無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

秦山 李軍

摘要：在現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展越趨成熟了，其具備了多種優(yōu)點(diǎn)，如成本較低、功耗很低、自組網(wǎng)等，所以，將其運(yùn)用于環(huán)境監(jiān)測中可以起到非常好的效果。本文首先闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)于環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用價(jià)值，然后分析了在自然環(huán)境與軍事環(huán)境等監(jiān)測中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，最后展望了無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前景，以供同行人士參考。

關(guān)鍵詞：無線傳感器;網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測;應(yīng)用

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.103

Absrtact： In the process of the development of modern society， the development of wireless sensor networks has become more and more mature， which has many advantages， such as low cost， low power consumption， ad hoc networks and so on. Therefore， its application in environmental monitoring can play a very good effect. This paper first expounds the application value of wireless sensor networks in environmental monitoring， then analyses the application of wireless sensor networks in natural and military environment monitoring， and finally looks forward to the development prospects of wireless sensor networks for reference.

Key words： Wireless sensor;Network environment monitoring; Application

近期，伴隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，與人們對環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測提出了嚴(yán)要求，各大企業(yè)與機(jī)構(gòu)開始花費(fèi)更多的時(shí)間與精力在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探究工作。經(jīng)過在監(jiān)測區(qū)域里面設(shè)置很多廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，采用無線通信方法構(gòu)成多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息采集量化與處理結(jié)合及傳輸運(yùn)用。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用價(jià)值分析

運(yùn)用無線傳感器來開展環(huán)境監(jiān)測有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：

第一，給網(wǎng)絡(luò)的組織性提供了快速的網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)質(zhì)性是借助其快速掌握信息的優(yōu)點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)部署無線傳感，進(jìn)而將資源配置優(yōu)化;第二，網(wǎng)絡(luò)有著強(qiáng)有力與抵抗摧毀性的應(yīng)用需求，網(wǎng)絡(luò)有著很強(qiáng)的感染性，網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，使得人們的生活與生產(chǎn)出現(xiàn)了翻天覆地的變化，對于信息的要求提高了，近期，在國內(nèi)與外國從事有關(guān)行業(yè)的人員，也增加了對其的實(shí)驗(yàn)研究，并且得到了一定的進(jìn)展;第三，信息采集數(shù)據(jù)使用路由傳輸，借助無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在達(dá)到零損耗的前提條件下，把整體結(jié)構(gòu)提升到一個(gè)比較高的層次，相關(guān)人員通過數(shù)據(jù)研究得到，環(huán)境監(jiān)測里面運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)傳感是非常有必要的，如此可以在一定程度上得到很多有效的信息，對于技術(shù)的探索與發(fā)展可以提供有效的保障，在環(huán)境層面有著良好的監(jiān)測作用，與此同時(shí)可以及時(shí)有效貫徹和落實(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2 環(huán)境檢測中運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用

眾人皆知，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著可迅速部署、可自主組織及隱蔽性強(qiáng)等特征，所以比較適合使用于軍事領(lǐng)域中，并且其還是軍事指揮與控制、計(jì)算與情報(bào)、目標(biāo)采集與偵測等系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分。運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到對敵人兵力以及裝備的有效監(jiān)督與控制，有著對戰(zhàn)場進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測、對目標(biāo)定位與評估等方面的功能，現(xiàn)階段國際諸多結(jié)構(gòu)的課題均是以戰(zhàn)場需求為主進(jìn)行的。西方發(fā)達(dá)國家陸軍近期持續(xù)開啟了很多研究計(jì)劃，探究傳感器網(wǎng)絡(luò)在將來戰(zhàn)爭中的有效運(yùn)用，在這之中，傳感器信息技術(shù)局項(xiàng)目，經(jīng)過在戰(zhàn)場分布不相同類型的傳感器，構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠讓兵士快速得到戰(zhàn)場實(shí)際情況。這一網(wǎng)絡(luò)不需要?jiǎng)e的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，具備了自組織以及配置的特征，可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)設(shè)備失效與老化，可以管理傳感器節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)對任務(wù)與網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行有效的反應(yīng)。再者，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠變成將來戰(zhàn)場中的電子眼，可以在將來三十年中改善戰(zhàn)場環(huán)境。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在礦井環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用

