无线传感器网络在环境监测中的应用

陈 涛

枣庄市台儿庄区环境保护监测站

1 无线传感器网络的基本定义

无线传感其网络是在移动、静止扭矩传感器在多跳方式作用下所形成的无线网络。无线传感器网络中传感器的通信渠道为无线网络，且传感器运中可自行采集目标信息，并借助无线网络通道将所采集的数据传输给对应的管理设备。设备在高效率的分析、处理传感器所采集的数据后，可将其应用在环境监测、地质分析等工作中。相对于传统的有线传感器，基于无线传感器网络的传输方法数据传输更为便捷、网络线路与设备布设简单方便，甚至能够随意更改数据传输设备的分布范围。因此，通常情况下，无线传感器网络可利用自身所携带的传感器设备，获取目标信息，同时在终端设备辅助下分析该信息，将其整理为可利用的有效信息。

2 环境监测中无线传感器网络的应用优势

环境检查是维护生态系统平衡，改善生态环境的重要工作，无线传感器网络在环境监测工作中的渗透，是利用无线传感器网络数据传输的便捷性，提升环境监测中信息利用率，确保环境监测结果分析的准确性。具体来说，环境监测中无线传感器网络的应用优势，主要体现在以下内容中。

其一，其网络自身的组织性可确保网络活动运行的快速性、优质性，使其能够快速获取环境监测信息，优化环境监测中的数据资源配置。其二，无线传感器网络中，其网络结构的抗干扰性、抗摧毁性较强，在互联网时代中，无线传感器网络在环境监测中的应用，可进一步确保监测信息采集完整性、精确性，满足环境监测工作对信息采集的质量要求。其三，信息采集、传输过程中，无线传感器网络可在设备零损耗的基础上，优化环境监测设备的整体结构，提升环境监测信息化水平，同时能够减少环境监测中的设备损耗，为该项共享供应更多可利用的信息。

3 无线传感器网络应用中的环境监测特点

3.1 多数据输送

在环境监测中应用无线传感器网络的目标，是为实现环境监测数据输送的高效性，而无线传感器网络中，传感器分布节点均具有数据采集、发射功能，所以在不同环境条件下，无线传感器网络的数据发射模式为多数据输送，且外界环境对数据传输产生的影响较小。环境监测人员可根据环境信息处理要求，及时跟踪、回收网络传感器中的监测数据，将其汇总到数据管理系统中。

3.2 设备功耗低

无线传感器网络在信息采集中，传感器能量供应为微型电池，该电池在设计期间，通常会提前评估传感器适用年限，从而有效控制传感器功耗，延长环境监测中传感器的使用年限。比如设计者在开发无线传感器设备时，可通过选择低能耗元件、自动调整休眠等方式，减少运行能耗，并根据环境监测人员基本要求，控制设备的运行状态。

3.3 数据融合性强

环境监测中所包含的信息数据量、数据类型较多，无线传感器网络在获取、采集信息时，因传感器功能的差异性，该网络内部存储中会存在海量数据资源。为避免数据通信中各类数据出现相互干扰问题，无线传感器数据网络需要利用数据传输节点的分布，增强传感器对数据的融合性，灵活筛选基础监测数据，将有价值的监测信息传输给终端设备。

4 无线传感器网络在环境监测中的具体应用

4.1 大气环境监测

在监测大气环境时，相关人员可通过多功能的无线传感器检测大气中的气体成分，并在获取到检测信息后自动分类气体信息，测定各气体成分的实际含量。在此期间，若发现大气中污染物质成分超出标准后，环境监测系统可自动生成报警信息，提示相关部门及时处理污染物质超标问题。除此之外，基于无线传感器网络额环境监测系统，同样可用于生活气体成分测定，便于环保单位及时制定环保方案。除此之外，无线传感器网络的可持续运行3~5 周，气体测定数据传输速度快，约为150kb/s，各节点传感器数据传送距离为300m。相较于传统的有线传感器网络，基于无线传感器网络的大气环境监测系统，能够在无线通信技术的作用下，控制有线设备数量，在特定范围内，不知道大量无线传感器设备，完整的采集各区域内的大气环境信息，提升大气环境监测的准确性。

4.2 地质环境监测

地质环境监测中，无线传感器网络通常被应用在无人区、矿区、特殊地理位置中，比如在我国某铁路周边的无人区监测中，无线传感器网络可避免在大范围的监测区域浪费人力资源，减少无人区地质环境监测对人员带来的安全隐患，准确分析土层结构、土壤类型。在获取当地地质信息后，无线传感器网络可通过多跳方式，从不同传感器分布节点发送地质信息数据，而地质环境监测人员可联合应用GPS 技术，远程监测该区域的地质环境。

