無線傳感器網絡在環境監測中的應用

陳 濤

棗莊市臺兒莊區環境保護監測站

1 無線傳感器網絡的基本定義

無線傳感其網絡是在移動、靜止扭矩傳感器在多跳方式作用下所形成的無線網絡。無線傳感器網絡中傳感器的通信渠道為無線網絡，且傳感器運中可自行采集目標信息，并借助無線網絡通道將所采集的數據傳輸給對應的管理設備。設備在高效率的分析、處理傳感器所采集的數據后，可將其應用在環境監測、地質分析等工作中。相對于傳統的有線傳感器，基于無線傳感器網絡的傳輸方法數據傳輸更為便捷、網絡線路與設備布設簡單方便，甚至能夠隨意更改數據傳輸設備的分布范圍。因此，通常情況下，無線傳感器網絡可利用自身所攜帶的傳感器設備，獲取目標信息，同時在終端設備輔助下分析該信息，將其整理為可利用的有效信息。

2 環境監測中無線傳感器網絡的應用優勢

環境檢查是維護生態系統平衡，改善生態環境的重要工作，無線傳感器網絡在環境監測工作中的滲透，是利用無線傳感器網絡數據傳輸的便捷性，提升環境監測中信息利用率，確保環境監測結果分析的準確性。具體來說，環境監測中無線傳感器網絡的應用優勢，主要體現在以下內容中。

其一，其網絡自身的組織性可確保網絡活動運行的快速性、優質性，使其能夠快速獲取環境監測信息，優化環境監測中的數據資源配置。其二，無線傳感器網絡中，其網絡結構的抗干擾性、抗摧毀性較強，在互聯網時代中，無線傳感器網絡在環境監測中的應用，可進一步確保監測信息采集完整性、精確性，滿足環境監測工作對信息采集的質量要求。其三，信息采集、傳輸過程中，無線傳感器網絡可在設備零損耗的基礎上，優化環境監測設備的整體結構，提升環境監測信息化水平，同時能夠減少環境監測中的設備損耗，為該項共享供應更多可利用的信息。

3 無線傳感器網絡應用中的環境監測特點

3.1 多數據輸送

在環境監測中應用無線傳感器網絡的目標，是為實現環境監測數據輸送的高效性，而無線傳感器網絡中，傳感器分布節點均具有數據采集、發射功能，所以在不同環境條件下，無線傳感器網絡的數據發射模式為多數據輸送，且外界環境對數據傳輸產生的影響較小。環境監測人員可根據環境信息處理要求，及時跟蹤、回收網絡傳感器中的監測數據，將其匯總到數據管理系統中。

3.2 設備功耗低

無線傳感器網絡在信息采集中，傳感器能量供應為微型電池，該電池在設計期間，通常會提前評估傳感器適用年限，從而有效控制傳感器功耗，延長環境監測中傳感器的使用年限。比如設計者在開發無線傳感器設備時，可通過選擇低能耗元件、自動調整休眠等方式，減少運行能耗，并根據環境監測人員基本要求，控制設備的運行狀態。

3.3 數據融合性強

環境監測中所包含的信息數據量、數據類型較多，無線傳感器網絡在獲取、采集信息時，因傳感器功能的差異性，該網絡內部存儲中會存在海量數據資源。為避免數據通信中各類數據出現相互干擾問題，無線傳感器數據網絡需要利用數據傳輸節點的分布，增強傳感器對數據的融合性，靈活篩選基礎監測數據，將有價值的監測信息傳輸給終端設備。

4 無線傳感器網絡在環境監測中的具體應用

4.1 大氣環境監測

在監測大氣環境時，相關人員可通過多功能的無線傳感器檢測大氣中的氣體成分，并在獲取到檢測信息后自動分類氣體信息，測定各氣體成分的實際含量。在此期間，若發現大氣中污染物質成分超出標準后，環境監測系統可自動生成報警信息，提示相關部門及時處理污染物質超標問題。除此之外，基于無線傳感器網絡額環境監測系統，同樣可用于生活氣體成分測定，便于環保單位及時制定環保方案。除此之外，無線傳感器網絡的可持續運行3~5 周，氣體測定數據傳輸速度快，約為150kb/s，各節點傳感器數據傳送距離為300m。相較于傳統的有線傳感器網絡，基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統，能夠在無線通信技術的作用下，控制有線設備數量，在特定范圍內，不知道大量無線傳感器設備，完整的采集各區域內的大氣環境信息，提升大氣環境監測的準確性。

4.2 地質環境監測

地質環境監測中，無線傳感器網絡通常被應用在無人區、礦區、特殊地理位置中，比如在我國某鐵路周邊的無人區監測中，無線傳感器網絡可避免在大范圍的監測區域浪費人力資源，減少無人區地質環境監測對人員帶來的安全隱患，準確分析土層結構、土壤類型。在獲取當地地質信息后，無線傳感器網絡可通過多跳方式，從不同傳感器分布節點發送地質信息數據，而地質環境監測人員可聯合應用GPS 技術，遠程監測該區域的地質環境。

