環境監測系統 Environment Monitoring System
環境監測涉及捕獲任何類型的數據，這些數據有助於顯示我們周圍世界的行為方式、它如何影響我們的生活以及如何控制它。環境監測數據包括來自自然資源（例如降雨或土壤成分）以及人類或工業過程（例如人類排泄物或車輛排放）的數據。
環境監測是屬於智慧環境範疇的功能，是物聯網（IoT）的具體實現，目的在讓人們的生活更加安全、舒適、環保和高效。物聯網的實施側重於智慧世界中的特定使用領域，例如智慧建築、智慧城市、智慧零售和智慧工業。
在自然界中，環境監測的重點是空氣、土壤和水。例如，在空氣監測中，感測器網路和地理資訊息系統 (GIS) 監測污染、地形和氣象數據以分析空氣污染物。在水監測中，對水樣進行分析，以根據人口統計數據測量化學、放射和生物數據。在土壤監測中，監測土壤的鹽度、污染和酸度，以分析農業中的土壤質量，並預測侵蝕、洪水和對環境生物多樣性的威脅的可能性。
在人們的家庭和城市社區中，環境監測包括其他類型的數據追踪和分析，例如交通量、人口統計、安全、資源稀缺、建築和家庭健康、城市基礎設施和食品安全。
環境監測延伸到對環境的全球監測。例如，溫室氣體 (GHG) 的監測。溫室氣體會導致氣候變化，並導致極端天氣條件、食品供應中斷，以及由高濃度煙霧和污染引起的健康問題。
智慧環境中的最大挑戰是需要篩選、監控、分析，和主動用於為日常挑戰創建解決方案的大量數據。
環境監測示例
環境監測可以純粹是監測傳感器的功能，例如使用閉路電視監測人們的行為。但要具有真正的價值，環境監測應用，必須能夠理解測量值並為日常挑戰設計解決方案。日常挑戰包括農業收成不佳、氣候變化、城市污染造成的健康問題，以及勞動密集型工廠的低生產率。
大氣中的細塵
環境監測的一種應用，是空氣品質。原始細塵通常具有自然來源。二次微塵是由氣態物質的複雜化學反應產生的，例如汽車、供暖系統、農業過程和工業過程的排放物。環境監測可幫助科學家了解特定區域（例如城市地區與工業區以及全球範圍內）的灰塵的精確組成。灰塵的環境監測可以幫助醫療研究人員評估灰塵污染物對人們健康的影響。粉塵環境監測，有助於城市規劃者和製造業制訂，關於車輛和工業過程排放的可接受粉塵水平的法規。
農業作物條件
來自農業行業「濕葉感測器」的數據測量作物葉片上的水分，分析這些水分，以向農民提供有關其作物當前狀況的資訊，並顯示幾個季節和幾年的模式，了解天氣狀況對農作物的影響生產。
採礦水質
在採礦業，分析水樣以制訂定可行的水資源管理計劃，並預測採礦作業對環境的影響。
智慧環境應用類型
智慧環境中有兩種主要的環境監測應用。
監測和控制
首先，有一些應用可以監測和控制，可能對環境產生負面影響的環境事件和工業過程，例如自然災害和工業過程中的有毒廢物。這些應用還測量人類活動（如人口成長）對環境的影響。監測和控制應用分析各種輸入，例如海洋生物學家研究捕撈配額，對海鮮種群的影響，以及塑膠廢棄物對海洋生物的影響。環境心理學家分析環境數據，以衡量其對人們的福祉和行為的影響，例如他們回收利用的動機。
環境改善劑
其次，有一些應用可以改善更廣泛環境中，某些行業的運作方式。智慧環境監測提供資訊，為能源和運輸電網等，關鍵任務系統的監管制定永續指導方針；農業和海洋生物學等糧食安全生態系統；以及水和廢棄物管理流程。環境監測還可以實現聯網住宅、建築物和城市的生態友好型設計和維護。
智慧環境框架
智慧環境的構成
智慧環境有物理元素和非物理元素。物理元素包括可以連接到網路的物聯網設備，如可穿戴設備、電腦晶片、接口、感測器、執行器、機器人和電腦。支撐智慧環境的非物理元素包括數據、電腦代碼、機器學習模型，以及軟體協議、標準 和理論框架。
物聯網設備
物聯網設備是一種能夠以無線方式，或使用有線連接方式，連接到網路的設備。在智慧世界中，物聯網設備通常（但不總是）是無線的。物聯網設備整合了支持網路連接的技術、 API 等功能軟體，以及感測器和執行器。物聯網設備可以在對象、人員和軟體之間自動傳輸資訊，而無需人工干預。
感測器和執行器
在智慧環境中，數據是從多個來源收集的，例如軟體應用 apps、感測器和執行器。
溫度、接近度、氣體、煙霧、水和空氣品質感測器，為環境監測應用提供輸入數據。感測器是一種實體設備 —— 例如運動檢測器或電燈開關 —— 它可以轉換實體事件或特性。執行器是一種實體設備，例如開關或閥門，可將電信號轉換為實體事件，例如空調。
在智慧環境中，感測器數據被上傳到雲數據庫和數據湖，在那裡進行監控和分析，並可用於開發智慧、自學的應用 apps。
設備軟體
