無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的主要應用

1、<p>　　無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的主要應用</p><p>　　[摘 要]近來環(huán)境監(jiān)測開始得到社會的重視。環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的主要方向是遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其中極為重要的是環(huán)境溫度監(jiān)測。無線網(wǎng)絡化、智能化、微型化、集成化是環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，于是隨著半導體、無線通信技術、微電子機械系統(tǒng)等學科的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的無線傳感器網(wǎng)絡就成為環(huán)境監(jiān)測領域研究的熱點。文章就無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)當中的應用進行而

2、來探討。 </p><p>　　[關鍵詞]無線傳感器網(wǎng)絡；環(huán)境監(jiān)測；應用分析 </p><p>　　中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0383-01 </p><p>　　一、無線傳感器網(wǎng)絡的涵義 </p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡綜合運用了多項技術，它是多種技術的集合體，主要包括無線

3、通信技術、嵌入式計算機技術、傳感器技術以及分布式信息處理技術。它可以對監(jiān)控對象進行實時監(jiān)測，采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的相關數(shù)據(jù)，并加以處理后得到準確詳實信息，最終將這些信息發(fā)給有需要的人。無線傳感器網(wǎng)絡由大量靜止或移動的節(jié)點以自組織和多跳的方式構成，集傳感與驅動控制、計算、通信能力于一身，協(xié)作地實時監(jiān)測、感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息并報告給用戶。由于它成本低，采用無線通信，不需要固定網(wǎng)絡協(xié)助，所以其研究成果應用十分廣泛。

4、 </p><p>　　二、無線傳感器網(wǎng)絡體系結構 </p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡是由非常多的微型傳感器節(jié)點組成，它們的功能并不完全相同，但是構造大體相同，大都是由數(shù)據(jù)收集、處理、發(fā)送和電源四部分構成，網(wǎng)絡中節(jié)點的作用是收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中轉，或者是類頭節(jié)點。收據(jù)收集，即收集監(jiān)測到的數(shù)據(jù)（如濕度、溫度等），并將其傳送至遠方基站或者是匯節(jié)點；數(shù)據(jù)周轉，即將其他節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息，在不經(jīng)

5、過任何處理的情況直接傳送出去；類頭節(jié)點，收集屬于同一類型節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，匯總后傳送給上一層級。 </p><p>　　系統(tǒng)基本由下面幾部分構成： </p><p>　?。?）傳感器節(jié)點。對所監(jiān)控區(qū)域的環(huán)境指標進行測量，比如溫度、濕度等，將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控中心。 </p><p>　?。?）網(wǎng)關。連接無線傳感器網(wǎng)絡與外網(wǎng)，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡與外網(wǎng)通信協(xié)議的轉換，將

6、傳感器網(wǎng)絡收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至外網(wǎng)，并給下級節(jié)點布置監(jiān)測任務。 </p><p>　?。?）遠程客戶端和PDA用戶。通過外網(wǎng)查詢監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)。 </p><p>　?。?）監(jiān)控中心。布置任務，下達監(jiān)測命令，以及管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要是匯總分析，統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 </p><p>　　三、無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用優(yōu)勢與現(xiàn)狀 </p><p>　　

7、用無線傳感網(wǎng)絡進行環(huán)境監(jiān)測，具有三個比較明顯的優(yōu)勢。 </p><p>　?。?）成本低廉，網(wǎng)絡安裝速度快； </p><p>　?。?）在不增加其他設備的情況下就可以完成數(shù)據(jù)的傳輸工作，這使得系統(tǒng)性能提高了一個數(shù)量級； </p><p>　　（3）網(wǎng)絡堅實，不易被毀壞，能夠滿足某些特殊需求。 </p><p>　　關于將無線傳感網(wǎng)絡應用于環(huán)

8、境監(jiān)測中，國內(nèi)的學者已經(jīng)做得很多研究，并獲得了一些研究成果。在美國是研究人員將其用于監(jiān)測島嶼的生態(tài)狀況；在我國，杭州將其用于監(jiān)測杭州西溪濕地水環(huán)境，國防科技大學將其用于環(huán)境監(jiān)測并得到了重要的研究成果。 </p><p>　　在我國，無線傳感器網(wǎng)絡還未得到廣泛的應用，主要原因是，第一大部分人對其還不熟悉，不知道任何使用，它的優(yōu)勢在哪里；第二無線傳感器網(wǎng)絡在使用中還存在一些重要問題沒有得到徹底解決，國內(nèi)關于它的研究還

9、比較淺，加之其應用不同地方會出現(xiàn)不同的問題，對網(wǎng)絡結構和傳感器節(jié)點等也有不同的要求。 </p><p>　　四、無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用 </p><p>　　（一）礦井環(huán)境監(jiān)測 </p><p>　　對于煤礦企業(yè)而言，安全探測是十分重要的，特別是在需求量持續(xù)增長的前提下，在長期的開發(fā)與使用中，煤礦探測的安全問題愈發(fā)的引起了人們的重視。在無線傳感器網(wǎng)絡的支持