在國內(nèi)，常常產(chǎn)生煤礦安全事故問題，所以，礦下安全監(jiān)測技術(shù)顯得十分重要。伴隨煤炭生產(chǎn)的迅速發(fā)展，礦井結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜了，這就導(dǎo)致了安全監(jiān)測有線傳輸方式無法和無線傳輸方法相比較，因?yàn)闊o線傳輸更加容易部署。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在某種程度上解決了一大難題，在這之中，ZigBee技術(shù)運(yùn)用甚廣。這種技術(shù)是功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率很低、近距離以及成本不高的雙向無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把其在傳感器中使用，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，對合理處理礦下高效與安全問題意義重大。有人提出了在該技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺基礎(chǔ)之上的礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，以此來實(shí)現(xiàn)工況傳感，具備人員定位以及安全警告燈功能，涵蓋了礦井組網(wǎng)模型與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制、監(jiān)控中心管理軟件設(shè)計(jì)幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在自然環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)乃無線傳感器網(wǎng)絡(luò)于環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的詳細(xì)運(yùn)用。當(dāng)前具備的氣體成本監(jiān)測系統(tǒng)存在著諸多缺陷，如系統(tǒng)較大、安裝有一定難度、監(jiān)測終端過于依靠通信基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)控終端與主控終端使用有線通信、必須要布線等。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)Υ髿馇闆r展開及時(shí)監(jiān)測，借助不同的傳感器探頭，能夠監(jiān)測到大氣里面的相關(guān)氣體含量。按照各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)收集的風(fēng)向及氣體濃度等各種參數(shù)，可以在第一時(shí)間監(jiān)測到有毒氣體泄漏情況。設(shè)計(jì)了在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的多溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)提出了單個(gè)溫室環(huán)境監(jiān)測軟硬件對策與方法。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用。在水環(huán)境監(jiān)測過程中使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有著一定的優(yōu)勢。集成有傳感器、計(jì)算單元及通信模塊的節(jié)點(diǎn)可以經(jīng)過自組織形式組成網(wǎng)絡(luò)，利用節(jié)點(diǎn)里面內(nèi)設(shè)的各種傳感器監(jiān)測四周環(huán)境里面的熱、紅外光、水里面有毒物質(zhì)含量等各種信號，布置便捷，不需要電纜等設(shè)施予以支持。除此以外，傳感器節(jié)點(diǎn)價(jià)格不高，可以合理部署范圍較大的水域，有益于借助節(jié)點(diǎn)的采集信息空間有關(guān)性得到較為精準(zhǔn)的環(huán)境信息。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地質(zhì)監(jiān)測中的運(yùn)用。通常而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)于地質(zhì)監(jiān)測中運(yùn)用甚廣。中國的青藏鐵路穿過550km的凍土區(qū)，伴隨著溫度的改變，凍土層易于衍生出地質(zhì)問題，進(jìn)而給鐵路交通安全帶來不良影響。凍土層所處區(qū)域大部分是無人區(qū)，假設(shè)只是依靠人力進(jìn)行監(jiān)測，那么就需要投入大量人力、物力資源。首先，有關(guān)學(xué)者研究開發(fā)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)青藏鐵路溫度監(jiān)測體系，使用多跳方法把數(shù)據(jù)從傳感節(jié)點(diǎn)傳遞到轉(zhuǎn)發(fā)基站中的匯聚節(jié)點(diǎn)，接著由匯聚節(jié)點(diǎn)使用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心;其次，監(jiān)測裝置，有關(guān)學(xué)者設(shè)計(jì)出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測裝置，在這之中涵蓋了光纖推力監(jiān)測儀器與含水量監(jiān)測儀器等，采用GSM網(wǎng)絡(luò)短信功能把數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，進(jìn)而對滑坡實(shí)施及時(shí)預(yù)判;最后，傳感材質(zhì)，有關(guān)學(xué)者提出了針對極端環(huán)境冰川監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了部署網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞路徑，關(guān)注了與冰川環(huán)境里無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所需的操作系統(tǒng)功能與傳感器材質(zhì)等問題。

3 結(jié)束語

現(xiàn)如今，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)發(fā)展迅速，可是其在發(fā)展過程中也出現(xiàn)了各種各樣的問題。阻礙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的原因有很多，通常是節(jié)點(diǎn)功能損耗與傳輸網(wǎng)絡(luò)等，在探索無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一基礎(chǔ)之上，建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，場地檢測表示這一系統(tǒng)非常穩(wěn)定且可靠，并且通信率極高，有著很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，有益于徹底解決現(xiàn)階段環(huán)境監(jiān)測里的及時(shí)性差等問題。

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收稿日期：2019-02-20

作者簡介：秦山（1985-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榇髿猸h(huán)境監(jiān)測。