（HJ/T 192 -2006）

[2]万本太，张建辉.中国生态生态环境质量评价研究.北京：中国环境科学出版社，2004：24-26

[3]叶亚平，刘鲁君.中国省域生态环境质量评价指标体系研究[J].环境科学研究，2000年03期

[4]沈芳，黄润秋.区域地质环境评价与灾害预测的GIS技术.山地学报，1999.17（4）：338-342

[5]马荣华，胡孟春.基于RS和GIS的自然生态环境评价—以海南岛为例[J].热带地理，2001.21（3）：198-201。

作者简介

有关生态环境监测技术浅议 篇4

随着社会生活水平的不断提升, 环境问题的日益凸显, 人们对生态环境的关注日益加强。生态环境监测的范围与深度在不断扩展。具体来说, 生态环境监测是指借助于多种手段及措施, 对地球生态系统进行全方位、多角度的监测与度量。生态环境监测主要运用可比的方法, 对可定区域特定时间的生态环境系统进行监测, 并将监测结果与同区域不同时间段的监测结果进行对比, 观察生态环境系统的变化, 并根据这一比较结果, 推导出各种因素对该区域生态环境的影响, 对该区域的生态环境水平做出评价或预测。

与城市环境质量、大气污染、水污染监测等相比, 生态环境监测具有宏观性特点, 其针对的是大区域的生态环境的变化, 是对大气环境、水环境、农田环境、草原环境、森林环境等的监测。因而, 可以看出, 生态环境监测具有很强的综合性, 不但要求监测人员具备良好的环境监测理论知识及技能, 还要综合了解物候学、 气象学、水文学、海洋生态学、农业生态学等多方面知识, 只有如此, 才能为生态环境监测的不断发展, 奠定完善的理论基础。

2生态环境监测的技术路线

生态环境监测需要利用各项技术手段, 对生态环境系统中的各种指标进行监测, 获得科学准确的监测数据, 并通过数据的统计分析, 推导出该区域生态环境的状况及变化趋势。对生态环境监测的技术路线的选择, 需要从具体的监测对象出发, 合理选择监测方案。生态环境监测的实现一般分为以下几个步骤: (1) 确定需监测的生态环境问题; (2) 确定监测对象; (3) 根据监测对象确定合理的技术路线; (4) 监测方案的制定及监测设备的选择; (5) 监测指标的确定; (6) 监测场地及周期的选择。生态环境监测是一项长期而精细的技术性工作, 为保障监测数据的科学可靠, 还需要不断提升监测技术水平。

3生态环境监测技术

3.1 RS技术

RS技术即遥感技术, 是指通过来自高空或外层空间的卫星、 雷达等监测手段, 监测来自地面的电磁波, 并对这些电磁波进行分析、传输、处理和反馈, 从而完成对地表各类环境远距离监测的综合性技术。通过遥感技术获取的数据具有极高地准确性, 可以有效实现环境污染指数调查、植被资源调查、水土资源调查、海洋资源调查、病虫害预测等。例如, 利用遥感技术监测植被覆盖面积的变化, 可以有效掌握土地荒漠化的面积及发展速度, 通过对遥感技术的有效运用, 可以大量节约人力资源与经济成本, 实现对生态环境的有效监测。

3.2 GPS技术

GPS技术即全球定位系统, GPS技术具有高精度、自动化、全天候的特点, 被广泛应用于各个领域。在生态环境监测方面, 利用GPS技术, 可以有效实现对被监测目标的动态化跟踪监测。例如, 将GPS技术应用于动物监测领域, 通过对被研究动物的长期有效监测, 监测者可以根据GPS技术反馈的动物行踪, 了解该动物的生活习性及可能受到的外部环境影响等。除此之外, GPS全球定位系统还可以被用来监测无生命物体。例如, 通过对某一地区汽车数量的监控, 计算推测出可能的汽车尾气排放量, 并根据尾气排放量, 推导出可能造成的大气污染问题, 从而提前采取预防措施, 通过尾号限行等手段, 降低该区域的汽车使用率, 有效减少汽车尾气排放造成的大气污染, 减少大气污染对人类身体造成的巨大伤害。

3.3 GIS技术

GIS是地理信息系统的英文简称, GIS技术具体来说是指以地理空间为基础, 能够提供实时、动态的地理信息的大型计算机数据库。在GIS地理信息系统中存储在各种地理环境的信息数据, 在进行生态环境监测时, 监测人员可将监测到的实时地理数据输入GIS地理信息数据库中, 系统会将新监测到的数据与数据库的原有数据进行对比, 并分析得出该地区的地理信息特点及变化。GIS系统现已经被广泛应用于农林业生产、土地资源开发与管理、环境资源研究、灾害预警等诸多领域。GIS地理信息系统高效精确工作效能为我国生态环境监测工作的有效实现提供了良好的技术支撑。

4结论与展望

随着我国社会经济的不断发展, 人民生活水平的不断提高, 有了更多的时间、精力与经济能力去关注生态环境建设, 在这一大背景下, 对生态环境监测也就提出了更高的要求, 生态环境监测技术的不断发展完善成为必然趋势。生态环境监测是一项具有较高技术含量的复杂工程, 需要所有工作人员共同努力, 不断促进基础理论发展前进, 不断提升监测的技术水平, 为我国生态环境的良性循环提供有效的技术支撑, 促进我国经济、社会、环境、 资源的协调持续发展。

