無線傳感器網(wǎng)絡在水質監(jiān)測中的應用探究

■樊理乾

（南水北調中線渠首環(huán)境監(jiān)測應急中心 河南 南陽 473003）

無線傳感器網(wǎng)絡在水質監(jiān)測中的應用探究

■樊理乾

（南水北調中線渠首環(huán)境監(jiān)測應急中心 河南 南陽 473003）

伴隨社會的進步與發(fā)展，人口數(shù)量不斷增加，工業(yè)生產與加工力度不斷加大，大量生活污水、工業(yè)廢水等排入城市水體系統(tǒng)之中，導致水體受到嚴重的污染，水質大大下降。日趨加劇的水資源污染問題，威脅著人們的身體健康。為保證人們在水體應用上的安全性，開展水質監(jiān)測工作變得異常重要，一旦發(fā)現(xiàn)存在水質污染現(xiàn)象，及時進行治理，為人們提供安全飲水環(huán)境。為此，本文就無線傳感器網(wǎng)絡在水質監(jiān)測中的應用進行了分析與探究。

無線傳感器網(wǎng)絡水質監(jiān)測應用

目前，環(huán)境污染問題日益嚴峻，主要以水體污染與大氣污染為主，尤其是水資源污染，大大影響城市經濟的發(fā)展，威脅著城鎮(zhèn)居民的生活質量。面對一系列的水體污染問題，各個城市積極開展水質監(jiān)測工作，建立完善的水質監(jiān)測系統(tǒng)。以無線傳感器網(wǎng)絡為主，其中涉及到計算機技術、通訊技術、傳感器技術等多種技術性元素，形成一個完整的網(wǎng)絡體系，該網(wǎng)絡系統(tǒng)具有靈活性強、覆蓋面廣、成本低等特點，在水質監(jiān)測中的應用價值高。

1 無線傳感器網(wǎng)絡概述

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡

無線傳感器網(wǎng)絡簡稱為WSN，其主要是由空間體系中離散的多個傳感器間進行相互協(xié)作而形成的綜合性系統(tǒng)[1]。在該系統(tǒng)中，集合了嵌入式計算機技術、微電子技術、無線通信技術、網(wǎng)絡技術等多種先進的技術元素，能對信息開展實時的監(jiān)測與同步，對信息進行感知、采集與監(jiān)測，對信息進行全面的處理與應對，對信息進行處理后，運用無線的方式進行傳輸、發(fā)送與共享，以自組多跳的網(wǎng)絡方式向用戶傳遞信息。WSN的運行與應用，其聯(lián)網(wǎng)性能更為完善，聯(lián)網(wǎng)更具廣泛性，比Internet的聯(lián)網(wǎng)性能更佳。Internet僅僅是實現(xiàn)交流的信息化，而WSN則是能為人們的彼此交流提供重要的平臺，將物理元素與信息元素相互融合，研究范圍更廣。WSN經歷了漫長的發(fā)展過程，最早可追溯到上世紀七十年代，首代傳感器網(wǎng)絡是借助點對點的傳輸性技術對傳感器予以連接，后來傳感器的連接發(fā)生了轉變，不僅僅以串聯(lián)為主，還設置了并聯(lián)接口，通過兩種連接方式可獲取更多的信息資源，對這些信息進行綜合性的處理，此屬于二代傳感器網(wǎng)絡。第三代傳感器是將傳感器設置成一個局域性網(wǎng)絡，主要受到現(xiàn)場總線的控制[2]；而第四代傳感器則是成為當前全世界研究的熱點問題，主要是將各項無線控制技術進行集合，以形成一個局域網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡的應用，主要針對水下開展一定的監(jiān)測任務，該網(wǎng)絡系統(tǒng)運行的原理在于把傳感器設置在水下，借助水聲通信來設置局域性網(wǎng)絡，實現(xiàn)各個節(jié)點的協(xié)調性工作，進而完成一系列的監(jiān)測任務。

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡的主要特征

新時期，無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)在逐漸得到完善，該系統(tǒng)的性能變得更為穩(wěn)定、高效。在無線傳感器網(wǎng)絡傳輸?shù)倪^程中，該網(wǎng)絡系統(tǒng)展現(xiàn)出了一定的特點。

其一，WSN屬于規(guī)模較大的自組織性網(wǎng)絡系統(tǒng)。WSN的節(jié)點數(shù)量多，數(shù)據(jù)多，且該系統(tǒng)具有很強的魯棒性能，致使其他的節(jié)點監(jiān)測區(qū)域也在不斷擴展[3]。

