無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

高俊

【摘 要】隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用至社會(huì)生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)末梢的傳感器主要是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊，并對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行感知與檢查，主要是用于軍事環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、自然環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面。本文將結(jié)合實(shí)際情況對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，旨在為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供行之有效的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；有效應(yīng)用

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是由傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程客戶端和PDA用戶、監(jiān)控中心這四個(gè)部分構(gòu)成，在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中被廣泛應(yīng)用。通過(guò)利用傳感器監(jiān)測(cè)指定環(huán)境的參數(shù)，經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將參數(shù)信息發(fā)送至控制中心實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，有效提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量及效率，同時(shí)降低了監(jiān)測(cè)成本。本文將結(jié)合實(shí)際情況對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為今后的相關(guān)工作提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是具備感知、檢查外部環(huán)境的傳感器。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器主要是借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置較為靈活，設(shè)備位置了可以隨意更改，還可以與互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)有線或無(wú)線進(jìn)行連接，而利用無(wú)線通信方式進(jìn)行連接則可以形成一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，具有較強(qiáng)的便利性。通常情況下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)建，存在集中式控制結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)，在分布式結(jié)構(gòu)中根據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行劃分又可以對(duì)等式結(jié)構(gòu)與分層結(jié)構(gòu)[1]。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)主要適用于測(cè)量節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，如溫度、濕度、壓力、光強(qiáng)等方面指標(biāo)，在獲取這些參數(shù)后通過(guò)無(wú)線通訊的方式經(jīng)由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)信息傳輸至監(jiān)控中心；網(wǎng)關(guān)的作用主要是將傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet進(jìn)行連接，使兩種不同的協(xié)議棧之間可以相互轉(zhuǎn)換并將收集而來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外網(wǎng)，同時(shí)將接下來(lái)需要進(jìn)行的任務(wù)分布給末梢傳感器節(jié)點(diǎn)；遠(yuǎn)程客戶端和PDA用戶可以借助Internet對(duì)監(jiān)控中心中有關(guān)環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，獲取需求數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心負(fù)責(zé)向末梢傳感器節(jié)點(diǎn)下達(dá)工作任務(wù)，兼具分析、處理、統(tǒng)計(jì)、評(píng)估等功能。

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)環(huán)節(jié)以及應(yīng)用方式逐漸完善，被廣泛應(yīng)用至環(huán)境監(jiān)測(cè)中。通過(guò)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中，有效提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作質(zhì)量及效率，采集數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性也得到有效提高。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要具有以下三方面優(yōu)勢(shì)：第一，成本較低。由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為開(kāi)放，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境條件，促使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)形成自組性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)部署網(wǎng)絡(luò)較為迅速，有助于提高環(huán)境監(jiān)測(cè)工作效率。第二，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)的采集工作可以通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)完成，在完成采集工作后可以利用中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳送，在不需要額外做功、增加成本的基礎(chǔ)上，有效提高系統(tǒng)性能。第三，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有健壯性、抗毀性特點(diǎn)，滿足特定應(yīng)用的需求。因此，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至環(huán)境監(jiān)測(cè)中有助于提高監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量及效率，是時(shí)代發(fā)展的一種必然趨勢(shì)[2]。

三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

（一）軍事環(huán)境監(jiān)測(cè)

由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有快速部署、自組性強(qiáng)、隱蔽性較強(qiáng)等特點(diǎn)，被應(yīng)用于軍事環(huán)境監(jiān)測(cè)中，是軍事指揮、控制、計(jì)算等系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)促進(jìn)我國(guó)軍事發(fā)展具有重要意義。在軍事環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)被用于監(jiān)控?cái)耻姳?、裝備，目標(biāo)定位等方面，同時(shí)具備監(jiān)測(cè)核武器攻擊、搜索等功能，及時(shí)獲取戰(zhàn)場(chǎng)中的戰(zhàn)況信息，為軍事行動(dòng)的順利進(jìn)行創(chuàng)造有利條件[3]。在應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，軍事人員不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行額外的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，自組性、自配置特點(diǎn)可以自動(dòng)適應(yīng)設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，通過(guò)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)就可對(duì)任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)需求做出及時(shí)的反應(yīng)，改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)方式。例如美國(guó)俄亥俄州開(kāi)發(fā)研究的“沙地直線”就屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在軍事環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，這一系統(tǒng)可以在戰(zhàn)場(chǎng)中將電子絆網(wǎng)散射而出，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)中具有高金屬含量目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要使用于偵察、定位敵軍車輛。

