无线传感器网络在环境监测中的应用探析
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作者:王可心
摘要：近年来，中国经济高速发展，随之而来的是严重的环境污染。近年来国家一直致力于环境治理问题，环境治理的前提是要发现环境污染问题，为了解决这个难题，国家投入大量资金用于环境探测研究，经过近年来的不懈努力，我国环境探测方面的技术与国外环境探测技术的差距已经逐渐缩小了。其中，无线传感器网络技术的发展对我国环境探测技术的进步有着十分重要的影响，由于无线网络具有成本低，实时性高，无污染等优点，因此该技术被广泛应用于环境监测中。通过将计算机技术、传感器技术和无线通信技术应用于环境监测中该技术可以实现远程控制、实时监控、远程采集网络覆盖范围内的环境污染状况，并将信息进行处理整合后通过无线设备传输至终端设备。这样环境检测人员就能随时随地掌握到当地的环境污染状况，并且及时采取措施进行治理。本论文主要讨论的是无线传感网络在环境监测中的应用。
关键词：无线传感器;环境监测;应用探析
中图分类号：X82 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）09-0-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.094
Application of wireless sensor network in environmental monitoring
Wang Kexin
（Ningbo Beilun District Environmental Protection Monitoring Station， Ningbo Zhejiang 315800，China）
Abstract： In recent years， China’s rapid economic development has followed with serious environmental pollution. In recent years， the state has been committed to environmental governance issues. The premise of environmental governance is to discover environmental pollution problems. In order to solve this problem， the state has invested a large amount of funds in environmental exploration research. After years of unremitting efforts， China’s environmental detection technology and The gap in foreign environmental detection technology has gradually narrowed. Among them， the development of wireless sensor network technology has a very important impact on the progress of China’s environmental detection technology. Because wireless network has the advantages of low cost， high real-time performance and no pollution， this technology is widely used in environmental monitoring. By applying computer technology， sensor technology and wireless communication technology to environmental monitoring， the technology can realize remote control， real-time monitoring， remote collection of environmental pollution conditions within the coverage of the network， and integrate the information and transmit it to the terminal through the wireless device. device. In this way， environmental testers can grasp the local environmental pollution situation anytime and anywhere， and take timely measures to control. This paper mainly discusses the application of wireless sensor networks in environmental monitoring.
Keywords： Wireless sensor;Environmental monitoring;Application analysis
