無線傳感器網絡在水質監測中的應用探究

■樊理乾

（南水北調中線渠首環境監測應急中心 河南 南陽 473003）

無線傳感器網絡在水質監測中的應用探究

■樊理乾

（南水北調中線渠首環境監測應急中心 河南 南陽 473003）

伴隨社會的進步與發展，人口數量不斷增加，工業生產與加工力度不斷加大，大量生活污水、工業廢水等排入城市水體系統之中，導致水體受到嚴重的污染，水質大大下降。日趨加劇的水資源污染問題，威脅著人們的身體健康。為保證人們在水體應用上的安全性，開展水質監測工作變得異常重要，一旦發現存在水質污染現象，及時進行治理，為人們提供安全飲水環境。為此，本文就無線傳感器網絡在水質監測中的應用進行了分析與探究。

無線傳感器網絡水質監測應用

目前，環境污染問題日益嚴峻，主要以水體污染與大氣污染為主，尤其是水資源污染，大大影響城市經濟的發展，威脅著城鎮居民的生活質量。面對一系列的水體污染問題，各個城市積極開展水質監測工作，建立完善的水質監測系統。以無線傳感器網絡為主，其中涉及到計算機技術、通訊技術、傳感器技術等多種技術性元素，形成一個完整的網絡體系，該網絡系統具有靈活性強、覆蓋面廣、成本低等特點，在水質監測中的應用價值高。

1 無線傳感器網絡概述

1.1 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡簡稱為WSN，其主要是由空間體系中離散的多個傳感器間進行相互協作而形成的綜合性系統[1]。在該系統中，集合了嵌入式計算機技術、微電子技術、無線通信技術、網絡技術等多種先進的技術元素，能對信息開展實時的監測與同步，對信息進行感知、采集與監測，對信息進行全面的處理與應對，對信息進行處理后，運用無線的方式進行傳輸、發送與共享，以自組多跳的網絡方式向用戶傳遞信息。WSN的運行與應用，其聯網性能更為完善，聯網更具廣泛性，比Internet的聯網性能更佳。Internet僅僅是實現交流的信息化，而WSN則是能為人們的彼此交流提供重要的平臺，將物理元素與信息元素相互融合，研究范圍更廣。WSN經歷了漫長的發展過程，最早可追溯到上世紀七十年代，首代傳感器網絡是借助點對點的傳輸性技術對傳感器予以連接，后來傳感器的連接發生了轉變，不僅僅以串聯為主，還設置了并聯接口，通過兩種連接方式可獲取更多的信息資源，對這些信息進行綜合性的處理，此屬于二代傳感器網絡。第三代傳感器是將傳感器設置成一個局域性網絡，主要受到現場總線的控制[2]；而第四代傳感器則是成為當前全世界研究的熱點問題，主要是將各項無線控制技術進行集合，以形成一個局域網絡。無線傳感器網絡的應用，主要針對水下開展一定的監測任務，該網絡系統運行的原理在于把傳感器設置在水下，借助水聲通信來設置局域性網絡，實現各個節點的協調性工作，進而完成一系列的監測任務。

1.2 無線傳感器網絡的主要特征

新時期，無線傳感器網絡系統在逐漸得到完善，該系統的性能變得更為穩定、高效。在無線傳感器網絡傳輸的過程中，該網絡系統展現出了一定的特點。

其一，WSN屬于規模較大的自組織性網絡系統。WSN的節點數量多，數據多，且該系統具有很強的魯棒性能，致使其他的節點監測區域也在不斷擴展[3]。

其二，WSN屬于多條路由的動態性網絡系統。在整個系統中，所涉及到的節點數量較多，然而，能量是有限的，若通信發射功率較小，會導致整個傳感器網絡系統中節點處的通信距離較短，僅僅可在彼此較為接近的節點間達到單挑的效果，進而實現通信的目的。在傳感器網絡系統中沒有專門的路由設備，負責路由功能部分的是各個節點間的有效協調與運行，進而可將節點看作路由設備，也可將其看作終端設備。

其三，WSN是以數據為核心的網絡系統。傳統器網絡屬于任務型的網絡，若該網絡中所涉及到的節點數量較少，節點即可被分配到一個獨特的標識，若節點較多，則有可能有的節點就無法獲取獨特的標識，且該節點的標識需要以通信協議為基礎。網絡系統的動態化，會大大影響整個網絡系統的動態節點標識，節點編號與地理位置間不存在直接關系，若用戶想要獲取信息，傳輸的數據僅僅是個別節點上的數據信息，并不是整個系統的全部節點，可見，數據對于整個網絡系統的重要性。

2 無線傳感器網絡在水質監測中的應用

2.1 物理光學分析法

物理光學分析法是以光學性質為前提而開展的分析方法，主要的運行原理為光電轉換，借助電子器件彼此間的作用效果，對光學輻射指數進行測試，先對物質開展定性與定量分析。物理光學分析法還可分為光度法、熒光分析法、原子吸收法與發射光譜法等[4]。在以上幾種分析方法中，使用最為頻繁的當屬光度法，處在紅外線與紫外線區就可視為紅外紫外光度法。作為無線傳感器網絡應用的典型代表，物理光學分析方法具有諸多的優勢，分析速度快、效率高、自動化水平高、精確度高等，當然，該方法也存在一定的缺陷，即開展監測時，監測儀器的成本高，價格昂貴。

2.2 電化學傳感器測量法

電化學傳感器測量法是以電化學性為條件而發明出來的，該測量方法是以物質本身化學系統或試樣電響應為理論基礎間而產生的。傳感器中的感知部件信號較弱，以毫伏為單位，借助濾波進行放大處理，然后再借助A/D進行轉換，將數據傳送到嵌入式系統之中進行科學的處理。根據輸出信號的差異，可將傳感器的類型劃分為電導型、電流型與電位型。運用該測量方法所耗費的成本較低，適合用在規模較大的水質監測之中，但是技術問題較為突出，數據監測的精確度受到威脅。

3 結束語

綜上所述，無線傳感器網絡匯集了多種技術性元素，主要以計算機技術、通訊技術、傳感器技術為主，通過多種技術的相互協作與融合，以發揮電子系統的重要監測作用，進而更為高效的應用到水質監測系統之中。伴隨著現代科學技術的不斷發展，我國水質監測工作開展力度越來越大，對無線傳感器網絡提出了更高的要求，為應對水質監測中的各項問題，應及時改進與完善無線傳感器網絡系統的缺陷，實現科學技術的不斷補充與創新，旨在為后續水質監測工作的開展提供高水平的技術支撐。

[1]黃建清,王衛星,姜晟,孫道宗,歐國成,盧康櫸.基于無線傳感器網絡的水產養殖水質監測系統開發與試驗 [J].農業工程學報,2013,04:183-190.

[2]張國杰,陳凱,顏志剛,王文豪.基于無線傳感器網絡的水質監測系統研究 [J].機電工程, 2016,03:366-372.

[3]梁禮明,梁毓明.基于無線傳感器網絡的鄱陽湖水質在線監測 [J].節水灌溉,2012,11: 34-37.

[4]吳守霞,高文琪.無線傳感器網絡在水質監測中的應用 [J].中國建材科技,2014,06:36-37.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-299-1