比如相关人员在应用无线传感器网络时，以ZigBee 技术为核心，建立地质信息采集、环境监测控制系统。该系统的主要结构包括上位机监控中心、传感器无线服务网络、地质信息监控显示系统、监测点控制系统等，在无线传感器网络协助下，系统终端设备、上位机设备均为无线设备。当终端设备获取到地质信息后，继电器可自动驱动，并在传感器运行中，由ZigBee 网络输送、发送地质环境检测数据，接收地质监测中的指令。在该系统的结构设计中，上位机的主要功能在于实现地质环境监测系统与无线传感器网络的通信，同时能够在线、实时显示地质环境数据，若地质环境中土壤、土层分布信息超出预计范围，系统可自动发布警报信息，为地质环境治理方案的制定提供数据参考。

4.3 工业环境监测

在我国环境监测工作中，无线传感器网络同样可应用在较为危险、复杂的工业环境中，例如矿区、核电厂、石油钻井等区域。无线传感器网络的使用，可实时监测各区域工作环境，加强环境安全，维护工作人员财产、生命安全。除此之外，无线传感器网络中，各监测点的灵活布局，可代替人工作业，减少人工环境监测中的安全风险，确保工业环境中安全风险预估的准确性，以及相关单位对险情的反应速度。在此期间，无线传感器网络可凭借自身组网灵活、监测设备部署便捷等特点，应用在工业生产中的环境监测，利用传感器构建仓储管理的物联网，实时交换工业环境中的生产数据。

4.4 自然环境监测

无线传感器在环境监测中有着非常广泛的应用范围，其在自然环境监测中，可在大气监测的基础上，系统监控洪水、气象、火灾等生态环境信息。在自然环境监测过程中，无线传感器网络应用成本低、功能类型多、可有效解决操作复杂的监测工作，全面监控我国自然环境。例如在野外区域布设无线传感器网络时，传感器可在环境监测人员的驱动下，自动感应周边环境变化，保护自然环境，及时发现生态环境中水污染、大气污染问题，并为自然环境治理工作提供数据参考。

再者，河流周边的无线传感器，同样可用于监测水位变化，及时预警洪水、滑坡等自然灾害，并在出现异常数据后，及时将数据信息传输到自然环境远程监测中心中，提示周边居民及时做好防护工作，以此减少洪水与滑坡造成的经济、人员损失。除此之外，近年来的森林火灾事故较多，无线传感器网络在应用时，可将传感器设置在森林保护区域，协助相关部门预防火灾风险，及时上传火灾地点、分享火势信息，有效控制火灾对环境造成的损害。

4.5 环境监测定位与信息采集

环境监测中，数据源定位、信息采集属于基础性的工作。一方面，无线传感器网络能够在环境数据采集与分析中，根据传感器的内部给出的指令信息，控制数据采集频次。随后及时将内部数据输送到环境监测中心，并且在管理人员给出休眠指令后，立即调整运行状态，节约设备整体能耗。但是对于环境监测中心周边的传感器，其需要同时承担数据传输、构建数据传输通道的责任，所以设备能量消耗较大。为此，相关人员应在无线传感器网络布设中，提前使各节点传感器压缩、融合环境信息，之后再将处理后的数据汇总到靠近监测中心的传感器基站内。在此期间，Lempel-Ziv在传感器网络数据压缩中，可高效的控制数据量，为环境监测系统稳定运行打好基础。

另一方面，传感器网络中，数据源定位是指传感器在数据传输中，按照环境监测要求，将特定位置所采集的信息输送到传感器控制终端。同时在获取到异常监测信息后，将异常数据员采集位置传输到环境监测中心，使其在异常事件分析时，及时掌握环境异常位置，从而到指定位置中，处理环境污染、水体污染等问题。除此之外，定位异常数据位置时，相关人员需要有效策略各传感器分布节点的间距，并根据环境监测区域，对数据传输网络进行定位。在定位传感器网络节点时，网络结构中的APIT、TOA、AOA、质心算法中，TOA、AOA为与距离测量有关的算法类型，所以无线传感器网络能够在不更新网络硬件设备的前提下，自动运行定位机制，给出详细的位置信息，提高环境监测人员的工作效率。

5 结束语

综上所述，环境监测中应用无线传感器网络时，需要根据实际环境监测要求，集成应用定位、能量管理、数据融合等技术，高效率采集环境信息，分析环境中的各项指标，从而结合实际监测结果，制定对应的环境保护、污染处理、地质改善措施，维护生态系统、社会发展的平衡。除此之外，无线传感器网络在环境监测领域的不断应用，其应用技术将逐步成熟、监测范围呈现出扩大化趋势，相关部门应积极挖掘无线传感器网络的应用潜能，为我国经济增长提供助力。