無線傳感器網絡在環境監測中的應用

高 俊 / 南京杰思爾設備工程有限公司

無線傳感器網絡在環境監測中的應用

高 俊 / 南京杰思爾設備工程有限公司

隨著我國科學技術的不斷發展，網絡技術已經被廣泛應用至社會生產中的各個領域。無線傳感器網絡末梢的傳感器主要是通過無線網絡來實現通訊，并對外界環境進行感知與檢查，主要是用于軍事環境監測、地質環境監測、自然環境監測、礦井環境監測等多個方面。本文將結合實際情況對無線傳感器網絡在環境監測中的應用進行分析，旨在為環境監測工作提供行之有效的參考依據。

無線傳感器網絡；環境監測；有效應用

無線傳感器網絡主要是由傳感器節點、網關、遠程客戶端和PDA用戶、監控中心這四個部分構成，在環境監測工作中被廣泛應用。通過利用傳感器監測指定環境的參數，經由無線網絡將參數信息發送至控制中心實現監測，監測獲取的數據會通過無線網絡進行傳輸，有效提高環境監測質量及效率，同時降低了監測成本。本文將結合實際情況對無線傳感器網絡在環境監測中的應用進行分析，以期為今后的相關工作提供寶貴經驗。

一、無線傳感器網絡體系結構

無線傳感器網絡屬于一種分布式傳感網絡，它的末梢是具備感知、檢查外部環境的傳感器。無線傳感器網絡中的傳感器主要是借助無線網絡實現通信，因此網絡設置較為靈活，設備位置了可以隨意更改，還可以與互聯網通過有線或無線進行連接，而利用無線通信方式進行連接則可以形成一個多跳自組織網絡，具有較強的便利性。通常情況下無線傳感器網絡是由各個傳感器節點以自組織方式構建，存在集中式控制結構、分布式結構兩種結構，在分布式結構中根據節點的數量進行劃分又可以對等式結構與分層結構[1]。在無線傳感器網絡中，傳感器節點主要適用于測量節點所在區域的各項環境指標，如溫度、濕度、壓力、光強等方面指標，在獲取這些參數后通過無線通訊的方式經由網關將數據信息傳輸至監控中心；網關的作用主要是將傳感器網絡與Internet進行連接，使兩種不同的協議棧之間可以相互轉換并將收集而來的數據轉發到外網，同時將接下來需要進行的任務分布給末梢傳感器節點；遠程客戶端和PDA用戶可以借助Internet對監控中心中有關環境信息數據進行訪問，獲取需求數據；監控中心負責向末梢傳感器節點下達工作任務，兼具分析、處理、統計、評估等功能。

二、無線傳感器網絡在環境監測中的應用優勢

隨著我國科學技術的不斷發展，無線傳感器網絡中的各個環節以及應用方式逐漸完善，被廣泛應用至環境監測中。通過將無線傳感器網絡應用到環境監測中，有效提高了環境監測的工作質量及效率，采集數據信息的準確性也得到有效提高。在實際應用過程中無線傳感器網絡主要具有以下三方面優勢：第一，成本較低。由于網絡環境較為開放，為無線傳感器網絡的應用創造了良好的外部環境條件，促使無線傳感器網絡形成自組性特點，實現部署網絡較為迅速，有助于提高環境監測工作效率。第二，現場環境參數指標的采集工作可以通過傳感器節點來完成，在完成采集工作后可以利用中間節點進行傳送，在不需要額外做功、增加成本的基礎上，有效提高系統性能。第三，無線傳感器網絡具有健壯性、抗毀性特點，滿足特定應用的需求。因此，將無線傳感器網絡應用至環境監測中有助于提高監測工作質量及效率，是時代發展的一種必然趨勢[2]。

三、無線傳感器網絡在環境監測中的應用

（一）軍事環境監測

由于無線傳感器網絡具有快速部署、自組性強、隱蔽性較強等特點，被應用于軍事環境監測中，是軍事指揮、控制、計算等系統的重要組成部分，對促進我國軍事發展具有重要意義。在軍事環境監測的過程中，無線傳感器網絡會被用于監控敵軍兵力、裝備，目標定位等方面，同時具備監測核武器攻擊、搜索等功能，及時獲取戰場中的戰況信息，為軍事行動的順利進行創造有利條件[3]。在應用無線傳感器網絡的過程中，軍事人員不需要對網絡進行額外的基礎設計，自組性、自配置特點可以自動適應設備的實際狀態，通過對傳感器節點進行移動就可對任務、網絡需求做出及時的反應，改變了傳統戰場的作戰方式。例如美國俄亥俄州開發研究的“沙地直線”就屬于無線傳感器網絡系統在軍事環境監測中的應用，這一系統可以在戰場中將電子絆網散射而出，對戰場中具有高金屬含量目標進行監測，主要使用于偵察、定位敵軍車輛。

