智慧環(huán)�！笔恰皵�(shù)字環(huán)�！备拍畹难由旌屯卣�，它是借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把感應(yīng)器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對(duì)象中，通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與環(huán)境系統(tǒng)的整合，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理和決策。國(guó)外的環(huán)保智慧化建設(shè)起步較早，如紐約哈德森河的重生、佛羅里達(dá)海洋研究組織建設(shè)的富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)平臺(tái)等從方案創(chuàng)新、技術(shù)應(yīng)用、管理機(jī)制等方面都具有很好的借鑒意義。
虛擬數(shù)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(dá)克山區(qū),綿延500公里南下,在紐約港入海。哈德森河曾經(jīng)是人們心中富饒的果籃子、菜籃子，十九世紀(jì)中期，如畫的風(fēng)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(xué)物質(zhì)，致使這條河流受到了嚴(yán)重污染。
上世紀(jì)八十年代，環(huán)保主義熱潮涌起，為了恢復(fù)哈德森河的生態(tài)系統(tǒng)，紐約州政府發(fā)起了一個(gè)“新一代的水資源管理計(jì)劃”。他們?cè)诤拥娜潭及惭b了傳感器，一些傳感器甚至高達(dá)2米。這些傳感器把各種各樣的物理、化學(xué)、生物數(shù)據(jù)包括河流的鹽度、濁度、葉綠素和顆粒物粒徑等信息，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞到后臺(tái)的計(jì)算中心區(qū)。數(shù)據(jù)像流水一樣不間斷地生成，不間斷地被處理，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。
后臺(tái)的計(jì)算中心區(qū)分為三個(gè)環(huán)節(jié)，首先是數(shù)據(jù)傳輸，傳感器將從河中與周邊環(huán)境收集到的數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)連續(xù)的方式傳送給系統(tǒng)管理層。然后，河流的不同類型數(shù)據(jù)被清洗，后臺(tái)通過消除數(shù)據(jù)的異源性，使關(guān)于哈德森的數(shù)據(jù)一致化，并具有互通性，最后在分析管理平臺(tái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的展現(xiàn)。在科學(xué)家的電腦顯示屏上，各種數(shù)據(jù)匯成了一條虛擬的哈德森河，流水何時(shí)被污染，化學(xué)、物理、生物成分發(fā)生了什么變化，一看便知。接下來數(shù)據(jù)科學(xué)家便可利用這些處理過的信息建模模擬一個(gè)哈德森河的環(huán)境模型和治理方案，評(píng)估不同的治理和人類干預(yù)對(duì)于哈德森環(huán)境的多方影響，以保證在實(shí)際治理時(shí)的效果。
經(jīng)過多年的努力，哈德森河已逐漸恢復(fù)其清澈的水質(zhì)和優(yōu)美的環(huán)境。現(xiàn)在每年的父親節(jié)周末，都有一個(gè)持續(xù)兩天的環(huán)保音樂節(jié)——清水節(jié)(Clear water Festival)來慶祝哈德森河的重生。
MARVIN：富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)平臺(tái)
美國(guó)佛羅里達(dá)海洋研究組織建設(shè)了一個(gè)簡(jiǎn)稱為MARVIN的傳感平臺(tái)，目標(biāo)主要是根據(jù)有害藻類富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)水質(zhì)變化提供即時(shí)的水質(zhì)信息，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括pH值、溶氧量、水溫、導(dǎo)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(shí)安裝在一個(gè)浮舟之中，并搭載了一個(gè)氣象塔，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)包括風(fēng)速與風(fēng)向、氣溫、相對(duì)濕度、氣壓及降雨量等項(xiàng)目。
MARVIN的信息傳輸方式是利用傳感器收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息后，通過天線傳送訊號(hào)至衛(wèi)星及手機(jī)等界面，提供遠(yuǎn)程信息的獲取。MARVIN平臺(tái)通常每小時(shí)取樣兩次，然后每小時(shí)或每三小時(shí)通過衛(wèi)星將數(shù)據(jù)回傳。
MARVIN平臺(tái)需要每?jī)芍苓M(jìn)行一次人工維護(hù)，維護(hù)人員會(huì)采用傳統(tǒng)的采樣和分析方法收集數(shù)據(jù)，用于校正在后處理過程中的MARVIN平臺(tái)數(shù)據(jù)。MARVIN數(shù)據(jù)還可以幫助建模人員觀察水流循環(huán)和克盧薩哈奇河生物系統(tǒng)、幫助船長(zhǎng)及應(yīng)急管理人員及時(shí)了解實(shí)時(shí)水質(zhì)情況、幫助游人預(yù)測(cè)赤潮是否會(huì)出現(xiàn)、幫助搜救隊(duì)了解水流能見度、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)生物圈的有關(guān)知識(shí)等。
City Sense：城市監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)
City Sense是由美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)資助，由哈佛大學(xué)和BBN公司聯(lián)合開發(fā)出的，可以報(bào)告整個(gè)城市實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目。
City Sense通過在美國(guó)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(yīng)系統(tǒng)作為傳感器運(yùn)行時(shí)的電力能源，解決了電池壽命對(duì)于無線傳感網(wǎng)運(yùn)行的限制，有利于長(zhǎng)期環(huán)境監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都含有一個(gè)內(nèi)置PC機(jī)、一個(gè)無限局域網(wǎng)界面，利用WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將監(jiān)測(cè)信息回傳到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)信息包括壓力、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、降雨強(qiáng)度、CO2、噪聲，之后為用戶提供City Sense網(wǎng)站信息查詢。
City Sense通過把每個(gè)節(jié)點(diǎn)同相鄰的節(jié)點(diǎn)相連形成網(wǎng)狀，將分散在城市各處的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)和位于哈佛大學(xué)和BNN的中心服務(wù)器連接。在這一網(wǎng)絡(luò)中利用一個(gè)1英里射程的小無線電裝置，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以從遠(yuǎn)程服務(wù)器中心下載軟件或上傳傳感器數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)微軟公司提供的Virtual Earth和Sensor Map技術(shù)，網(wǎng)站的數(shù)據(jù)資料將覆蓋到地圖上。民眾及學(xué)者可通過網(wǎng)站追蹤污染物擴(kuò)散情形，進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，研究空氣污染的解決方案。