摘要：环境问题在经济粗放式发展后逐渐被人们所关注, 尤其是近年来, 全国大范围的雾霾天气使社会对生态环境的关注度非常高。生态环境治理成为当下的紧迫任务。生态环境监测是对整个生态环境系统进行全面而科学的监测和分析, 对环境治理提供重要依据。本文从生态环境监测概述入手, 详细探讨了当前监测技术, 并对生态环境监测技术的发展进行了展望。

关键词：生态环境,监测,技术,展望

参考文献

[1]管萍.浅谈环境监测技术的制约与发展[J].黑龙江科技信息, 2015 (11) .

[2]边伟伟.试论我国环境监测工作现状与对策[J].才智, 2011 (10) .

[3]廖庆风.试析中国环境监测科技发展需求[J].科技创新与应用, 2013 (24) .

生态旅游环境监测系统 篇5

建立生态旅游环境监测系统是对生态旅游区进行监测和管理,降低旅游活动对环境影响的有效措施.主要探讨了生态旅游环境监测系统的建立过程及运作方式,即在专业研究人员主导下,当地居民和旅游者普遍、全过程参与,收集现场资料及文献资料,充分利用GIS,GPS,把所有数据以数字化方式加以整合,建立起旅游地环境信息系统并进行分析,从而发现和解决问题.

作 者：尹贻梅 刘正浩 刘志高 作者单位：尹贻梅(东北财经大学,辽宁,大连,116025)

刘正浩(中国地质大学;东北财经大学,辽宁,大连,116025)

刘志高(中国地质大学)

浅析环境监测工作中的生态监测 篇6

关键词环境监测;生态监测;评价

中图分类号X8文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0212-01

1生态监测的基础背景

首先,人口爆炸导致现代生态系统生境剧烈变化。新生人口增多和老龄化程度加深带来的人口基数激增,给生态保护带来前所未有的严峻考验。经济发展使得流动人口不断涌入,给本地区原有的生态系统造成极大的冲击。其次,耕地(水稻田)的减少导致水土调控能力变差。据常态测算,稻田可维持近10cm的水层,遇到暴雨可达15cm。每公顷稻田比旱地多蓄水1500m3。稳定水稻生产是长江三角洲地区可持续发展的基石,一旦改变用途,夏季对雨水的调控能力就会下降,易造成水涝带来环境破坏。再次,生物入侵威胁到生物生态环境健康。外来物种入侵是生物多样性衰减和丧失的三个原因之一,而生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础,一旦多样性受到了严重威胁,物种灭绝速度就会不断加快,遗传多样性急剧贫乏,生态系统严重退化,这些都将加剧人类面临的资源、环境、粮食和能源危机。最后,湖泊富营养化造成水体自净能力下降。现代工业进程加速了水中植物营养成分(N、P等)的过量积累,水体营养过剩,藻类等水生生物大量繁殖,致使水体处于严重缺氧状态,并分解出有毒物质危害水质生态环境。2007年无锡太湖饮用水水源地蓝藻的大面积爆发后,《太湖水污染防治条例》紧急出台,环太湖五市的苏州、无锡、常州、嘉兴、湖州频频推出重磅应急机制和措施应对日益恶化的水生生态,生态监测的开展刻不容缓。

2生态监测的学科综述

生态监测是一门综合技术,是通过地面固定的监测站或流动观察队、航空摄影及太空轨道卫星,获取包括生境的、生物的、经济的和社会的等多方面数据的技术。是利用各种技术测定和分析生态系统各层次对自然或人为的反应或反馈效应的综合表征,来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律。新内涵中包括借助遥感、地理信息系统与全球定位(统称3S集成)等一体化的高新技术对大范围区域片生态系统的宏观监测,是环境科学与生物科学的交叉学科。

同时生态监测一直是较为争议的,主要表现在生态监测与生物监测的相互关系上,认为生态监测包括生物监测,如刘培哲认为生态监测是生态系统层次的生物监测,是对生态系统的自然变化及人为变化所做反应的观测和评价。生态监测包括生物监测和地球物理化学监测两方面内容。金岚等将生态监测与生物监测统一起来,将二者统称为生态监测,认为生态监测是环境监测的组成部分,是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为的反应或反馈效应的综合表征,来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律,为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据。前者侧重在对生态系统的反应方面,后者则包括生态系统各个层次,即对个体、种群、群落乃至生态系统对外干扰的反应进行监测。这种观点表明,生态监测是一种监测方法,是对环境监测技术的一种补充,利用的是“生态”来做“仪器”进行监测环境质量。

3生态环境影响评价

在工作中,我们主要通过对生态环境质量指数(EI)来对一个区域进行生态的宏观评价。生态环境指数(Ecological Environment Index)是指反映被评价区域生态环境质量状况的一系列指数的综合。

