無線傳感器網絡在環境監測中的應用

張文靜 付旭東

內容摘要 隨著我國經濟的發展和社會的進步，環境監測工作日益受到重視，無線傳感器被用來提高工作效率，為環境監測工作提供技術支持。文章就無線傳感器網絡在環境監測中的應用構架、應用優勢和現狀及具體應用進行了分析，希望可以提高環境監測工作的水平，實現無線傳感器的最大化利用。

關鍵詞 無線傳感器網絡 環境監測 構架 優勢和現狀 應用

1 引言

當前，我國對環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，還需要加強環境監測，完善環境監測系統，以此來控制環境污染問題，構建良好的生態環境系統。

2 無線傳感器網絡在環境監測中的應用構架

無線傳感器網絡在環境監測中的應用構架主要包含著四個部分，即通信節點、Sink節點、應用服務器和數據服務器。其中，構架中的通信節點可以完成相關的數據采集、信號處理及無線通信工作。因此，從本質上來講，通信節點屬于信息幀的發起者，也是信息幀的轉發者，在實際的應用過程中，利用通信節點，可以完成網絡自組組和多條路由，將所采集到的數據發送給Sink節點。Sink節點在實際應用時，則需要通過利用RS232串口線和相關的計算機進行連接，以此來實現功能的發揮。

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

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

Sink節點和構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，以此來實現通信過程。另外，Sink節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，構架中的應用服務器和數據服務器也可以實現因特網的相互連接，以此來提高環境監測的水平，可以及時發布環境監測的信息[1～3]。

3 無線傳感器網絡在環境監測中的優勢和現狀

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

當前，無線傳感器網絡在國外的環境監測工作中的應用已經較為成熟，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境監測工作中就應用了無線傳感器網絡，其應用效果較好。但是，就目前無線傳感器網絡在我國的基本應用現狀來看，其在相關企事業單位中的應用還有待推廣。造成這種現狀的主要原因是主要包括：一是無線傳感器網絡從本質上來講屬于一項新興的科技，因此，人們對其的優勢和應用還較為陌生;二是我國在無線傳感器網絡上還存在一定的技術問題需要進行解決，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 無線傳感器網絡在環境監測中的應用

4.1 在能量管理方面的應用

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

第一，為保障在環境監測工作中既不影響工作又能節約能源，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，就需要加強能量管理，而更換電池操作起來非常困難。為此，環境監測人員可以安裝休眠機制，從而節約電量，降低消耗。

第二，如果信息在輸送過程中中斷，傳感器中節點輸送停止，應先關閉所對應的通信模塊和數據收集模塊，做到能量節約。

第三，在進行傳感任務時，相鄰的區域節點也會開始活動，并在活動的過程中形成一個較為完善的活動區域，在數據的傳輸過程中，活動區域也會因為數據傳輸方式的不同而發生一定的改變，進而使活動區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 定位技術的應用

無線傳感器網絡在我國環境監測工作的應用還表現為定位技術的應用，其可以將監測對象的位置信息傳輸到控制端，從而有利于當前環境檢測工作持續進行。另外，通過應用無線傳感器網絡，還可以定位當前監測位置，并獲取到相關數據節點的位置信息，進而為實際的環境監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絡進行定位操作時，還需要對不同的節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和質心算法等。

4.3 數據融合技術的應用

我國環境監測工作的主要目的是收集大量的環境數據信息，并對其進行分析，這就需要用到數據融合技術。

第一，在實際的數據采集工作中，工作人員需要根據實際情況確定數據采集的頻率和精確度，然后再利用基站向傳感器的節點中發送指令信息，在這個過程中要注意保證數據的收集和能量消耗的統一性。

第二，在環境監測的過程中，工作人員需要在環境監測的范圍內，將所需要的節點的數據信息傳送到控制中心。

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

4.4 工業產業環境監測方面的應用

在我國的工業產業上，也可以應用無線傳感器網絡來完成一些較為危險的工作環境的監測工作，如煤礦挖掘、石油鉆井作業及核電廠的作業等，都可以應用無線傳感器網絡進行環境的實施監測，保證作業環境的安全，進而保障工作人員的生命財產安全。另外，利用傳感器的節點也可以完成一些危險系數較高的工作，并提高工作效率和質量。

5 結語

總而言之，無線傳感器網絡的出現，在環境監測工作中也相應地產生很多新的應用，可以實現目標識別跟蹤，數據存儲、能量管理、定位技術各項技術的綜合應用，提高環境監測工作的水平和效率。因此，無線傳感器網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.無線傳感器網絡在環境監測中的應用探析[J].環境與發展，2019，31（9）：162-163.

[2]張海輝.無線傳感器網絡在環境監測中的應用探析[J].農家參謀，2019（19）：175.

[3]秦山，李軍.無線傳感器網絡在環境監測中的應用[J].環境與發展，2019，31（6）：173+175.

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

[5]陳穎，何建偉.無線傳感器網絡在環境監測中的應用[J].信息系統工程，2018（11）：55.