無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用

張文靜 付旭東

內(nèi)容摘要 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，環(huán)境監(jiān)測工作日益受到重視，無線傳感器被用來提高工作效率，為環(huán)境監(jiān)測工作提供技術(shù)支持。文章就無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用構(gòu)架、應用優(yōu)勢和現(xiàn)狀及具體應用進行了分析，希望可以提高環(huán)境監(jiān)測工作的水平，實現(xiàn)無線傳感器的最大化利用。

關鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡 環(huán)境監(jiān)測 構(gòu)架 優(yōu)勢和現(xiàn)狀 應用

1 引言

當前，我國對環(huán)境污染日漸嚴重的問題做了諸多努力，通過頒布相關的法律來限制有毒氣體及污染物的排放，但就目前的實際情況來看，還需要加強環(huán)境監(jiān)測，完善環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，以此來控制環(huán)境污染問題，構(gòu)建良好的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。

2 無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用構(gòu)架

無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用構(gòu)架主要包含著四個部分，即通信節(jié)點、Sink節(jié)點、應用服務器和數(shù)據(jù)服務器。其中，構(gòu)架中的通信節(jié)點可以完成相關的數(shù)據(jù)采集、信號處理及無線通信工作。因此，從本質(zhì)上來講，通信節(jié)點屬于信息幀的發(fā)起者，也是信息幀的轉(zhuǎn)發(fā)者，在實際的應用過程中，利用通信節(jié)點，可以完成網(wǎng)絡自組組和多條路由，將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點。Sink節(jié)點在實際應用時，則需要通過利用RS232串口線和相關的計算機進行連接，以此來實現(xiàn)功能的發(fā)揮。

通常情況下，應用人員為了節(jié)約通信節(jié)點的電能，都是采取多跳通信方式進行構(gòu)架中的通信節(jié)點及Sink節(jié)點的連接。另外，應用人員為了保證構(gòu)架中所有的通信節(jié)點都可以實現(xiàn)和Sink節(jié)點之間的無線鏈路的監(jiān)理，還需要在有效的通信范圍內(nèi)建立相鄰節(jié)點，而且，所建立的相鄰節(jié)點也可以作為構(gòu)架中的另一個通信階段，也可以當作Sink節(jié)點。

在通信節(jié)點和Sink節(jié)點之間的通信方面，應用人員則可以加強對通信距離的分析，根據(jù)不同的通信距離選擇不同功率的天線。例如，如果環(huán)境監(jiān)測的區(qū)域較大，工作人員則需要應用大發(fā)射功率的天線，這種情況下就會增加通信節(jié)點的能量消耗，為此，工作人員需要在通信節(jié)點的布置上，降低其布置的密度，進而實現(xiàn)構(gòu)架成本的節(jié)約。

Sink節(jié)點和構(gòu)架中的應用服務器之間的通信，工作人員可以為其安裝GSM短信模塊或GPRS模塊，以此來實現(xiàn)通信過程。另外，Sink節(jié)點和應用服務器之間的通信不會受到RS232所允許的最大長度的限制。而且，構(gòu)架中的應用服務器和數(shù)據(jù)服務器也可以實現(xiàn)因特網(wǎng)的相互連接，以此來提高環(huán)境監(jiān)測的水平，可以及時發(fā)布環(huán)境監(jiān)測的信息[1～3]。

3 無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的優(yōu)勢和現(xiàn)狀

無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測工作中的應用優(yōu)勢有很多，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：第一，通過應用無線傳感器網(wǎng)絡，可以利用網(wǎng)絡的自主型實現(xiàn)快速部署網(wǎng)絡，并降低部署的成本;第二，利用無線傳感器網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對監(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，并通過構(gòu)架中的中間節(jié)點進行數(shù)據(jù)的傳輸，且在整個過程中不會增加功能的消耗和費用，提高環(huán)境監(jiān)測的水平;第三，應用無線傳感器網(wǎng)絡，還可以有效地提高網(wǎng)絡的健壯性和抗毀性，以此來滿足環(huán)境監(jiān)測工作的特點要求。

當前，無線傳感器網(wǎng)絡在國外的環(huán)境監(jiān)測工作中的應用已經(jīng)較為成熟，我國雖然應用的時間較晚，但是也取得了一定的成就。例如，在杭州西溪濕地水環(huán)境監(jiān)測工作中就應用了無線傳感器網(wǎng)絡，其應用效果較好。但是，就目前無線傳感器網(wǎng)絡在我國的基本應用現(xiàn)狀來看，其在相關企事業(yè)單位中的應用還有待推廣。造成這種現(xiàn)狀的主要原因是主要包括：一是無線傳感器網(wǎng)絡從本質(zhì)上來講屬于一項新興的科技，因此，人們對其的優(yōu)勢和應用還較為陌生;二是我國在無線傳感器網(wǎng)絡上還存在一定的技術(shù)問題需要進行解決，在研究和應用方面尚處于起步階段，難以滿足實際的應用需要[4]。

