無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探析

摘要：近年來，中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，隨之而來的是嚴(yán)重的環(huán)境污染。近年來國家一直致力于環(huán)境治理問題，環(huán)境治理的前提是要發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問題，為了解決這個(gè)難題，國家投入大量資金用于環(huán)境探測(cè)研究，經(jīng)過近年來的不懈努力，我國環(huán)境探測(cè)方面的技術(shù)與國外環(huán)境探測(cè)技術(shù)的差距已經(jīng)逐漸縮小了。其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展對(duì)我國環(huán)境探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步有著十分重要的影響，由于無線網(wǎng)絡(luò)具有成本低，實(shí)時(shí)性高，無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中。通過將計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的環(huán)境污染狀況，并將信息進(jìn)行處理整合后通過無線設(shè)備傳輸至終端設(shè)備。這樣環(huán)境檢測(cè)人員就能隨時(shí)隨地掌握到當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染狀況，并且及時(shí)采取措施進(jìn)行治理。本論文主要討論的是無線傳感網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無線傳感器;環(huán)境監(jiān)測(cè);應(yīng)用探析

中圖分類號(hào)：X82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.094

Application of wireless sensor network in environmental monitoring

Wang Kexin

（Ningbo Beilun District Environmental Protection Monitoring Station， Ningbo Zhejiang 315800，China）

Abstract： In recent years， Chinas rapid economic development has followed with serious environmental pollution. In recent years， the state has been committed to environmental governance issues. The premise of environmental governance is to discover environmental pollution problems. In order to solve this problem， the state has invested a large amount of funds in environmental exploration research. After years of unremitting efforts， Chinas environmental detection technology and The gap in foreign environmental detection technology has gradually narrowed. Among them， the development of wireless sensor network technology has a very important impact on the progress of Chinas environmental detection technology. Because wireless network has the advantages of low cost， high real-time performance and no pollution， this technology is widely used in environmental monitoring. By applying computer technology， sensor technology and wireless communication technology to environmental monitoring， the technology can realize remote control， real-time monitoring， remote collection of environmental pollution conditions within the coverage of the network， and integrate the information and transmit it to the terminal through the wireless device. device. In this way， environmental testers can grasp the local environmental pollution situation anytime and anywhere， and take timely measures to control. This paper mainly discusses the application of wireless sensor networks in environmental monitoring.

Keywords： Wireless sensor;Environmental monitoring;Application analysis

目前，隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)一步提高，人們對(duì)于生活環(huán)境的重視也進(jìn)一步加深。環(huán)保問題也成為我國社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要問題，如何實(shí)現(xiàn)國家的可持續(xù)發(fā)展，改善人們的生活環(huán)境是政府今后努力的方向。在這種情況下，為了更好地檢測(cè)環(huán)境狀況，國內(nèi)大多數(shù)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)都開始在環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)中引進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線網(wǎng)絡(luò)采集并傳輸信息，節(jié)省了大量人力資源，提高了環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)地性能。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)闡述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)過有關(guān)靜止傳感器以及移動(dòng)傳感器通過自組織以及多跳方式所構(gòu)成的一種無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過無線網(wǎng)絡(luò)的形式與傳感器進(jìn)行通信，傳感器能夠?qū)δ繕?biāo)的信息進(jìn)行采集，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給相關(guān)的控制設(shè)備，然后控制設(shè)備對(duì)這些信息進(jìn)行處理和分析。這種傳輸方式相較于有線傳感器而言更加方便快捷，除此以外，其還具有網(wǎng)絡(luò)設(shè)置簡單方便的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備位置在一定范圍內(nèi)可以隨意更改。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過自身的傳感器設(shè)備對(duì)目標(biāo)測(cè)量信息進(jìn)行獲取，然后通過終端設(shè)備對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行處理和分析，最終給出我們所需要的標(biāo)準(zhǔn)信息。

2 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境檢測(cè)的特點(diǎn)分析

2.1 多傳感器數(shù)據(jù)的融合

環(huán)境檢測(cè)的過程中我們需要對(duì)多種不同的信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和獲取，并且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也是由多個(gè)不同功能的傳感器組成的，其測(cè)量過程中肯定會(huì)產(chǎn)生多種不同的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，但是在傳輸?shù)倪^程中可能多個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)在同一時(shí)間通過相同的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，為了防止數(shù)據(jù)之間的干擾，數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)應(yīng)該具備一定的數(shù)據(jù)融合能力，能夠?qū)A(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，將有用的采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)傳輸給終端處理設(shè)備。