EI=0.25×生物丰度指数+0.2×水网密度指数+0.2×植被覆盖指数+0.2×(100-土地退化指数)+0.15×环境质量指数

生物丰度指数=Abio×(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域湿地+0.11×耕地+0.04×建设用地+0.01×未利用地)/区域面积。式中:Abio=692.096020,全国生物丰度指数归一化系数。归一化系数=100/A最大值,A最大值指某指数归一化处理前的最大值。

植被覆盖指数=Aveg×(0.38×林地面积+0.34×草地面积+0.19×农田面积+0.07×建设用地+0.02×未利用地)/区域面积。式中:Aveg=601.110997,全国植被覆盖指数的归一化系数。

水网密度指数=Ariv×河流长度/区域面积+Alak×湖库(近海)面积/区域面积+Ares×水资源量/区域面积。式中:Ariv=71.768110,全国河流长度的归一化系数;Alak=805.664908,全国湖库(近海)面积的归一化系数;Ares=88.36616016,全国水资源量的归一化系数。

土地退化指数=Aero×(0.05×轻度侵蚀面积+0.25×中度侵蚀面积+0.7×中度侵蚀面积)/区域面积。式中:Aero=146.33,全国土地退化指数的归一化系数。

环境质量指数=0.4×(100-ASO2×SO2排放量/区域面积)+0.4×(100-ACOD×COD排放量/区域年均降雨量)+0.2×(100-ASOL×固废排放量/区域面积)。式中:ASO2=1.725721,SO2的归一化系数;ACOD=0.052749,COD的归一化系数;ASOL=2.424802,固体废物的归一化系数。

国家环保总局《生态环境状况评价技术规范(试行)》中对生态环境质量指数的级别作出了相应的分级评价

级别优:EI≥75,植被覆盖度好,生物多样性好,生态系统稳定,最适合人类生存。

级别良:55≤EQI<75,植被覆盖度较好,生物多样性较好,适合人类生存。

级别一般:35≤EQI<55,植被覆盖度处于中等水平,生物多样性一般水平,较适合人类生存,但偶尔有不适人类生存的制约性因子出现。

级别较差:20≤EQI<35,植被覆盖较差,严重干旱少雨,物种较少,存在着明显限制人类生存的因素。

级别较差:EQI<20,条件较恶劣,多属戈壁、沙漠、盐碱地、秃山或高寒山区。人类生存环境恶劣。

4结语

遥感技术在生态环境监测中的应用 篇7

1 环境监测中的遥感技术

遥感技术指的是利用物体反射及辐射电磁破的特性, 在远距离不接触物体的前提下, 对目标物性质进行识别、测量和分析的一种技术。从利用的波段上来看, 目前的遥感监测技术主要分为反射红外遥感技术、可见光及微波遥感技术三类。在环境检测的应用上, 目前的遥感技术在农业、气象、水文、地质、海洋、环境监测、地球资源勘探、军事侦察、城乡规划及土地管理等领域上都有应用, 小到室内工业测量, 大到大气、海洋等环境信息的采集, 甚至可以实现对全球范围内环境变化的监测。从遥感技术在目前的环境监测发展现状来看, 已经可以测出大气气温、湿度;也可测定水体的水温、水色及叶绿素含量、泥沙含量;在大气监测中可以测出CO、CO2、NOx、O3、CH4等类型空气污染物的浓度值;在环境污染的监测上, 可对固体废弃物的堆放量、分布及其影响范围做出测定, 对环境污染物实现一定程度的跟踪调查, 对环境污染造成的事故、扩散程度及方向做出预测, 正确估算环境污染造成的损失, 进而提出解决对策[1]。近年来, 环境污染问题呈现全球化的演变趋势, 覆盖面广、速度快、信息量大的遥感技术被广泛应用于全球的环境监测中。不断推动着环境监测事业的发展, 促进环境质量的改善。

2 遥感技术在我国环境监测的应用现状

在我国的环境监测中, 遥感技术应用取得了显著的成效, 但其技术的发展和应用也有着一系列问题:一是在遥感监测的技术方法上还处于起步阶段, 与国外遥感监测技术还有着明显的差距;二是就环境污染监测领域来说, 遥感技术的应用基本还没有普及, 没有建立起大范围内的环境遥感监测系统;三是随着环境污染的多变性和污染环境的复杂性, 面对大范围、全天候及全天时的监测要求, 我国当前仅依靠进口的遥感传感器技术还不能大范围内的环境污染监测;四是在监测领域, 目前我国在地面及飞机上测量化学成分还处于摸索阶段, 在环境污染领域的应用尚为空白。