其二，WSN屬于多條路由的動態(tài)性網(wǎng)絡系統(tǒng)。在整個系統(tǒng)中，所涉及到的節(jié)點數(shù)量較多，然而，能量是有限的，若通信發(fā)射功率較小，會導致整個傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中節(jié)點處的通信距離較短，僅僅可在彼此較為接近的節(jié)點間達到單挑的效果，進而實現(xiàn)通信的目的。在傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中沒有專門的路由設備，負責路由功能部分的是各個節(jié)點間的有效協(xié)調與運行，進而可將節(jié)點看作路由設備，也可將其看作終端設備。

其三，WSN是以數(shù)據(jù)為核心的網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳統(tǒng)器網(wǎng)絡屬于任務型的網(wǎng)絡，若該網(wǎng)絡中所涉及到的節(jié)點數(shù)量較少，節(jié)點即可被分配到一個獨特的標識，若節(jié)點較多，則有可能有的節(jié)點就無法獲取獨特的標識，且該節(jié)點的標識需要以通信協(xié)議為基礎。網(wǎng)絡系統(tǒng)的動態(tài)化，會大大影響整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的動態(tài)節(jié)點標識，節(jié)點編號與地理位置間不存在直接關系，若用戶想要獲取信息，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)僅僅是個別節(jié)點上的數(shù)據(jù)信息，并不是整個系統(tǒng)的全部節(jié)點，可見，數(shù)據(jù)對于整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的重要性。

2 無線傳感器網(wǎng)絡在水質監(jiān)測中的應用

2.1 物理光學分析法

物理光學分析法是以光學性質為前提而開展的分析方法，主要的運行原理為光電轉換，借助電子器件彼此間的作用效果，對光學輻射指數(shù)進行測試，先對物質開展定性與定量分析。物理光學分析法還可分為光度法、熒光分析法、原子吸收法與發(fā)射光譜法等[4]。在以上幾種分析方法中，使用最為頻繁的當屬光度法，處在紅外線與紫外線區(qū)就可視為紅外紫外光度法。作為無線傳感器網(wǎng)絡應用的典型代表，物理光學分析方法具有諸多的優(yōu)勢，分析速度快、效率高、自動化水平高、精確度高等，當然，該方法也存在一定的缺陷，即開展監(jiān)測時，監(jiān)測儀器的成本高，價格昂貴。

2.2 電化學傳感器測量法

電化學傳感器測量法是以電化學性為條件而發(fā)明出來的，該測量方法是以物質本身化學系統(tǒng)或試樣電響應為理論基礎間而產生的。傳感器中的感知部件信號較弱，以毫伏為單位，借助濾波進行放大處理，然后再借助A/D進行轉換，將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式系統(tǒng)之中進行科學的處理。根據(jù)輸出信號的差異，可將傳感器的類型劃分為電導型、電流型與電位型。運用該測量方法所耗費的成本較低，適合用在規(guī)模較大的水質監(jiān)測之中，但是技術問題較為突出，數(shù)據(jù)監(jiān)測的精確度受到威脅。

3 結束語

綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡匯集了多種技術性元素，主要以計算機技術、通訊技術、傳感器技術為主，通過多種技術的相互協(xié)作與融合，以發(fā)揮電子系統(tǒng)的重要監(jiān)測作用，進而更為高效的應用到水質監(jiān)測系統(tǒng)之中。伴隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，我國水質監(jiān)測工作開展力度越來越大，對無線傳感器網(wǎng)絡提出了更高的要求，為應對水質監(jiān)測中的各項問題，應及時改進與完善無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的缺陷，實現(xiàn)科學技術的不斷補充與創(chuàng)新，旨在為后續(xù)水質監(jiān)測工作的開展提供高水平的技術支撐。

[1]黃建清,王衛(wèi)星,姜晟,孫道宗,歐國成,盧康櫸.基于無線傳感器網(wǎng)絡的水產養(yǎng)殖水質監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與試驗 [J].農業(yè)工程學報,2013,04:183-190.

[2]張國杰,陳凱,顏志剛,王文豪.基于無線傳感器網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)研究 [J].機電工程, 2016,03:366-372.

[3]梁禮明,梁毓明.基于無線傳感器網(wǎng)絡的鄱陽湖水質在線監(jiān)測 [J].節(jié)水灌溉,2012,11: 34-37.

[4]吳守霞,高文琪.無線傳感器網(wǎng)絡在水質監(jiān)測中的應用 [J].中國建材科技,2014,06:36-37.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-299-1