无线传感器网络在环境监测中的应用

高俊

【摘 要】随着我国科学技术的不断发展，网络技术已经被广泛应用至社会生产中的各个领域。无线传感器网络末梢的传感器主要是通过无线网络来实现通讯，并对外界环境进行感知与检查，主要是用于军事环境监测、地质环境监测、自然环境监测、矿井环境监测等多个方面。本文将结合实际情况对无线传感器网络在环境监测中的应用进行分析，旨在为环境监测工作提供行之有效的参考依据。

【关鍵词】无线传感器网络；环境监测；有效应用

无线传感器网络主要是由传感器节点、网关、远程客户端和PDA用户、监控中心这四个部分构成，在环境监测工作中被广泛应用。通过利用传感器监测指定环境的参数，经由无线网络将参数信息发送至控制中心实现监测，监测获取的数据会通过无线网络进行传输，有效提高环境监测质量及效率，同时降低了监测成本。本文将结合实际情况对无线传感器网络在环境监测中的应用进行分析，以期为今后的相关工作提供宝贵经验。

一、无线传感器网络体系结构

无线传感器网络属于一种分布式传感网络，它的末梢是具备感知、检查外部环境的传感器。无线传感器网络中的传感器主要是借助无线网络实现通信，因此网络设置较为灵活，设备位置了可以随意更改，还可以与互联网通过有线或无线进行连接，而利用无线通信方式进行连接则可以形成一个多跳自组织网络，具有较强的便利性。通常情况下无线传感器网络是由各个传感器节点以自组织方式构建，存在集中式控制结构、分布式结构两种结构，在分布式结构中根据节点的数量进行划分又可以对等式结构与分层结构[1]。在无线传感器网络中，传感器节点主要适用于测量节点所在区域的各项环境指标，如温度、湿度、压力、光强等方面指标，在获取这些参数后通过无线通讯的方式经由网关将数据信息传输至监控中心；网关的作用主要是将传感器网络与Internet进行连接，使两种不同的协议栈之间可以相互转换并将收集而来的数据转发到外网，同时将接下来需要进行的任务分布给末梢传感器节点；远程客户端和PDA用户可以借助Internet对监控中心中有关环境信息数据进行访问，获取需求数据；监控中心负责向末梢传感器节点下达工作任务，兼具分析、处理、统计、评估等功能。

二、无线传感器网络在环境监测中的应用优势

随着我国科学技术的不断发展，无线传感器网络中的各个环节以及应用方式逐渐完善，被广泛应用至环境监测中。通过将无线传感器网络应用到环境监测中，有效提高了环境监测的工作质量及效率，采集数据信息的准确性也得到有效提高。在实际应用过程中无线传感器网络主要具有以下三方面优势：第一，成本较低。由于网络环境较为开放，为无线传感器网络的应用创造了良好的外部环境条件，促使无线传感器网络形成自组性特点，实现部署网络较为迅速，有助于提高环境监测工作效率。第二，现场环境参数指标的采集工作可以通过传感器节点来完成，在完成采集工作后可以利用中间节点进行传送，在不需要额外做功、增加成本的基础上，有效提高系统性能。第三，无线传感器网络具有健壮性、抗毁性特点，满足特定应用的需求。因此，将无线传感器网络应用至环境监测中有助于提高监测工作质量及效率，是时代发展的一种必然趋势[2]。

三、无线传感器网络在环境监测中的应用

（一）军事环境监测

由于无线传感器网络具有快速部署、自组性强、隐蔽性较强等特点，被应用于军事环境监测中，是军事指挥、控制、计算等系统的重要组成部分，对促进我国军事发展具有重要意义。在军事环境监测的过程中，无线传感器网络会被用于监控敌军兵力、装备，目标定位等方面，同时具备监测核武器攻击、搜索等功能，及时获取战场中的战况信息，为军事行动的顺利进行创造有利条件[3]。在应用无线传感器网络的过程中，军事人员不需要对网络进行额外的基础设计，自组性、自配置特点可以自动适应设备的实际状态，通过对传感器节点进行移动就可对任务、网络需求做出及时的反应，改变了传统战场的作战方式。例如美国俄亥俄州开发研究的“沙地直线”就属于无线传感器网络系统在军事环境监测中的应用，这一系统可以在战场中将电子绊网散射而出，对战场中具有高金属含量目标进行监测，主要使用于侦察、定位敌军车辆。