3 遥感技术在现代环境监测中的应用

3.1 在大气环境监测中的应用

在大气环境污染中, 主要诱因包括气溶胶的含量及各种有害气体成分, 传统的遥感手段不能直接识别这些气体的物理含量。大气中二氧化碳、甲烷、水汽、臭氧等微量气体成分因为其固有的辐射和吸收光谱作用, 可直接从测量中推算出质量结果。大气遥感主要是借助大气层的太阳、月亮的直射光、来自地表的反射光、来自大气和云的散射光及来自大气和地表的热辐射而进行的吸收光谱分析或发射光谱分析, 通过测量其光谱特性得出大气分子的密度情况。气溶胶作为一种携带有害和有毒的气体污染物, 它在一定程度上能反映出大气的污染状况。利用打前期遥感技术对大气污染物的测定主要通过对于大气污染, 主要通过可调谐激光系统及多通道辐射计探测大气污染分子, 由于污染分子的光谱为2~20μm的红外波, 可以吸收或辐射测量, 同时, 多通道粒子计数器通过反映大气中气溶胶的水平分布和垂直分布来实现对气溶胶中胶含量的测定[2]。在目前的有害气体监测上, 目前对二氧化硫、氟化物及光化学烟雾等有毒害气体还不能通过大气遥感图像直接显现, 只有间接利用一些标志性动植物对有害气体反应的敏感性来推断有害气体的含量。

3.2 在水环境监测中的应用

目前, 对水体环境中的水深、水温信息及泥沙、有机质等分布状况的环境监测, 主要是为了方便地区对水环境及水资源状况做出评价, 从而为环境部门的决策提供帮助。在水环境的监测中, 遥感技术主要以水体光谱特性和水色为监测指标, 通过卫星遥感技术来测定水域变化, 得出变化后引起的后果, 最后对人为活动在水环境中的影响和作用做出分析。在当前的水环境遥感监测领域, 为了研究歌声中水体污染状况, 主要针对江河、海水中的污水、石油、水体富营养化、泥沙及热污染, 在城市排放的工业污水和生活污水中含有大量的有机物, 在分中将耗去大量的氧气, 有机物中高化学耗氧量及生物耗氧量会使水体发黑, 对此, 在运用遥感技术来探测时, 水体反射率会明显降低。这时, 需要借助红外传感器的红外辐射光谱测定水中的氢氧化合物及染料分布, 从而弄清水体污染状况。

3.3 在土地环境监测中的应用

针对地面及土地环境的监测, 利用遥感技术主要是通过对污染区作物生长的特殊变化, 反映在光谱上的表现来测定。其中, 土地资源的测定, 是利用遥感技术定期对地面实行监测, 查清土地利用形式的变化, 以便能有效管理土地资源。此外, 在人工建筑物上, 利用遥感技术对其的监测较为容易, 建筑物形状的规则性以及楼栋的高反射率有助于遥感实现可靠的跟踪监测, 其中, 遥感还能对隔热不佳的建筑物热损失问题进行测定。在森林中, 遥感还可被用来监视森林砍伐, 从而估计牧场开垦的规模和速度, 为森林的保护提供依据。

4 结语

综上所述, 随着我国大气、水等环境的污染日趋严重, 对生态环境的检测手段的使用将变得非常必要, 随着遥感监测技术的发展, 目前不断被应用于环境污染的监测中, 为环境保护部门分析环境质量, 提出环境治理和生态保护对策提供了技术上的支持。

参考文献

[1]张春鹏, 郭雅芬, 过仲阳.遥感技术在环境监测中的应用探讨[J].测绘与空间地理信息, 2012, (07) :56.

生态监测技术 篇8

我国果树栽培历史悠久,早在400多年前,古代劳动人民就开始从事果树生产。经过漫长历史演变和生产实践,果树种质资源日趋丰富。现在全国各地栽培的及野生的果树种类多达300余种。由于果树具有良好的经济效益、生态效益和社会效益,越来越受到人们的重视。我国地域辽阔,气候条件复杂,种植的果树种类多。目前,国内的果园面积占世界果园总面积21.3%,水果产量世界第一。因此,中国水果产业成为中国种植业中位列粮食、蔬菜之后的第三大产业。

但是,在果园的生产管理中,环境对果树的生长发育、栽培技术的实施、病虫害的预防等产生极其重要的影响。数据采集是环境监测的重要组成部分,但长期以来,果园环境监测普遍采用人工方式,这种传统的数据采集方法耗时耗力、时效性差,而且容易受到干扰。虚拟仪器技术为数据的自动采集和远程实时监测提供了一种理想的解决方案。因此,基于虚拟仪器技术的果园生态环境信息采集与远程监测,对于指导果园实际生产具有十分重要的意义。

1 总体设计方案

利用温度、光照、湿度传感器采集果园的生态环境参数,经AD转换器将模拟数据传送给单片机进行实时显示、处理,并通过串行接口将数据送给PC机,基于虚拟仪器技术和数据库技术,建立以PC机为核心的果园生态环境中温度、湿度、光照度和雨量等参数的实时和远程监测系统,实现果园生态环境的智能化监测。总体设计方案如图1所示。

2 硬件设计

2.1 传感器的选型

2.1.1 温湿度传感器

选择JY1-PTS-3型,适用于室外环境温度和湿度测量。其技术参数如下:

湿度范围:0～100%

湿度精度/RH:±2%

湿度显示分辨率/RH:0.1%

温度范围/℃:-50～150

温度精度/℃:±0.1

温度显示分辨率/℃:0.1

外型尺寸/mm:80×60×30圆柱型(带防辐射罩)

工作环境/℃:-20～40

信号输出:温度为4～20mA;湿度为0～5V

2.1.2 光照度传感器

选择YS-CG型,产品外观美观,安装方便,灵敏度好,传输距离长,采用铸铁材质专为室外环境使用。

技术参数如下:

测量范围/ Klux: 0～200

供电电压/VDC:12

输出信号/ mA: 4～20

精 度/%:±2

负载能力:≥500Ω,≤3kΩ/s

2.1.3 雨量传感器

选择YS-CL型翻斗式雨量传感器,雨水通过一个表面积为200cm2的接收器,再通过一个过滤斗流入翻斗里,翻斗的每次翻转通过干簧管转换成脉冲信号,传输到采集系统,较适用于农林部门用来测量液体降水量、降水强度、降水时间,多种可选分辨率0.2～2.0mm。技术参数如下:

承水口径/mm:200+0.6

测量降水强度:≤4mm/min,在8mm/min可以工作

分辨率/mm:0.2

误差/%:±3(室内静态测试,雨强为2mm/min)

输出信号:单干式舌簧管通断,双干式舌簧管通断,常态时一通一断

2.2 AD转换器

由于传感器采集的温度、湿度、光照度是模拟信号,采用8路8位ADC0809进行模数转换向单片机传送数据,其具有转换起停控制端,工作温度达到-40～85℃,输入电压范围0～5V,不需零点和满刻度校准,低功耗(约15mW)。

2.3 单片机

单片机选用AT89S51,是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器,与工业80S51产品指令和引脚完全兼容,使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。晶振设置为12MHz,复位采用上电与按钮复位。

2.4 通信方式

由于现场控制本身速度要求不是很快,单片机的指令执行在微秒级,从数据采集完一轮到PC机完成一轮控制判断所用时间仅在毫秒级,在通信速度上,串口通信可完全达到,选用MAX232芯片。

3 软件设计

3.1 软件开发环境

虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境,LabVIEW 是国际上应用最广的虚拟仪器开发环境。LabVIEW采用强大的图形化语言(G语言)编程,编程界面非常直观形象,都是工程师们熟悉的旋钮、开关、图形等,面向工程师而非专业程序员,编程方便,人机交互界面友好,具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力,为用户快速地构造自己的仪器控制系统提供了良好的环境。

LabVIEW 程序称为框图程序,简称为VI。LabVIEW 的基本程序单位是一个VI,对于一个简单的测试任务,可以由1个完成。而复杂的测试应用可以通过之间的层次调用结构构成,高层功能的VI调用1个或者多个低层的特殊功能的VI。在每一个VI中对虚拟仪器进行编程,以控制和操纵定义在前面板上输入和输出功能。

本系统选用美国国家仪器公司(NI)的 LabVIEW 8.0虚拟仪器开发平台编写可视化的软件包,实现对果园内温度、湿度、光照和雨量数据的监测。为了实现软件的可重用和可升级性,软件开发采用模块化设计思想,提高了应用程序的效率和性能。其软件设计结构框图如图2所示。

3.2 数据库设计

由于果园生态环境监测数据量大、实时性强的特点,数据库采用具有客户机/服务器体系结构特点的SQL Server 2000。其具有直观的图形化用户界面、丰富的编程接口工具、与Microsoft BackOffice产品集成方便、在多种平台下使用、支持Web技术、提供数据仓库功能等,基于这些特点,本系统采用SQL Server 2000数据库作为果园生态环境监测系统的数据存储容器。根据要求,共需要4个数据表,分别设定温度、湿度、光照度和雨量的名称、数据类型和长度,如表1所示。

3.3 远程监测设计

远程监测设计包括两个模块,其客户机与服务器的端口地址设置采用TCP/IP协议。远程通讯模块对果园生态环境的温度和湿度两个参数进行实时采集和监测,也对果园生态环境的光照和雨量两个参数进行实时采集和监测。服务器负责将数据采集并传送数据给客户机。客户机负责接收服务器端传来的信息,并对信息进行显示,完成对果园生态环境的远程监测。

4 结论

通过设计以及实验室调试证明,系统的软硬件使用均十分可靠,人—机界面友好,达到了设计要求。作为独立的控制系统,该系统功能比较完备,通用性强,为计算机测控领域提供了一个新的控制思路。但随着网络控制、远程控制的不断成熟,该系统需要进一步完善。

摘要：在果园的生产管理中,环境对果树的生长发育、栽培技术的实施、病虫害的预防等产生极其重要的影响。数据采集是环境监测的重要组成部分。为此,针对果园生态环境监测系统中存在的弊端,充分利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW,基于模块化设计思想,设计果园生态环境信息采集与远程监测系统,其开发周期短、可靠性高。

关键词：果园生态环境,虚拟仪器,LabVIEW

参考文献

[1]袁媛.基于虚拟仪器技术的果园生态环境监测系统的研究[D].合肥:安徽农业大学,2006.

[2]胡伟,季晓衡.单片机C程序设计及应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2004:1-3.

[3]刘畅生.传感器简明手册及应用电路[K].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[4]孙荣霞,高敬格,王永青.混凝土外加剂生产线自动监控系统的设计[J].计算机工程,2006,32(12):232-236.

