無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的主要應(yīng)用

1、<p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的主要應(yīng)用</p><p>　　[摘 要]近來環(huán)境監(jiān)測開始得到社會的重視。環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的主要方向是遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中極為重要的是環(huán)境溫度監(jiān)測。無線網(wǎng)絡(luò)化、智能化、微型化、集成化是環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，于是隨著半導(dǎo)體、無線通信技術(shù)、微電子機(jī)械系統(tǒng)等學(xué)科的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就成為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。文章就無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行而

2、來探討。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；環(huán)境監(jiān)測；應(yīng)用分析 </p><p>　　中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0383-01 </p><p>　　一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的涵義 </p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)用了多項(xiàng)技術(shù)，它是多種技術(shù)的集合體，主要包括無線

3、通信技術(shù)、嵌入式計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及分布式信息處理技術(shù)。它可以對監(jiān)控對象進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并加以處理后得到準(zhǔn)確詳實(shí)信息，最終將這些信息發(fā)給有需要的人。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量靜止或移動的節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成，集傳感與驅(qū)動控制、計算、通信能力于一身，協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息并報告給用戶。由于它成本低，采用無線通信，不需要固定網(wǎng)絡(luò)協(xié)助，所以其研究成果應(yīng)用十分廣泛。

4、 </p><p>　　二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) </p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由非常多的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，它們的功能并不完全相同，但是構(gòu)造大體相同，大都是由數(shù)據(jù)收集、處理、發(fā)送和電源四部分構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的作用是收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，或者是類頭節(jié)點(diǎn)。收據(jù)收集，即收集監(jiān)測到的數(shù)據(jù)（如濕度、溫度等），并將其傳送至遠(yuǎn)方基站或者是匯節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)，即將其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息，在不經(jīng)

5、過任何處理的情況直接傳送出去；類頭節(jié)點(diǎn)，收集屬于同一類型節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，匯總后傳送給上一層級。 </p><p>　　系統(tǒng)基本由下面幾部分構(gòu)成： </p><p>　?。?）傳感器節(jié)點(diǎn)。對所監(jiān)控區(qū)域的環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行測量，比如溫度、濕度等，將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控中心。 </p><p>　　（2）網(wǎng)關(guān)。連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將

6、傳感器網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至外網(wǎng)，并給下級節(jié)點(diǎn)布置監(jiān)測任務(wù)。 </p><p>　?。?）遠(yuǎn)程客戶端和PDA用戶。通過外網(wǎng)查詢監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)。 </p><p>　?。?）監(jiān)控中心。布置任務(wù)，下達(dá)監(jiān)測命令，以及管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要是匯總分析，統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 </p><p>　　三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢與現(xiàn)狀 </p><p>　　

7、用無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，具有三個比較明顯的優(yōu)勢。 </p><p>　?。?）成本低廉，網(wǎng)絡(luò)安裝速度快； </p><p>　?。?）在不增加其他設(shè)備的情況下就可以完成數(shù)據(jù)的傳輸工作，這使得系統(tǒng)性能提高了一個數(shù)量級； </p><p>　?。?）網(wǎng)絡(luò)堅實(shí)，不易被毀壞，能夠滿足某些特殊需求。 </p><p>　　關(guān)于將無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于環(huán)

8、境監(jiān)測中，國內(nèi)的學(xué)者已經(jīng)做得很多研究，并獲得了一些研究成果。在美國是研究人員將其用于監(jiān)測島嶼的生態(tài)狀況；在我國，杭州將其用于監(jiān)測杭州西溪濕地水環(huán)境，國防科技大學(xué)將其用于環(huán)境監(jiān)測并得到了重要的研究成果。 </p><p>　　在我國，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還未得到廣泛的應(yīng)用，主要原因是，第一大部分人對其還不熟悉，不知道任何使用，它的優(yōu)勢在哪里；第二無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在使用中還存在一些重要問題沒有得到徹底解決，國內(nèi)關(guān)于它的研究還

9、比較淺，加之其應(yīng)用不同地方會出現(xiàn)不同的問題，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳感器節(jié)點(diǎn)等也有不同的要求。 </p><p>　　四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用 </p><p>　?。ㄒ唬┑V井環(huán)境監(jiān)測 </p><p>　　對于煤礦企業(yè)而言，安全探測是十分重要的，特別是在需求量持續(xù)增長的前提下，在長期的開發(fā)與使用中，煤礦探測的安全問題愈發(fā)的引起了人們的重視。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支持