（二）地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)

在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也得到了較為普遍的應(yīng)用。隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，鐵路、公路的建設(shè)區(qū)域逐漸擴(kuò)大，而在特殊區(qū)域內(nèi)建設(shè)而成的鐵路、公路通常會(huì)受到地質(zhì)環(huán)境因素的影響，產(chǎn)生一系列變化，對(duì)交通運(yùn)輸造成嚴(yán)重威脅，這就需要相關(guān)工作人員在工作過(guò)程中對(duì)特殊地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，以保證車輛安全。然而這些特殊地質(zhì)環(huán)境通常處于無(wú)人區(qū)，無(wú)法通過(guò)人力對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有效解決了這一問(wèn)題，利用傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)鐵路、公路周圍的地質(zhì)環(huán)境信息、溫度等進(jìn)行收集，然后傳輸至監(jiān)控中心進(jìn)行分析，及時(shí)掌握特殊地質(zhì)環(huán)境下鐵路、公路的實(shí)際情況，為車輛的正常運(yùn)輸、行駛提供有力保障[4]。

（三）自然環(huán)境監(jiān)測(cè)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在自然環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要可以分為兩部分：第一，水環(huán)境監(jiān)測(cè)。通過(guò)將集成有傳感器、計(jì)算單元、通信模塊的節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的多種傳感器對(duì)周圍環(huán)境中的熱、紅外光、可見(jiàn)光、水中有毒物質(zhì)含量等信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有部署簡(jiǎn)便、成本低、等特點(diǎn)。通過(guò)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與軟測(cè)量、智能處理技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)濕地水環(huán)境質(zhì)量的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，充分掌握指定水域內(nèi)的實(shí)際情況，有效提高了水環(huán)境的監(jiān)測(cè)質(zhì)量及效率，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性也得到了有效保證。第二，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)而成的。傳統(tǒng)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在著系統(tǒng)較大、安裝困難等弊端，且監(jiān)測(cè)終端過(guò)于依靠基礎(chǔ)設(shè)施，在一定程度上降低了大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作效率。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用改變了這一現(xiàn)狀，僅需要借助數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)采集的風(fēng)向、風(fēng)速、氣體濃度等參數(shù)信息就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)大氣的監(jiān)測(cè)，而根據(jù)這些監(jiān)測(cè)信息無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以準(zhǔn)確判斷大氣中是否含有有毒氣體，在有效提高了工作質(zhì)量及效率的同時(shí)，為人們的生命安全提供有力保障[5]。

（四）礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)

礦井開(kāi)采工程是我國(guó)進(jìn)行資源開(kāi)采的一項(xiàng)重要工程，然而在開(kāi)采過(guò)程中通常會(huì)受到環(huán)境的影響而發(fā)生一系列安全事故，因此礦井井下的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作顯得尤為重要，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的ZigBee技術(shù)的應(yīng)用有效提高了礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量。通過(guò)對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行研究，科研人員在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起礦井安全生產(chǎn)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工礦傳感，具備人員定位、安全警告等功能。通過(guò)將這一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用至開(kāi)采工作中，有助于管理人員及時(shí)掌握礦井下的真實(shí)情況，以及各個(gè)區(qū)域工作人員的工作狀態(tài)，利用網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息、畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)降孛嬗?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，而管理人員則可以通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)確的掌握工作人員的工作信息、分布情況、運(yùn)動(dòng)軌跡，為管理人員的管理工作提供便利。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，呈現(xiàn)出較為良好的發(fā)展趨勢(shì)，但是在實(shí)際監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中仍然存在一些問(wèn)題，影響著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)功耗、傳輸網(wǎng)絡(luò)、工作環(huán)境等均是設(shè)計(jì)需要考慮的重要問(wèn)題，同時(shí)也是影響無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此在今后的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)注意結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、監(jiān)測(cè)環(huán)境等多方面因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

魏兆寶.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2016（3）：85.

[2] 周麗軍.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[D].安徽理工大學(xué)，2016.

[3] 熊麗萍，楊成余.基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].科技信息，2014（4）：294，299.

[4] 王艷平，馮世杰，羅海峰等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫室草莓生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].北方園藝，2015（20）：201-204.

[5] 馬悅.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在近海環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[D].大連海事大學(xué)，2014.endprint