生态监测技术 篇9

充分利用高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率遥感信息, 获取矿区土地复垦和生态修复的动态变化[2], 应用GIS系统空间分析和模型评价的功能得到土地修复、土壤修复、水资源修复、大气资源修复等土壤及环境指标, 评估污染水平和恢复水平, 为生态复垦提供政策调整方向, 是3S技术在土地生态复垦中的一项重要应用。

1 监测点信息的动态获取

土地生态复垦包含土地再利用、生态保护、地质灾害防治和生态景观建设等方面的内容。这包括三大评价对象:土地状态、植被状态、环境状态。还要设立一些主要监测点, 如土地覆盖、植被种类、植被长势、大气成分、土壤环境指标、水中污染物含量等。这些监测点的信息通过遥感技术可以获取, 而且是多时相的, 因此, 在获得监测现象空间分布的同时, 还带有动态变化信息。最后, 综合利用评价模型得出生态复垦水平及修复水平, 以评价生态复垦的有效性, 并为后续修复工作提供方向。

1.1 植被指数的应用

矿区植被受环境变化、地下水位变化、矿区重金属污染、水污染等多种因素影响, 植被覆盖率大幅下降, 物种群落几近消失。而植被可以有效修复土壤、保持水土, 减轻地质危害, 改善生态环境, 是土地生态修复最有力的工具。“植被指数”利用遥感数据不同波段探测反射率的组合算式, 提取植被范围, 评价植物生长状况。其物理技术是植物在红光波段的吸收和在近红外波段的反射差异, 通过这2个波段测值的不同组合可得到不同的植被指数。如NDVI、RVI、PVI等, 植被指数可以提取植被覆盖及动态变化信息, 评价植被长势, 区分植物品种等, 已突破一个像元的精度限制, 达到亚像元级别, 即在一个像元内区分植被与背景土壤。

1.2 大气遥感与水资源遥感

采矿后排放的有毒水对周边的土壤和水资源造成极大污染, 遗留于地表的固态废料同样有毒, 如煤矸石, 它散发的气体严重污染了矿区大气。遥感在大气监测和水质监测中已有研究成果, 遥感卫星、航空探测传感器、遥感车等在环境监测与水质监测中已成为重要工具。遥感技术获取信息速度快、监测面积广, 便于大范围地区的动态监测大气环境污染物及其运动轨迹。目前, 水质遥感的精度尚有不足, 往往利用水质传感器可以快速测量水质的多种参数, 同时, 提高水质光谱遥感的反演精度, 监测水资源环境, 评价水体富养化。水质遥感能反映具体的污染指标大小, 目前已接近相关行业要求, 有巨大的应用潜力。

1.3 激光技术获取土壤环境指标

传统土壤环境指标的获取免不了实地采样, 复杂的实验室检测等繁琐过程。目前, 广泛应用的激光诱导击穿光谱技术可感测所有自然元素, 包括常规方法难以分析的H、Li、Be、C、N、O、S等元素, 某些元素用其它技术难以分析。另外, 据报道, 应用三维激光扫描技术不仅能检测土壤污染源, 还能监测土壤侵蚀量, 研究前景广阔。

2 GIS评价模型的建立

遥感技术通常被称为数据获取手段, 它获取的土壤指标和环境指标虽然具有代表性, 但土地生态修复的质量往往不是1~2个指标就可以定义的。普遍的做法是将利用遥感技术获取的多种评价指标, 通过GIS空间分析与关系分析的功能构建出一个遥感生态效应的评价模型, 这是近年来的研究热点, 也是GIS分析的前沿方向。目前的主要方法有主成分分析、多指标赋分、遗传法等, 我国学者多有涉猎, 也初具成效。

3 结论

矿区土地的生态修复是一项长期性事业, 其过程监测的重要性不言而喻, 如何能快速获取土地、植被及其它环境指标的动态变化是监测的重点。遥感技术具有不接触、监测范围广、技术先进、实时动态等优势, 在土地生态修复质量监测方面有较强的适应性。本文从遥感技术在植被指数的提取、土壤环境质量的测量、水资源和大气环境的监测等方面, 介绍了遥感技术在土地利用现状调查、植被覆盖的提取、植被类型分类分区、植被长势及病虫害、水资源、大气污染源及分布、地质灾害监测等多方面的应用, 揭示遥感技术在土地生态修复监测领域的应用前景, 希望能引起研究者的重视。

参考文献

[1]周连碧, 王琼.矿山废弃地生态修复研究与实践[M].中国环境出版社, 2010

生态监测技术 篇10

环境污染越来越严重,生态系统的承受能力越来越脆弱。因此,解决环境污染问题已经迫在眉睫,准确地获取环境信息变得越来越重要。本文采取嵌入式微处理器S3C2440 为核心作为硬件系统的平台,同时嵌入Linux的操作系统并利用GPRS模块实现系统联网; 下位机传感器接收环境信息作为监测点,检测紫外线辐射、SO2含量等环境信息; 最终让数据在上位机( 网页) 上显示出来,切实有效地解决了以往系统面临的信号传输的干扰、传输过程的冲突等问题,从而使信息能够准确的传输得到了保证。