4 無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用

4.1 在能量管理方面的應用

無線傳感器網(wǎng)絡在我國環(huán)境監(jiān)測工作中的首要應用就是在能量管理方面的應用，具體表現(xiàn)為如下幾點[5]：

第一，為保障在環(huán)境監(jiān)測工作中既不影響工作又能節(jié)約能源，需要采取有效的管理辦法。所安裝的傳感器通常情況下是依靠電池來維供應的，因為可用的電量比較有限，在實際的應用過程中，工作人員為了減少更換電池的次數(shù)，就需要加強能量管理，而更換電池操作起來非常困難。為此，環(huán)境監(jiān)測人員可以安裝休眠機制，從而節(jié)約電量，降低消耗。

第二，如果信息在輸送過程中中斷，傳感器中節(jié)點輸送停止，應先關閉所對應的通信模塊和數(shù)據(jù)收集模塊，做到能量節(jié)約。

第三，在進行傳感任務時，相鄰的區(qū)域節(jié)點也會開始活動，并在活動的過程中形成一個較為完善的活動區(qū)域，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，活動區(qū)域也會因為數(shù)據(jù)傳輸方式的不同而發(fā)生一定的改變，進而使活動區(qū)域在完成任務以后就會停止動作，以此來降低能量的消耗。

第四，傳感器的不同節(jié)點也會進行輪流的工作，在一定意義上也會降低對能量的損耗。

4.2 定位技術(shù)的應用

無線傳感器網(wǎng)絡在我國環(huán)境監(jiān)測工作的應用還表現(xiàn)為定位技術(shù)的應用，其可以將監(jiān)測對象的位置信息傳輸?shù)娇刂贫?，從而有利于當前環(huán)境檢測工作持續(xù)進行。另外，通過應用無線傳感器網(wǎng)絡，還可以定位當前監(jiān)測位置，并獲取到相關數(shù)據(jù)節(jié)點的位置信息，進而為實際的環(huán)境監(jiān)測工作提供準確的位置信息。工作人員在利用無線傳感器網(wǎng)絡進行定位操作時，還需要對不同的節(jié)點之間的角度或者是距離進行有效的測量，然后按照實際的情況，進行傳感器網(wǎng)絡定位，其中，與距離相關的定位主要包含TOA定位和AOA定位等，其他方面的定位則主要包含APIT和質(zhì)心算法等。

4.3 數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應用

我國環(huán)境監(jiān)測工作的主要目的是收集大量的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并對其進行分析，這就需要用到數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

第一，在實際的數(shù)據(jù)采集工作中，工作人員需要根據(jù)實際情況確定數(shù)據(jù)采集的頻率和精確度，然后再利用基站向傳感器的節(jié)點中發(fā)送指令信息，在這個過程中要注意保證數(shù)據(jù)的收集和能量消耗的統(tǒng)一性。

第二，在環(huán)境監(jiān)測的過程中，工作人員需要在環(huán)境監(jiān)測的范圍內(nèi)，將所需要的節(jié)點的數(shù)據(jù)信息傳送到控制中心。

第三，對于控制中心附近的傳感器節(jié)點，其不僅需要負責數(shù)據(jù)的傳輸工作，還需要為另一些節(jié)點建立完善的數(shù)據(jù)傳輸通道，因此，在能量消耗上較多，工作人員需要利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對各個節(jié)點所采集到的數(shù)據(jù)進行有效的融合和壓縮。

4.4 工業(yè)產(chǎn)業(yè)環(huán)境監(jiān)測方面的應用

在我國的工業(yè)產(chǎn)業(yè)上，也可以應用無線傳感器網(wǎng)絡來完成一些較為危險的工作環(huán)境的監(jiān)測工作，如煤礦挖掘、石油鉆井作業(yè)及核電廠的作業(yè)等，都可以應用無線傳感器網(wǎng)絡進行環(huán)境的實施監(jiān)測，保證作業(yè)環(huán)境的安全，進而保障工作人員的生命財產(chǎn)安全。另外，利用傳感器的節(jié)點也可以完成一些危險系數(shù)較高的工作，并提高工作效率和質(zhì)量。

5 結(jié)語

總而言之，無線傳感器網(wǎng)絡的出現(xiàn)，在環(huán)境監(jiān)測工作中也相應地產(chǎn)生很多新的應用，可以實現(xiàn)目標識別跟蹤，數(shù)據(jù)存儲、能量管理、定位技術(shù)各項技術(shù)的綜合應用，提高環(huán)境監(jiān)測工作的水平和效率。因此，無線傳感器網(wǎng)絡具有較高的應用價值，值得被大范圍地推廣和應用。

【參考文獻】

[1]王可心.無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用探析[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，31（9）：162-163.

[2]張海輝.無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用探析[J].農(nóng)家參謀，2019（19）：175.

[3]秦山，李軍.無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，31（6）：173+175.

[4]彩婭.環(huán)境監(jiān)測中無線傳感器網(wǎng)絡的應用分析[J].化工管理，2019（1）：76-77.

[5]陳穎，何建偉.無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].信息系統(tǒng)工程，2018（11）：55.