无线传感器网络在水质监测中的应用探究

■樊理乾

（南水北调中线渠首环境监测应急中心 河南 南阳 473003）

无线传感器网络在水质监测中的应用探究

■樊理乾

（南水北调中线渠首环境监测应急中心 河南 南阳 473003）

伴随社会的进步与发展，人口数量不断增加，工业生产与加工力度不断加大，大量生活污水、工业废水等排入城市水体系统之中，导致水体受到严重的污染，水质大大下降。日趋加剧的水资源污染问题，威胁着人们的身体健康。为保证人们在水体应用上的安全性，开展水质监测工作变得异常重要，一旦发现存在水质污染现象，及时进行治理，为人们提供安全饮水环境。为此，本文就无线传感器网络在水质监测中的应用进行了分析与探究。

无线传感器网络水质监测应用

目前，环境污染问题日益严峻，主要以水体污染与大气污染为主，尤其是水资源污染，大大影响城市经济的发展，威胁着城镇居民的生活质量。面对一系列的水体污染问题，各个城市积极开展水质监测工作，建立完善的水质监测系统。以无线传感器网络为主，其中涉及到计算机技术、通讯技术、传感器技术等多种技术性元素，形成一个完整的网络体系，该网络系统具有灵活性强、覆盖面广、成本低等特点，在水质监测中的应用价值高。

1 无线传感器网络概述

1.1 无线传感器网络

无线传感器网络简称为WSN，其主要是由空间体系中离散的多个传感器间进行相互协作而形成的综合性系统[1]。在该系统中，集合了嵌入式计算机技术、微电子技术、无线通信技术、网络技术等多种先进的技术元素，能对信息开展实时的监测与同步，对信息进行感知、采集与监测，对信息进行全面的处理与应对，对信息进行处理后，运用无线的方式进行传输、发送与共享，以自组多跳的网络方式向用户传递信息。WSN的运行与应用，其联网性能更为完善，联网更具广泛性，比Internet的联网性能更佳。Internet仅仅是实现交流的信息化，而WSN则是能为人们的彼此交流提供重要的平台，将物理元素与信息元素相互融合，研究范围更广。WSN经历了漫长的发展过程，最早可追溯到上世纪七十年代，首代传感器网络是借助点对点的传输性技术对传感器予以连接，后来传感器的连接发生了转变，不仅仅以串联为主，还设置了并联接口，通过两种连接方式可获取更多的信息资源，对这些信息进行综合性的处理，此属于二代传感器网络。第三代传感器是将传感器设置成一个局域性网络，主要受到现场总线的控制[2]；而第四代传感器则是成为当前全世界研究的热点问题，主要是将各项无线控制技术进行集合，以形成一个局域网络。无线传感器网络的应用，主要针对水下开展一定的监测任务，该网络系统运行的原理在于把传感器设置在水下，借助水声通信来设置局域性网络，实现各个节点的协调性工作，进而完成一系列的监测任务。

1.2 无线传感器网络的主要特征

新时期，无线传感器网络系统在逐渐得到完善，该系统的性能变得更为稳定、高效。在无线传感器网络传输的过程中，该网络系统展现出了一定的特点。

其一，WSN属于规模较大的自组织性网络系统。WSN的节点数量多，数据多，且该系统具有很强的鲁棒性能，致使其他的节点监测区域也在不断扩展[3]。

其二，WSN属于多条路由的动态性网络系统。在整个系统中，所涉及到的节点数量较多，然而，能量是有限的，若通信发射功率较小，会导致整个传感器网络系统中节点处的通信距离较短，仅仅可在彼此较为接近的节点间达到单挑的效果，进而实现通信的目的。在传感器网络系统中没有专门的路由设备，负责路由功能部分的是各个节点间的有效协调与运行，进而可将节点看作路由设备，也可将其看作终端设备。

其三，WSN是以数据为核心的网络系统。传统器网络属于任务型的网络，若该网络中所涉及到的节点数量较少，节点即可被分配到一个独特的标识，若节点较多，则有可能有的节点就无法获取独特的标识，且该节点的标识需要以通信协议为基础。网络系统的动态化，会大大影响整个网络系统的动态节点标识，节点编号与地理位置间不存在直接关系，若用户想要获取信息，传输的数据仅仅是个别节点上的数据信息，并不是整个系统的全部节点，可见，数据对于整个网络系统的重要性。

2 无线传感器网络在水质监测中的应用

2.1 物理光学分析法

物理光学分析法是以光学性质为前提而开展的分析方法，主要的运行原理为光电转换，借助电子器件彼此间的作用效果，对光学辐射指数进行测试，先对物质开展定性与定量分析。物理光学分析法还可分为光度法、荧光分析法、原子吸收法与发射光谱法等[4]。在以上几种分析方法中，使用最为频繁的当属光度法，处在红外线与紫外线区就可视为红外紫外光度法。作为无线传感器网络应用的典型代表，物理光学分析方法具有诸多的优势，分析速度快、效率高、自动化水平高、精确度高等，当然，该方法也存在一定的缺陷，即开展监测时，监测仪器的成本高，价格昂贵。

2.2 电化学传感器测量法

电化学传感器测量法是以电化学性为条件而发明出来的，该测量方法是以物质本身化学系统或试样电响应为理论基础间而产生的。传感器中的感知部件信号较弱，以毫伏为单位，借助滤波进行放大处理，然后再借助A/D进行转换，将数据传送到嵌入式系统之中进行科学的处理。根据输出信号的差异，可将传感器的类型划分为电导型、电流型与电位型。运用该测量方法所耗费的成本较低，适合用在规模较大的水质监测之中，但是技术问题较为突出，数据监测的精确度受到威胁。

3 结束语

综上所述，无线传感器网络汇集了多种技术性元素，主要以计算机技术、通讯技术、传感器技术为主，通过多种技术的相互协作与融合，以发挥电子系统的重要监测作用，进而更为高效的应用到水质监测系统之中。伴随着现代科学技术的不断发展，我国水质监测工作开展力度越来越大，对无线传感器网络提出了更高的要求，为应对水质监测中的各项问题，应及时改进与完善无线传感器网络系统的缺陷，实现科学技术的不断补充与创新，旨在为后续水质监测工作的开展提供高水平的技术支撑。

[1]黄建清,王卫星,姜晟,孙道宗,欧国成,卢康榉.基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验 [J].农业工程学报,2013,04:183-190.

[2]张国杰,陈凯,颜志刚,王文豪.基于无线传感器网络的水质监测系统研究 [J].机电工程, 2016,03:366-372.

[3]梁礼明,梁毓明.基于无线传感器网络的鄱阳湖水质在线监测 [J].节水灌溉,2012,11: 34-37.

[4]吴守霞,高文琪.无线传感器网络在水质监测中的应用 [J].中国建材科技,2014,06:36-37.

P62[文献码]B

1000-405X（2016）-12-299-1