本着成本要低、功耗要小、实时性要好的应用需求,利用嵌入式技术和网络技术,构建了一个农田生态环境的远程监测系统[1]。以处理器S3C2440 为核心并嵌入Linux系统,结合紫外线辐射、SO2等传感器,采集并处理农田生态环境的信息,并通过有线网络传输到远程监控端,利用浏览器获取数据,进行实时的在线显示。对于农田环境的远程监控,采用“B /S”模式来实现,在电脑或手机浏览器上输入网址即可对田间的环境状况进行监测[2]。

1 嵌入式系统硬件平台的设计

嵌入式硬件平台的选择对整个系统的选择都是非常重要的。系统主要是从功耗( 越低越好) 、稳定性和兼容性等因素来对硬件系统的平台进行择优选取。整个农田生态环境的远程监测系统由下位机( 嵌入式服务器、传感器等) 和上位机( 网页) 组成。其中,下位机具体包括嵌入式微处理器S3C2440、GPRS通讯模块、紫外线辐射传感器和SO2传感器等[3],上位机则由浏览器组成。硬件整体框图如图1 所示。

1. 1 微控制器

从性能和成本等方面考虑,最终采用FL2440 开发板作为系统的硬件开发平台。该平台稳定性好且具有丰富的硬件接口,支持多种操作系统,采用超低功耗的、处理的能力非常强的及稳定性非常好的ARM微处理器S3C2440 作为系统的控制核心。S3C2440的主频是400MHz,其主频可倍频至533MHz,支持3. 3V或5V电压供电,容括了实验所需的所有要求。

开发版内集成了64M的ROM和256M的NAND Flash。Flash / ROM主要用于存储软件的程序和嵌入式系统,其拥有64M的能够提供中等容量存储的SD卡接口,USB HOST能够提供大容量的USB硬盘存储,IDE能够做总线的扩展口。

1. 2 传感器

本着成本必须低、功耗必须小、体积必须小、实时性要好的产品供应需求,选取的传感器型号分别为KODENSHI SO2传感器和Lzw - r4 紫外线辐射传感器。其中,SO2传感器的工作电压在5V左右,输出为数字型的信号,温度的范围为- 20 ~ 50℃ ,特点是傻瓜式两线接线方式。该模块的性能特点是具有稳定性和可靠性,并且具有过压保护和过流保护。紫外线辐射传感器工作电压一般在12 ~ 24V之间,其精确度大约为 ± 3% rdg,工作温度- 40 ~ 80℃ ,特点是测量精度高、稳定性好、传输距离长及抗外界干扰能力强。

1. 3 无线通讯模块

通信模块采用SIM900A与电脑进行TCP和UDP数据传输,前提是要保证电脑具有公网IP,否则无法实现通信。同时,需要在电脑端下载“网络调试助手.exe”软件。SIM900A采用的供电模式为单电源供电,供电的范围在3. 2 ~ 4. 8V之间。该模块不仅支持RS232 串口,而且还支持LVTTL串口( 即支持3. 3V /5V的系统) ,支持5 ~ 24V的超宽工作范围,这样就更容易实现与嵌入式系统的连接。此模块具有成本低、功耗小及简单灵活的操作,当模块掉线以后可以自动的进行连接。其传输方式原理图如图2 所示。

2 嵌入式系统的移植

一个好的硬件系统的平台总是离不开软件系统的支持。操作系统是软件系统方面的最核心部分,主要负责的是管理系统中的信息,对系统各部分之间进行有效的协调管理,保证系统之间友好的合作,给应用程序提供稳定的开发平台。嵌入式操作系统有各种各样的选择,从实验的可行性考虑,选用嵌入式Linux系统。嵌入式Linux系统有自己非常多的独特优势,如源代码公开对外开放、存在广泛的技术支持、优越的扩展性能及对许多硬件都支持等。此次实验的硬件开发环境主要是ARM9 提供的,将ARM Linux操作系统嵌入以此来实现数据的接收、存储与发送等。

2. 1 ARM Linux系统的移植

每一个硬件平台都必需带有引导程序,嵌入式Linux有其独特的引导程序。 与经常用到的标准的Linux系统相比,要想启动嵌入式Linux,必须要从FLASH或ROM中启动。由于嵌入式Linux系统保存的位置和其它系统有所区别,因此标准的LILO不能直接引导其启动,故此本实验选择了u - boot。此次实验使用的是开发板附带的u - boot。图3 列出了ARM Linux移植步骤。

2. 2 ARM Linux的内核及对文件系统的下载

首先通过下载串口将u - boot下载到嵌入式开发板上,然后将ARM Linux的内核及其文件系统利用串口的方式下载下来。

由于系统的内核及文件系统的映像文件通常都是非常大的,但对于串口的传输速度来说是相对比较慢的。为了提高传输速度,使用以太网模式来下载内核和文件系统,下载前要配置u - boot中的网络参数。

2. 3 Linux驱动程序

外围的硬件设备是由Linux操作系统来控制的。当将Linux操作系统定制并且最终移植好之后,所有的应用程序都有了自己最基础的运行环境,但只有在设备驱动程序下Linux控制设备才能正常运行设备[4]。

