無線傳感器網絡在環境監測中的應用探析

摘要：近年來，中國經濟高速發展，隨之而來的是嚴重的環境污染。近年來國家一直致力于環境治理問題，環境治理的前提是要發現環境污染問題，為了解決這個難題，國家投入大量資金用于環境探測研究，經過近年來的不懈努力，我國環境探測方面的技術與國外環境探測技術的差距已經逐漸縮小了。其中，無線傳感器網絡技術的發展對我國環境探測技術的進步有著十分重要的影響，由于無線網絡具有成本低，實時性高，無污染等優點，因此該技術被廣泛應用于環境監測中。通過將計算機技術、傳感器技術和無線通信技術應用于環境監測中該技術可以實現遠程控制、實時監控、遠程采集網絡覆蓋范圍內的環境污染狀況，并將信息進行處理整合后通過無線設備傳輸至終端設備。這樣環境檢測人員就能隨時隨地掌握到當地的環境污染狀況，并且及時采取措施進行治理。本論文主要討論的是無線傳感網絡在環境監測中的應用。

關鍵詞：無線傳感器;環境監測;應用探析

中圖分類號：X82 文獻標識碼：A 文章編號：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，隨著中國經濟水平的進一步提高，人們對于生活環境的重視也進一步加深。環保問題也成為我國社會發展的一個重要問題，如何實現國家的可持續發展，改善人們的生活環境是政府今后努力的方向。在這種情況下，為了更好地檢測環境狀況，國內大多數環境保護機構都開始在環境監測機構中引進無線傳感器網絡，通過無線網絡采集并傳輸信息，節省了大量人力資源，提高了環境檢測系統地性能。

1 無線傳感器網絡闡述

無線傳感器網絡是經過有關靜止傳感器以及移動傳感器通過自組織以及多跳方式所構成的一種無線網絡。無線傳感器網絡是通過無線網絡的形式與傳感器進行通信，傳感器能夠對目標的信息進行采集，然后通過無線網絡傳輸給相關的控制設備，然后控制設備對這些信息進行處理和分析。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，其還具有網絡設置簡單方便的優點，設備位置在一定范圍內可以隨意更改。無線傳感器網絡通過自身的傳感器設備對目標測量信息進行獲取，然后通過終端設備對這些設備進行處理和分析，最終給出我們所需要的標準信息。

2 基于無線傳感器網絡環境檢測的特點分析

2.1 多傳感器數據的融合

環境檢測的過程中我們需要對多種不同的信息進行監測和獲取，并且無線傳感器網絡也是由多個不同功能的傳感器組成的，其測量過程中肯定會產生多種不同的數據。這些數據通過無線網絡進行傳輸，但是在傳輸的過程中可能多個數據會在同一時間通過相同的數據采集節點，為了防止數據之間的干擾，數據傳輸節點應該具備一定的數據融合能力，能夠對基礎數據進行篩選，將有用的采集數據通過數據節點傳輸給終端處理設備。

2.2 多數據發送模式

為了實現數據通信功能，無線傳感器系統中的每個節點都具有基本的接收和發射功能。并且，考慮到其中的無線傳感器網絡可能會工作在較為惡劣的環境中，其數據傳輸功能會受到外界環境的干擾，影響其數據傳輸的功能。所以無線傳感器網絡中的數據傳輸節能要具備多數據發送模式，這種模式在無線傳感器正常工作的過程中可以時時的將數據傳回。再遇到外界干擾的情況下也能夠實現對數據的跟蹤，并且保證數據傳回系統。

2.3 系統具備超低功耗

無線傳感器再進行信息采集的過程中需要通過微型電池提供能量，并且在設計的過程中我們需要重點考慮傳感器的使用時間，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能耗：（1）選用低能耗原件。（2）系統設置多個工作狀態，用戶可以自行選擇處于發射狀態、接受狀態、采集狀態還是休眠狀態。（3）當不需要檢測環境時讓系統的CPU、傳感器、無線收發器等主要功耗原件處于休眠狀態。

2.4 Zigbee 通信協議技術

現階段的無線通信技術主要有Bluetooth、紅外線、gsm及Zigbee。其中Zigbee 技術相對于其他無線通信技術而言，具有能耗低、成本低、雙向傳感等優點。

3 無線傳感器網絡在環境監測中的應用

3.1 在大氣環境檢測中的應用

在進行大氣環境檢測的過程中，我們可以利用多種類型的傳感器來檢測空氣中的氣體成分。無線網絡傳感器能夠針對采集到的氣體信息進行分類和監測，對氣體中含有氣體成分的量進行測定，一旦發現氣體中有害成分超過了標準，那么就能夠發出報警信息。大氣環境檢測系統能夠對生活中有毒氣體的含量進行有效測定，并在檢測到大氣環境較差時，通過回饋環保機構相應數據以做出相應的環保措施。工作時間長，能夠連續工作3-4周，節點的傳送速率快，最大可達160kb/s，有效傳送距離最高可達300m。與其他檢測系統相比，無線傳感器網絡能夠利用無線數據信息傳輸技術實現通信，減少了有線設備的使用，方便布置。通過在水域范圍內布置大量節點來采集相關數據，使得數據準確性得到提高。除了陸地環境外，濕地水環境同樣是我們監測的重點，同樣的我們可以使用無線傳感器網絡技術對濕地水環境實時監測。通過在近海中部署無線傳感器網絡還可以實現實時監測海洋水環境狀況，節點處的溫度、光照等。

3.2 在地質環境中的檢測應用

除了以上應用范圍外，無線傳感器網絡在地質檢測方面也有著非常廣泛的應用。其中最典型的事例就是在青藏鐵路上的應用，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，如果采用人力進行監測的話，這樣會對人力資源造成極大的浪費甚至還會對檢測人員產生安全隱患，在這種情況下對青藏鐵路線凍土層溫度的檢測使用無線傳感器網絡是非常這種特定情況的，利用無線傳感器網絡多跳的方式將檢測到的數據從節點處發送到基站的匯集節點處，最后再通過匯集節點利用GPRS網絡遠程發生至監控中心便于工作人員實時監測。

4 結束語

總之，可以預測到無線傳感器網絡技術的發展前途一片光明，未來也會更加廣泛應用于各種地理環境中，但是目前的無線傳感網絡技術還是存在不足，比如節點功耗，達不到理想設計要求，還有就是無線網絡技術對監測環境、資金消耗等都有一定的要求。所以為了使無線傳感網絡技術在不久的將來能夠廣泛的應用，環境監測機構還需要加大資金投入力度，進一步研發無線傳感器技術，使其應用范圍進一步擴大以滿足人們的實際需求。

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收稿日期：2019-08-07

作者簡介：王可心（1985-），女，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為環境監測與管理。