（二）地质环境监测

在地质环境监测中无线传感器网络也得到了较为普遍的应用。随着我国交通事业的发展，铁路、公路的建设区域逐渐扩大，而在特殊区域内建设而成的铁路、公路通常会受到地质环境因素的影响，产生一系列变化，对交通运输造成严重威胁，这就需要相关工作人员在工作过程中对特殊地质环境进行严密监控，以保证车辆安全。然而这些特殊地质环境通常处于无人区，无法通过人力对地质环境进行实时监测，而无线传感器网络的应用有效解决了这一问题，利用传感器节点对铁路、公路周围的地质环境信息、温度等进行收集，然后传输至监控中心进行分析，及时掌握特殊地质环境下铁路、公路的实际情况，为车辆的正常运输、行驶提供有力保障[4]。

（三）自然环境监测

无线传感器网络在自然环境监测中的应用主要可以分为两部分：第一，水环境监测。通过将集成有传感器、计算单元、通信模块的节点通过自组织方式构成网络，借助于节点中内置的多种传感器对周围环境中的热、红外光、可见光、水中有毒物质含量等信号进行监测，具有部署简便、成本低、等特点。通过将无线传感器网络与软测量、智能处理技术相结合，实现了对湿地水环境质量的远程实时动态监控，充分掌握指定水域内的实际情况，有效提高了水环境的监测质量及效率，监测数据信息的准确性也得到了有效保证。第二，大气环境监测。大气环境监测系统是基于无线传感器网络设计而成的。传统的大气环境监测系统在实际应用过程中存在着系统较大、安装困难等弊端，且监测终端过于依靠基础设施，在一定程度上降低了大气环境监测的工作效率。无线传感器网络的应用改变了这一现状，仅需要借助数据节点采集的风向、风速、气体浓度等参数信息就可以实现对区域内大气的监测，而根据这些监测信息无线传感器网络可以准确判断大气中是否含有有毒气体，在有效提高了工作质量及效率的同时，为人们的生命安全提供有力保障[5]。

（四）矿井环境监测

矿井开采工程是我国进行资源开采的一项重要工程，然而在开采过程中通常会受到环境的影响而发生一系列安全事故，因此矿井井下的环境监测工作显得尤为重要，而无线传感器网络为基础的ZigBee技术的应用有效提高了矿井环境监测质量。通过对这一技术进行研究，科研人员在ZigBee技术的基础上建立起矿井安全生产检测网络，实现工矿传感，具备人员定位、安全警告等功能。通过将这一网络系统应用至开采工作中，有助于管理人员及时掌握矿井下的真实情况，以及各个区域工作人员的工作状态，利用网络将相关的数据信息、画面传输到地面计算机系统中，而管理人员则可以通过计算机系统准确的掌握工作人员的工作信息、分布情况、运动轨迹，为管理人员的管理工作提供便利。

四、结束语

综上所述，虽然当前无线传感器网络在科学技术的推动下，呈现出较为良好的发展趋势，但是在实际监测的过程中，无线传感器网络中仍然存在一些问题，影响着无线传感器网络的发展。在设计无线传感器网络的过程中，节点功耗、传输网络、工作环境等均是设计需要考虑的重要问题，同时也是影响无线传感器网络设计质量的关键因素，因此在今后的发展过程中，应注意结合无线传感器网络各节点、网络环境、监测环境等多方面因素进行设计，有效提高环境监测质量。

参考文献：

魏兆宝.无线传感器网络在环境监测中的应用[J].民营科技，2016（3）：85.

[2] 周丽军.无线传感器网络在矿山环境监测中的应用[D].安徽理工大学，2016.

[3] 熊丽萍，杨成余.基于Zigbee无线传感器网络在环境监测中的应用[J].科技信息，2014（4）：294，299.

[4] 王艳平，冯世杰，罗海峰等.无线传感器网络在温室草莓生长环境监测中的应用[J].北方园艺，2015（20）：201-204.

[5] 马悦.无线传感器网络在近海环境监测中的应用研究[D].大连海事大学，2014.endprint