物聯網操作系統 (OS) 嵌入在大多數物聯網設備中，使它們能夠連接到物聯網設備管理應用 apps。IoT OS 的示例包括 Nucleus RTOS、TinyOS 和 Amazon FreeRTOS。
無線感測器網路 (WSN)
WSN 是一種常用於智慧環境等物聯網系統的技術。在 WSN 系統中，大量感測器（例如網狀網路）用於收集數據，並透過路由器將數據發送到物聯網系統中的網路。雖然物聯網網路可能包括有線設備，但 WSN 可能不包括有線設備。
WSN 的一個例子是無線感測器網路，它監測一個地區的降雨量，並且可能連接到，也可能不連接到智慧環境網路。
閉路電視 (CCTV)
智慧環境中使用的技術，即使對非技術用戶也是透明的，CCTV 在實現這種透明度方面發揮了重要作用。
可以將專業影像監控軟體，添加到智慧環境系統中，以提供運動檢測、臉部追踪和數據儲存等功能。智慧環境中閉路電視監控的一個例子是監控房屋、辦公室和工廠的安全。CCTV 可以提供犯罪活動的檔案證明，但也用於研究城市活動，例如城市和步行交通量。了解交通量有助於城市規劃者，改進城市基礎設施的設計。
智慧環境的好處
建立在物聯網網路上的解決方案帶來的好處，包括遠端操作連接設備的能力，例如電力線通信系統和閉路電視安全。
智慧環境自動收集自然環境中的現場數據，例如空氣品質、降雨量、能源使用和廢棄物管理。從環境監測數據分析中採取的行動，可以減少溫室氣體，並創造一個更健康的地球。
智慧環境使組織能夠基於大數據和預測洞察力，創建新的商業模式，以保護環境、增加產量、提高生活品質、做出明智的決策，並促進工作場所的安全。
智慧環境中的分析應用監控交通、污染、廢物、水和能源使用、犯罪和基礎設施。這提供了將原始數據轉換為自動警報、洞察力和行動的附加功能，例如在檢測到洩漏時關閉供水。
大多數城市和行業都必須測量空氣品質，以遵守環境法規。
在智慧農業中，環境監測的好處包括自動檢測和消滅害蟲；更好的作物品質和產量；改進作物、牲畜、氣候和土壤狀況監測；以及溫室、灌溉、施肥和牲畜監測。
智能環境中的洩漏檢測可以支持節水。
超過指定限額的廢物清除費用，可以減少固體廢棄物並促進回收實踐。
環境監測提高了人們對人類生活對地球影響的環保意識，並推動了全球減少塑料使用、減少溫室氣體排放和促進糧食安全的運動。
智慧環境挑戰
公開的研究顯示，許多採用物聯網的組織發現，很難從他們提取的數據中產生價值，並使用它來改進業務決策流程。在物聯網系統缺乏成熟度，且員工缺乏專業物聯網經驗的公司中，由於缺乏經驗和缺乏最佳實踐指南，而無法管理和監控物聯網系統的情況更加嚴重。
在物聯網的某些領域，品質控制可能很困難，例如在製造部門，來自不同國家的產品和服務在品質、安全性和法規遵從性方面，有不同的標準。
在某些情況下，由於物聯網發展如此迅速，政府法規往往無法跟上當前的技術狀態，並且沒有足夠的控制措施，來規範汽車排放等環境標準。此外，並非所有國家都同意，試圖規範可接受的污染程度，並監測稀缺資源永續性的國際法。
物聯網設備沒有通用標準，例如 ZigBee 對藍牙的網狀網路產品構成挑戰。如果沒有通用標準，可能會出現相容性和安全問題。此外，一些物聯網系統使用不同的協議和技術，創建了難以維護的過於複雜的配置。
物聯網網路依靠集中的客戶端 - 伺服器範式來驗證、授權和連接不同的節點。隨著節點數量的增加，存在伺服器端瓶頸的風險。未來，瓶頸的解決方案可能是採用霧計算模型，其中物聯網設備充當時間關鍵操作的中心，雲端伺服器執行數據操作和分析任務。
物聯網使用並生成非結構化和結構化數據。傳統系統無法處理非結構化數據，因此物聯網系統可能需要額外的接口來管理這些數據。
機器學習 (ML) 算法中的缺陷可能會產生誤報或誤報，從而導致關鍵任務系統中的額外手動工作。
監控智慧環境網路
在沒有監控的情況下了解環境，及其產生的數據，就像使用沒有監控器的 PC。由於智慧世界系統的複雜性，組織具有監控數據庫、應用 apps、性能、雲端服務、硬體和服務，以及來自利基行業的專業技術的艱鉅任務。
該解決方案是一個平台，可提供對智慧世界網路所有領域的智慧洞察，以及自動通知和警報。PRTG Monitor 是一個為任何智慧世界利基和任何類型的技術或硬體，提供即插即用監控功能的平台。
PRTG 的環境監測方法結合了條件監測和上下關聯監測。條件監控是指監控感測器（例如閉路電視感測器）的功能，而上下關聯監控是指記錄和理解各自的測量值。
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