内核与硬件之间的桥梁是驱动程序,同时应用程序的设备接口是由驱动程序提供的。其作为一个中转通道,充当了应用程序与内核之间访问的支架,使内核的运行变的更加的安全。当设备驱动安装上之后,应用程序就可以将硬件设备映射为一种可以进行读、写、打开、分配和关闭等操作的特殊的设备文件。Linux驱动程序的加载流程如图4 所示。

3 远程监测系统的实现

为了能够使获得的信息实时地在网页上显示出来,监测系统必需具备WEB服务且系统必须能够实现数据的远程传输功能。为了实现远程监测采用了B / S结构,通过使用浏览器( 计算机或手机) 来访问系统所在的网页地址,从而获取采集的信息,实现远程监控的效果。B /S结构的有其独特的有点: ①开发环境简单,对于系统的部署和维护变得更加方便[5]; ②与其他结构相比共享性强,易于后期的扩展,只需在手机或电脑上打开浏览器,在浏览器上输入系统所在的网址就可获取实时的数据信息。图5 为远程监测系统的示意图。

3. 1 B / S结构的WEB远程监控系统

B / S结构的特点是使用非常的方便,信息查询服务非常的人性化,而且查询是全方位的并且简单易操作,能够进行功能扩展并且维护起来非常的方便。因此,文章最终选用B /S结构的Web监控的方式来对系统进行设计[6]。

WEB远程监控采用B / S结构系统,用户只需通过使用Web浏览器,由GPRS模块为其提供网络,来实现Web服务器的远程访问。其不仅实现了对系统信息的实时在线查询,而且可以利用PHP程序来对获取的信息进行一些基础的控制操作,能够更好地实现服务器和浏览器之间信息的友好发送和接收。浏览器和服务器之间的通信流程如图6 所示。

3. 2 程序设计

PHP程序用有自己独特的一方面,与其他程序设计是有所区别的,PHP做出的动态页面的执行效率非常的高,是其它程序所无法实现的。PHP的执行方法是将程序嵌入到HTML文档中去,另一个特点是编译后的代码也可以执行,编译以后可以使代码得到优化运行的效果以至于代码运行的速度加快[7]。PHP工作流程如图7 所示。

3. 3 服务器通信服务程序的实现

服务器是系统的核心部分,是程序设计不可或缺的一部分。在通信服务方面,其工作的一般过程为:首先,服务器启动后,服务器端程序会创建并绑定一个套接字,并且对地址进行反复的循环侦听连接; 若服务器接收到浏览器程序的连接服务请求,服务器就会立即启动相关程序与其进行连接,并建立好连接关系,来实现服务器和浏览器之间的响应; 通过Socket对象实现与浏览器之间的交流,将结果反馈至浏览器。服务器的通信流程如图8 所示。

3. 4 WEB监控主界面的网页设计

终端中运行相应的程序( 服务器和数据采集程序) ,在监控端上的浏览器( 手机、电脑) 内输入嵌入式服务器相应网址,即进入监控的主界面。要想获取采集信息,只需点击网页上对应的按钮,就会进入子页面,PHP程序调用传感器采集程序,并将结果在网页上显示[8]。

4 系统应用

实验的目的是在低成本的情况下对信息进行准确的获取。系统的工作情况如图9 所示。

本系统于2015 年9 月对东北农业大学附近的环境进行了实验。实验结果显示: 系统能够对环境信息进行动态显示,并将获得的环境数据与国家环境保护部数据进行对比,系统的灵敏度高,能完成环境实时、准确的监测。表1 列出的是实验一天的环境测量数据。实验收集到的数据只是一天中东北农业大学附近的部分数据,所以经过分析计算出来的数据只能代表所监测时间范围内东北农业大学附近的环境信息,与相关部门发布的参考值存在偏差。

5 结论

1) 给出了一种基于嵌入式操作系统的远程监测系统的设计方法,实现了对环境信息的精准监测,解决了以往传统人工测量不能进行实时监测的问题。

2) 以SIM900A模块为系统提供网络支持,实现GPRS无线数据传输及对数据的实时采集,并完成了准确接收数据和实时显示数据,实现了环境的实时远程监测目的。

3) 本设计系统结构简单、操作方便、成本低廉,具有很好的应用前景。

参考文献

[1]张建锋,何东健,张静,等.温室监控系统的设计与实现西北农林科技大学学报,2005,33(10):105-108.

[2]李秀学,何存富.基于B/S结构的嵌入式实时监测系统研究[J].测控技术,2006,25(7):70-72.

[3]蔡勇承,陆明,徐耀良.DCS系统中基于AT91RM2440的分布式处理单元设计[J].华东电力,2007,5(4):75-77.

[4]郑典萍.基于嵌入式linux的农田信息采集系统的软件设计[J].北京:中国农业大学,2006.

[5]王兴山等.基于嵌入式系统温室环境远程B/S监控系统设计[J].自动化仪表,2008,29(7):39-42.

[6]刘志杰,张华忠,单晓岚.基于嵌入式Web的远程实时监控技术研究[J].计算机工程与设计,2007,28(15):3734-3736.

[7]鲍可进,吴健勇.基于嵌入式Web Server的电力系远程监控的实现[J].计算机工程设计,2007,28(13):3178-3180.