10、下，可以很好的實現(xiàn)低成本的探測需求，并且可以在一定程度上提高礦井作業(yè)的安全屬性。特別是Zig Bee技術的應用與推廣，可以滿足人們對于井下監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、安全分析等綜合需求。在近年來，技術人員將Zig Bee技術進行了細化和拓展，可以幫助人們直觀的了解到井下的作業(yè)情況，這對于安全、高效作業(yè)目標的實現(xiàn)提供了較大的支持。 </p><p>　　（二）軍事環(huán)境監(jiān)測 </p><p>　　無線傳感

11、器網(wǎng)絡具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和容錯性高的特點，因此非常適合在軍事領域應用，也是軍事指揮、控制、通信、計算、情報、監(jiān)視、偵察與目標捕獲系統(tǒng)的重要組成部分。利用無線傳感器網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)對敵軍兵力和裝備的監(jiān)控，戰(zhàn)場實時監(jiān)視，目標定位，戰(zhàn)場評估，核攻擊和生物化學攻擊的監(jiān)測和搜索等功能，目前國際許多機構的課題都是以戰(zhàn)場需求為背景展開的。信息技術必然是未來戰(zhàn)爭取勝的關鍵，目前已然有許多國家將該技術與軍事研究相結合，幫助己方及時的獲取對方的

12、各項信息，從而及時的進行戰(zhàn)略的調整。 </p><p>　　（三）自然環(huán)境監(jiān)測 </p><p><b>　　1、大氣環(huán)境監(jiān)測 </b></p><p>　　將無線傳感網(wǎng)絡用于監(jiān)測大氣環(huán)境，主要需要兩部分的支持，分別是設備和相應的程序支持。設備包括一是傳感器節(jié)點，主要是用于大氣技術參數(shù)的監(jiān)測和收集，還有相配套的放大電路；二是Sink節(jié)點，用來匯

13、總數(shù)據(jù)及向基站傳輸數(shù)據(jù)；三是服務器，這其中需要兩個服務，一個進行數(shù)據(jù)處理，一個用于數(shù)據(jù)傳輸。相應程序也就軟件主要是由用于數(shù)據(jù)收集、處理和傳輸?shù)南嚓P模塊組成，通常有串口通信、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能模塊。它的優(yōu)點是安裝簡單方便、布局靈活、維護容易、成本低。 </p><p><b>　　2、水環(huán)境監(jiān)測 </b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結構從

14、功能上可以將水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)分成三級。第一級是以無線傳感器網(wǎng)絡為核心構造的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點以及測試儀構成；第二級是Zig Bee/GPRS網(wǎng)關系統(tǒng)，主要負責數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)并遠程發(fā)送，遠程數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡控制命令的發(fā)送；第三級是遠程數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，主要負責數(shù)據(jù)的處理分析和控制命令決策。在整個水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，無線傳感器網(wǎng)絡專注于探測和收集水環(huán)境的信息；而復雜的數(shù)據(jù)處理和存儲等則交給遠程數(shù)據(jù)處

15、理中心來完成。主要包括以動態(tài)曲線的方式實現(xiàn)傳感器信息的在線監(jiān)測和大量水質數(shù)據(jù)的存儲。 </p><p><b>　　3、地質監(jiān)測 </b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡在地質監(jiān)測方面也有很廣泛的應用。對于部分地質較為特殊的區(qū)域而言，有效的地質檢測可以很好的促進該區(qū)域基礎設施建設，如凍土環(huán)境下的交通設施建設，在人力無法實現(xiàn)的前提下，無線傳感器網(wǎng)絡則可以很好的實現(xiàn)。

16、尤著宏等基于無線傳感器網(wǎng)絡的青藏鐵路溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用多跳的方式將數(shù)據(jù)從傳感節(jié)點傳輸至轉發(fā)基站上的匯聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點利用 GPRS 網(wǎng)絡發(fā)送至監(jiān)控中心。 </p><p><b>　　4、其他應用 </b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡在其他領域也同樣具有重要的應用價值，例如在農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測方面，崔光照等針對當前農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測面臨的監(jiān)測點分散、布線困難和實時性差

17、等問題，提出了利用具有自組織特性的無線傳感器網(wǎng)絡，對溫度、土地濕度和土壤pH值等環(huán)境變量進行在線監(jiān)測的方法。該方法采用了對等式網(wǎng)絡體系結構，低功耗微小網(wǎng)絡節(jié)點以及基于拓撲樹的網(wǎng)絡初始化配置算法。實驗測試表明，節(jié)點能夠有效地采集和處理數(shù)據(jù)，并可以在節(jié)點間成功地進行通信。另外，無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖、森林監(jiān)測、家庭環(huán)境監(jiān)測以及管道輸送監(jiān)測等方面都得到了廣泛應用。 </p><p>　　綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡在

18、眾多領域都有著應用，并發(fā)揮著極為重要的作用。因此，為使無線傳感器網(wǎng)絡擁有更為廣泛的應用領域，還需要更進一步的深入研究，為社會發(fā)展營造更良好的環(huán)境。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 吳烈國.基于無線傳感器網(wǎng)絡的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].中國科學技術大學，2014 </p><p>　　[2] 劉佳，薛