（二）地質環境監測

在地質環境監測中無線傳感器網絡也得到了較為普遍的應用。隨著我國交通事業的發展，鐵路、公路的建設區域逐漸擴大，而在特殊區域內建設而成的鐵路、公路通常會受到地質環境因素的影響，產生一系列變化，對交通運輸造成嚴重威脅，這就需要相關工作人員在工作過程中對特殊地質環境進行嚴密監控，以保證車輛安全。然而這些特殊地質環境通常處于無人區，無法通過人力對地質環境進行實時監測，而無線傳感器網絡的應用有效解決了這一問題，利用傳感器節點對鐵路、公路周圍的地質環境信息、溫度等進行收集，然后傳輸至監控中心進行分析，及時掌握特殊地質環境下鐵路、公路的實際情況，為車輛的正常運輸、行駛提供有力保障[4]。

（三）自然環境監測

無線傳感器網絡在自然環境監測中的應用主要可以分為兩部分：第一，水環境監測。通過將集成有傳感器、計算單元、通信模塊的節點通過自組織方式構成網絡，借助于節點中內置的多種傳感器對周圍環境中的熱、紅外光、可見光、水中有毒物質含量等信號進行監測，具有部署簡便、成本低、等特點。通過將無線傳感器網絡與軟測量、智能處理技術相結合，實現了對濕地水環境質量的遠程實時動態監控，充分掌握指定水域內的實際情況，有效提高了水環境的監測質量及效率，監測數據信息的準確性也得到了有效保證。第二，大氣環境監測。大氣環境監測系統是基于無線傳感器網絡設計而成的。傳統的大氣環境監測系統在實際應用過程中存在著系統較大、安裝困難等弊端，且監測終端過于依靠基礎設施，在一定程度上降低了大氣環境監測的工作效率。無線傳感器網絡的應用改變了這一現狀，僅需要借助數據節點采集的風向、風速、氣體濃度等參數信息就可以實現對區域內大氣的監測，而根據這些監測信息無線傳感器網絡可以準確判斷大氣中是否含有有毒氣體，在有效提高了工作質量及效率的同時，為人們的生命安全提供有力保障[5]。

（四）礦井環境監測

礦井開采工程是我國進行資源開采的一項重要工程，然而在開采過程中通常會受到環境的影響而發生一系列安全事故，因此礦井井下的環境監測工作顯得尤為重要，而無線傳感器網絡為基礎的ZigBee技術的應用有效提高了礦井環境監測質量。通過對這一技術進行研究，科研人員在ZigBee技術的基礎上建立起礦井安全生產檢測網絡，實現工礦傳感，具備人員定位、安全警告等功能。通過將這一網絡系統應用至開采工作中，有助于管理人員及時掌握礦井下的真實情況，以及各個區域工作人員的工作狀態，利用網絡將相關的數據信息、畫面傳輸到地面計算機系統中，而管理人員則可以通過計算機系統準確的掌握工作人員的工作信息、分布情況、運動軌跡，為管理人員的管理工作提供便利。

四、結束語

綜上所述，雖然當前無線傳感器網絡在科學技術的推動下，呈現出較為良好的發展趨勢，但是在實際監測的過程中，無線傳感器網絡中仍然存在一些問題，影響著無線傳感器網絡的發展。在設計無線傳感器網絡的過程中，節點功耗、傳輸網絡、工作環境等均是設計需要考慮的重要問題，同時也是影響無線傳感器網絡設計質量的關鍵因素，因此在今后的發展過程中，應注意結合無線傳感器網絡各節點、網絡環境、監測環境等多方面因素進行設計，有效提高環境監測質量。

魏兆寶.無線傳感器網絡在環境監測中的應用[J].民營科技,2016(3):85.

[2]周麗軍.無線傳感器網絡在礦山環境監測中的應用[D].安徽理工大學,2016.

[3]熊麗萍,楊成余.基于Zigbee無線傳感器網絡在環境監測中的應用[J].科技信息,2014(4):294,299.

[4]王艷平,馮世杰,羅海峰等.無線傳感器網絡在溫室草莓生長環境監測中的應用[J].北方園藝,2015(20):201-204.

[5]馬悅.無線傳感器網絡在近海環境監測中的應用研究[D].大連海事大學,2014.