比如相關人員在應用無線傳感器網絡時，以ZigBee 技術為核心，建立地質信息采集、環境監測控制系統。該系統的主要結構包括上位機監控中心、傳感器無線服務網絡、地質信息監控顯示系統、監測點控制系統等，在無線傳感器網絡協助下，系統終端設備、上位機設備均為無線設備。當終端設備獲取到地質信息后，繼電器可自動驅動，并在傳感器運行中，由ZigBee 網絡輸送、發送地質環境檢測數據，接收地質監測中的指令。在該系統的結構設計中，上位機的主要功能在于實現地質環境監測系統與無線傳感器網絡的通信，同時能夠在線、實時顯示地質環境數據，若地質環境中土壤、土層分布信息超出預計范圍，系統可自動發布警報信息，為地質環境治理方案的制定提供數據參考。

4.3 工業環境監測

在我國環境監測工作中，無線傳感器網絡同樣可應用在較為危險、復雜的工業環境中，例如礦區、核電廠、石油鉆井等區域。無線傳感器網絡的使用，可實時監測各區域工作環境，加強環境安全，維護工作人員財產、生命安全。除此之外，無線傳感器網絡中，各監測點的靈活布局，可代替人工作業，減少人工環境監測中的安全風險，確保工業環境中安全風險預估的準確性，以及相關單位對險情的反應速度。在此期間，無線傳感器網絡可憑借自身組網靈活、監測設備部署便捷等特點，應用在工業生產中的環境監測，利用傳感器構建倉儲管理的物聯網，實時交換工業環境中的生產數據。

4.4 自然環境監測

無線傳感器在環境監測中有著非常廣泛的應用范圍，其在自然環境監測中，可在大氣監測的基礎上，系統監控洪水、氣象、火災等生態環境信息。在自然環境監測過程中，無線傳感器網絡應用成本低、功能類型多、可有效解決操作復雜的監測工作，全面監控我國自然環境。例如在野外區域布設無線傳感器網絡時，傳感器可在環境監測人員的驅動下，自動感應周邊環境變化，保護自然環境，及時發現生態環境中水污染、大氣污染問題，并為自然環境治理工作提供數據參考。

再者，河流周邊的無線傳感器，同樣可用于監測水位變化，及時預警洪水、滑坡等自然災害，并在出現異常數據后，及時將數據信息傳輸到自然環境遠程監測中心中，提示周邊居民及時做好防護工作，以此減少洪水與滑坡造成的經濟、人員損失。除此之外，近年來的森林火災事故較多，無線傳感器網絡在應用時，可將傳感器設置在森林保護區域，協助相關部門預防火災風險，及時上傳火災地點、分享火勢信息，有效控制火災對環境造成的損害。

4.5 環境監測定位與信息采集

環境監測中，數據源定位、信息采集屬于基礎性的工作。一方面，無線傳感器網絡能夠在環境數據采集與分析中，根據傳感器的內部給出的指令信息，控制數據采集頻次。隨后及時將內部數據輸送到環境監測中心，并且在管理人員給出休眠指令后，立即調整運行狀態，節約設備整體能耗。但是對于環境監測中心周邊的傳感器，其需要同時承擔數據傳輸、構建數據傳輸通道的責任，所以設備能量消耗較大。為此，相關人員應在無線傳感器網絡布設中，提前使各節點傳感器壓縮、融合環境信息，之后再將處理后的數據匯總到靠近監測中心的傳感器基站內。在此期間，Lempel-Ziv在傳感器網絡數據壓縮中，可高效的控制數據量，為環境監測系統穩定運行打好基礎。

另一方面，傳感器網絡中，數據源定位是指傳感器在數據傳輸中，按照環境監測要求，將特定位置所采集的信息輸送到傳感器控制終端。同時在獲取到異常監測信息后，將異常數據員采集位置傳輸到環境監測中心，使其在異常事件分析時，及時掌握環境異常位置，從而到指定位置中，處理環境污染、水體污染等問題。除此之外，定位異常數據位置時，相關人員需要有效策略各傳感器分布節點的間距，并根據環境監測區域，對數據傳輸網絡進行定位。在定位傳感器網絡節點時，網絡結構中的APIT、TOA、AOA、質心算法中，TOA、AOA為與距離測量有關的算法類型，所以無線傳感器網絡能夠在不更新網絡硬件設備的前提下，自動運行定位機制，給出詳細的位置信息，提高環境監測人員的工作效率。

5 結束語

綜上所述，環境監測中應用無線傳感器網絡時，需要根據實際環境監測要求，集成應用定位、能量管理、數據融合等技術，高效率采集環境信息，分析環境中的各項指標，從而結合實際監測結果，制定對應的環境保護、污染處理、地質改善措施，維護生態系統、社會發展的平衡。除此之外，無線傳感器網絡在環境監測領域的不斷應用，其應用技術將逐步成熟、監測范圍呈現出擴大化趨勢，相關部門應積極挖掘無線傳感器網絡的應用潛能，為我國經濟增長提供助力。