2.2 多數(shù)據(jù)發(fā)送模式

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能，無線傳感器系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有基本的接收和發(fā)射功能。并且，考慮到其中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)工作在較為惡劣的環(huán)境中，其數(shù)據(jù)傳輸功能會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，影響其數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)能要具備多數(shù)據(jù)發(fā)送模式，這種模式在無線傳感器正常工作的過程中可以時(shí)時(shí)的將數(shù)據(jù)傳回。再遇到外界干擾的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的跟蹤，并且保證數(shù)據(jù)傳回系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)具備超低功耗

無線傳感器再進(jìn)行信息采集的過程中需要通過微型電池提供能量，并且在設(shè)計(jì)的過程中我們需要重點(diǎn)考慮傳感器的使用時(shí)間，所以必須做好傳感器的功耗控制，這樣能夠在很大程度上延長傳感器的使用壽命。我們通過以下方式來降低系統(tǒng)能耗：（1）選用低能耗原件。（2）系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)工作狀態(tài)，用戶可以自行選擇處于發(fā)射狀態(tài)、接受狀態(tài)、采集狀態(tài)還是休眠狀態(tài)。（3）當(dāng)不需要檢測(cè)環(huán)境時(shí)讓系統(tǒng)的CPU、傳感器、無線收發(fā)器等主要功耗原件處于休眠狀態(tài)。

2.4 Zigbee 通信協(xié)議技術(shù)

現(xiàn)階段的無線通信技術(shù)主要有Bluetooth、紅外線、gsm及Zigbee。其中Zigbee 技術(shù)相對(duì)于其他無線通信技術(shù)而言，具有能耗低、成本低、雙向傳感等優(yōu)點(diǎn)。

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

3.1 在大氣環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

在進(jìn)行大氣環(huán)境檢測(cè)的過程中，我們可以利用多種類型的傳感器來檢測(cè)空氣中的氣體成分。無線網(wǎng)絡(luò)傳感器能夠針對(duì)采集到的氣體信息進(jìn)行分類和監(jiān)測(cè)，對(duì)氣體中含有氣體成分的量進(jìn)行測(cè)定，一旦發(fā)現(xiàn)氣體中有害成分超過了標(biāo)準(zhǔn)，那么就能夠發(fā)出報(bào)警信息。大氣環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)ι钪杏卸練怏w的含量進(jìn)行有效測(cè)定，并在檢測(cè)到大氣環(huán)境較差時(shí)，通過回饋環(huán)保機(jī)構(gòu)相應(yīng)數(shù)據(jù)以做出相應(yīng)的環(huán)保措施。工作時(shí)間長，能夠連續(xù)工作3-4周，節(jié)點(diǎn)的傳送速率快，最大可達(dá)160kb/s，有效傳送距離最高可達(dá)300m。與其他檢測(cè)系統(tǒng)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠利用無線數(shù)據(jù)信息傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信，減少了有線設(shè)備的使用，方便布置。通過在水域范圍內(nèi)布置大量節(jié)點(diǎn)來采集相關(guān)數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到提高。除了陸地環(huán)境外，濕地水環(huán)境同樣是我們監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，同樣的我們可以使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)濕地水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過在近海中部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海洋水環(huán)境狀況，節(jié)點(diǎn)處的溫度、光照等。

3.2 在地質(zhì)環(huán)境中的檢測(cè)應(yīng)用

除了以上應(yīng)用范圍外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地質(zhì)檢測(cè)方面也有著非常廣泛的應(yīng)用。其中最典型的事例就是在青藏鐵路上的應(yīng)用，由于青藏鐵路的地理原因，它貫穿約550m的凍土層，這些凍土層大多位于無人區(qū)，如果采用人力進(jìn)行監(jiān)測(cè)的話，這樣會(huì)對(duì)人力資源造成極大的浪費(fèi)甚至還會(huì)對(duì)檢測(cè)人員產(chǎn)生安全隱患，在這種情況下對(duì)青藏鐵路線凍土層溫度的檢測(cè)使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常這種特定情況的，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳的方式將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)處發(fā)送到基站的匯集節(jié)點(diǎn)處，最后再通過匯集節(jié)點(diǎn)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)生至監(jiān)控中心便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)束語

總之，可以預(yù)測(cè)到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前途一片光明，未來也會(huì)更加廣泛應(yīng)用于各種地理環(huán)境中，但是目前的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還是存在不足，比如節(jié)點(diǎn)功耗，達(dá)不到理想設(shè)計(jì)要求，還有就是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境、資金消耗等都有一定的要求。所以為了使無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不久的將來能夠廣泛的應(yīng)用，環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)還需要加大資金投入力度，進(jìn)一步研發(fā)無線傳感器技術(shù)，使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大以滿足人們的實(shí)際需求。

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收稿日期：2019-08-07

作者簡介：王可心（1985-），女，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與管理。