目前，隨着中国经济水平的进一步提高，人们对于生活环境的重视也进一步加深。环保问题也成为我国社会发展的一个重要问题，如何实现国家的可持续发展，改善人们的生活环境是政府今后努力的方向。在这种情况下，为了更好地检测环境状况，国内大多数环境保护机构都开始在环境监测机构中引进无线传感器网络，通过无线网络采集并传输信息，节省了大量人力资源，提高了环境检测系统地性能。
1 无线传感器网络阐述 无线传感器网络是经过有关静止传感器以及移动传感器通过自组织以及多跳方式所构成的一种无线网络。无线传感器网络是通过无线网络的形式与传感器进行通信，传感器能够对目标的信息进行采集，然后通过无线网络传输给相关的控制设备，然后控制设备对这些信息进行处理和分析。这种传输方式相较于有线传感器而言更加方便快捷，除此以外，其还具有网络设置简单方便的优点，设备位置在一定范围内可以随意更改。无线传感器网络通过自身的传感器设备对目标测量信息进行获取，然后通过终端设备对这些设备进行处理和分析，最终给出我们所需要的标准信息。
2 基于无线传感器网络环境检测的特点分析
2.1 多传感器数据的融合
环境检测的过程中我们需要对多种不同的信息进行监测和获取，并且无线传感器网络也是由多个不同功能的传感器组成的，其测量过程中肯定会产生多种不同的数据。这些数据通过无线网络进行传输，但是在传输的过程中可能多个数据会在同一时间通过相同的数据采集节点，为了防止数据之间的干扰，数据传输节点应该具备一定的数据融合能力，能够对基础数据进行筛选，将有用的采集数据通过数据节点传输给终端处理设备。
2.2 多数据发送模式
为了实现数据通信功能，无线传感器系统中的每个节点都具有基本的接收和发射功能。并且，考虑到其中的无线传感器网络可能会工作在较为恶劣的环境中，其数据传输功能会受到外界环境的干扰，影响其数据传输的功能。所以无线传感器网络中的数据传输节能要具备多数据发送模式，这种模式在无线传感器正常工作的过程中可以时时的将数据传回。再遇到外界干扰的情况下也能够实现对数据的跟踪，并且保证数据传回系统。
2.3 系统具备超低功耗
无线传感器再进行信息采集的过程中需要通过微型电池提供能量，并且在设计的过程中我们需要重点考虑传感器的使用时间，所以必须做好传感器的功耗控制，这样能够在很大程度上延长传感器的使用寿命。我们通过以下方式来降低系统能耗：（1）选用低能耗原件。（2）系统设置多个工作状态，用户可以自行选择处于发射状态、接受状态、采集状态还是休眠状态。（3）当不需要检测环境时让系统的CPU、传感器、无线收发器等主要功耗原件处于休眠状态。
2.4 Zigbee 通信协议技术
现阶段的无线通信技术主要有Bluetooth、红外线、gsm及Zigbee。其中Zigbee 技术相对于其他无线通信技术而言，具有能耗低、成本低、双向传感等优点。
3 无线传感器网络在环境监测中的应用
3.1 在大气环境检测中的应用
在进行大气环境检测的过程中，我们可以利用多种类型的传感器来检测空气中的气体成分。无线网络传感器能够针对采集到的气体信息进行分类和监测，对气体中含有气体成分的量进行测定，一旦发现气体中有害成分超过了标准，那么就能够发出报警信息。大气环境检测系统能够对生活中有毒气体的含量进行有效测定，并在检测到大气环境较差时，通过回馈环保机构相应数据以做出相应的环保措施。工作时间长，能够连续工作3-4周，节点的传送速率快，最大可达160kb/s，有效传送距离最高可达300m。与其他检测系统相比，无线传感器网络能够利用无线数据信息传输技术实现通信，减少了有线设备的使用，方便布置。通过在水域范围内布置大量节点来采集相关数据，使得数据准确性得到提高。除了陆地环境外，湿地水环境同样是我们监测的重点，同样的我们可以使用无线传感器网络技术对湿地水环境实时监测。通过在近海中部署无线传感器网络还可以实现实时监测海洋水环境状况，节点处的温度、光照等。
3.2 在地质环境中的检测应用
除了以上应用范围外，无线传感器网络在地质检测方面也有着非常广泛的应用。其中最典型的事例就是在青藏铁路上的应用，由于青藏铁路的地理原因，它贯穿约550m的冻土层，这些冻土层大多位于无人区，如果采用人力进行监测的话，这样会对人力资源造成极大的浪费甚至还会对检测人员产生安全隐患，在这种情况下对青藏铁路线冻土层温度的检测使用无线传感器网络是非常这种特定情况的，利用无线传感器网络多跳的方式将检测到的数据从节点处发送到基站的汇集节点处，最后再通过汇集节点利用GPRS网络远程发生至监控中心便于工作人员实时监测。
4 结束语
总之，可以预测到无线传感器网络技术的发展前途一片光明，未来也会更加广泛应用于各种地理环境中，但是目前的无线传感网络技术还是存在不足，比如节点功耗，达不到理想设计要求，还有就是无线网络技术对监测环境、资金消耗等都有一定的要求。所以为了使无线传感网络技术在不久的将来能够广泛的应用，环境监测机构还需要加大资金投入力度，进一步研发无线传感器技术，使其应用范围进一步扩大以满足人们的实际需求。
参考文献
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收稿日期：2019-08-07
作者简介：王可心（1985-），女，汉族，本科学历，工程师，研究方向为环境监测与管理。
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