10、下，可以很好的實(shí)現(xiàn)低成本的探測需求，并且可以在一定程度上提高礦井作業(yè)的安全屬性。特別是Zig Bee技術(shù)的應(yīng)用與推廣，可以滿足人們對于井下監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、安全分析等綜合需求。在近年來，技術(shù)人員將Zig Bee技術(shù)進(jìn)行了細(xì)化和拓展，可以幫助人們直觀的了解到井下的作業(yè)情況，這對于安全、高效作業(yè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了較大的支持。 </p><p>　?。ǘ┸娛颅h(huán)境監(jiān)測 </p><p>　　無線傳感

11、器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強(qiáng)和容錯性高的特點(diǎn)，因此非常適合在軍事領(lǐng)域應(yīng)用，也是軍事指揮、控制、通信、計算、情報、監(jiān)視、偵察與目標(biāo)捕獲系統(tǒng)的重要組成部分。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍兵力和裝備的監(jiān)控，戰(zhàn)場實(shí)時監(jiān)視，目標(biāo)定位，戰(zhàn)場評估，核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監(jiān)測和搜索等功能，目前國際許多機(jī)構(gòu)的課題都是以戰(zhàn)場需求為背景展開的。信息技術(shù)必然是未來戰(zhàn)爭取勝的關(guān)鍵，目前已然有許多國家將該技術(shù)與軍事研究相結(jié)合，幫助己方及時的獲取對方的

12、各項(xiàng)信息，從而及時的進(jìn)行戰(zhàn)略的調(diào)整。 </p><p>　?。ㄈ┳匀画h(huán)境監(jiān)測 </p><p><b>　　1、大氣環(huán)境監(jiān)測 </b></p><p>　　將無線傳感網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)測大氣環(huán)境，主要需要兩部分的支持，分別是設(shè)備和相應(yīng)的程序支持。設(shè)備包括一是傳感器節(jié)點(diǎn)，主要是用于大氣技術(shù)參數(shù)的監(jiān)測和收集，還有相配套的放大電路；二是Sink節(jié)點(diǎn)，用來匯

13、總數(shù)據(jù)及向基站傳輸數(shù)據(jù)；三是服務(wù)器，這其中需要兩個服務(wù)，一個進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一個用于數(shù)據(jù)傳輸。相應(yīng)程序也就軟件主要是由用于數(shù)據(jù)收集、處理和傳輸?shù)南嚓P(guān)模塊組成，通常有串口通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能模塊。它的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡單方便、布局靈活、維護(hù)容易、成本低。 </p><p><b>　　2、水環(huán)境監(jiān)測 </b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從

14、功能上可以將水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)分成三級。第一級是以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為核心構(gòu)造的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)以及測試儀構(gòu)成；第二級是Zig Bee/GPRS網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)并遠(yuǎn)程發(fā)送，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)控制命令的發(fā)送；第三級是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理分析和控制命令決策。在整個水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專注于探測和收集水環(huán)境的信息；而復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和存儲等則交給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處

15、理中心來完成。主要包括以動態(tài)曲線的方式實(shí)現(xiàn)傳感器信息的在線監(jiān)測和大量水質(zhì)數(shù)據(jù)的存儲。 </p><p><b>　　3、地質(zhì)監(jiān)測 </b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地質(zhì)監(jiān)測方面也有很廣泛的應(yīng)用。對于部分地質(zhì)較為特殊的區(qū)域而言，有效的地質(zhì)檢測可以很好的促進(jìn)該區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如凍土環(huán)境下的交通設(shè)施建設(shè)，在人力無法實(shí)現(xiàn)的前提下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則可以很好的實(shí)現(xiàn)。

16、尤著宏等基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的青藏鐵路溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用多跳的方式將數(shù)據(jù)從傳感節(jié)點(diǎn)傳輸至轉(zhuǎn)發(fā)基站上的匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心。 </p><p><b>　　4、其他應(yīng)用 </b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在其他領(lǐng)域也同樣具有重要的應(yīng)用價值，例如在農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測方面，崔光照等針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測面臨的監(jiān)測點(diǎn)分散、布線困難和實(shí)時性差

17、等問題，提出了利用具有自組織特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對溫度、土地濕度和土壤pH值等環(huán)境變量進(jìn)行在線監(jiān)測的方法。該方法采用了對等式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，低功耗微小網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及基于拓?fù)錁涞木W(wǎng)絡(luò)初始化配置算法。實(shí)驗(yàn)測試表明，節(jié)點(diǎn)能夠有效地采集和處理數(shù)據(jù)，并可以在節(jié)點(diǎn)間成功地進(jìn)行通信。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖、森林監(jiān)測、家庭環(huán)境監(jiān)測以及管道輸送監(jiān)測等方面都得到了廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在

18、眾多領(lǐng)域都有著應(yīng)用，并發(fā)揮著極為重要的作用。因此，為使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁有更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，還需要更進(jìn)一步的深入研究，為社會發(fā)展?fàn)I造更良好的環(huán)境。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 吳烈國.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014 </p><p>　　[2] 劉佳，薛