无线传感器网络在环境监测中的运用
何佳妍
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何佳妍,. 无线传感器网络在环境监测中的运用[J]. 信号处理与图像分析,2021.5. DOI:10.12721/ccn.2021.157039.
摘要: 信息技术的快速发展为各行各业工作的开展提供了便利,无线传感器网络在多个领域得到了广泛应用。将其应用到环境监测中可以实现复杂环境中的信息数据收集,受到环境因素的影响比较小,在目前环境监测中的应用优势较为明显。要想将无线传感网络的功能作用发挥出来,必须要了解其结构特点和适用范围,能够根据环境监测工作开展的实际需要进行无线传感器网络的高效应用,有利于提高环境监测质量和水平。
关键词: 无线传感器网络;环境监测;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157039
基金资助:

无线传感器网络技术已经成为环境监测中不可缺少的一项技术内容,在军事环境、地质环境、矿井环境和自然环境监测工作中都能够取得良好的作用效果。在实际应用过程中能够对多种类型的传感器设备进行实时监控从而了解各类环境条件下的真实情况,通过对数据信息进行整合、处理能够为环境监测提供有效的参考数据,对于环境监测的进一步发展有着促进作用。本文主要对无线传感器网络在环境监测中的运用进行了分析。

1.线传感器网络结构

1.1传感器节点

从网络功能上看,每个传感器节点除了进行本地信息收集和数据处理外,还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合,并与其他节点协作完成一些特定任务。其处理能力、存储能力和通信能力相对较弱,通过小容量电池供电。

1.2汇聚节点

汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强,它是连接传感器网络与 Internet 等外部网络的网关,实现两种协议间的转换,同时向传感器节点发布来自管理节点的监测任务,并把 WSN 收集到的数据转发到外部网络上。

1.3管理节点

传感器网络的所有者通过管理节点访问无线传感器网络的资源,用于动态地管理整个无线传感器网络。

2.传感器应用于环境监测的重要性

无线传感器网络技术的合理应用能够进一步提高环境监测工作的开展质量和效率,实现环境信息的实时获取为监测工作的高效开展提供技术支撑。其在环境监测中的应用优势主要一体在以下方面:第一,不需要投入较多成本,这项技术的应用可以充分发挥网络技术的优势形成良好的外部环境条件,可以快速进行数据资源的获取并实现资源的优化配置。第二,主要利用路由进行数据参数传递具有比较完整的结构层次。第三,线传感器网络在应用过程中的抵御能力和抗毁性能力比较强,在一些比较特殊的环境中也能够获得良好应用效果。所以,重视无线传感器网络的应用对提高环境检测质量、促进行业发展有着重要意义。

3.传感器网络在环境监测中的应用

3.1军事环境监测

在军事领域,由于无线传感器网络具有密集型、随机分布、隐蔽性强、快速部署以及可自组织等特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境。利用无线传感器网络技术能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核攻击或者生物化学攻击等,为军事指挥、通信、监视和侦察等方面提高便利条件。目前很多国际战场都引入了无线传感器网络技术的应用,比如,“沙地直线”无线传感器网络系统由美国俄亥俄州开发,该系统散射的电子绊网覆盖整个战场,有效监测处于运动状态的高金属含量目标,包括敌军的坦克、装甲车等车辆。

3.2地质环境监测

无线传感器网络在地质环境监测中也起到了良好的应用效果,交通运输行业的飞速发展使各类交通设施的建设范围也逐渐扩大,但是由于各地区的环境条件存在较大差异,为了降低地质环境对各类工程建设的影响,必须要做好地质环境的监测工作这是保证车辆安全稳定行驶的重要内容。但是对于一些偏远地区或者环境条件较为特殊的区域无法采用人工监测的方法对该区域的地质环境条件进行实时监测,无线传感器网络的应用不会受到环境条件的影响可以利用传感器节点对各类交通设施周围的地质环境进行实时监测,实现对各类信息数据的收集和整理并传输到监测中心,确保在出现异常情况时能够及时发现并做出有效应对,让交通设施可以正常运行。

3.3自然环境监测

无线传感器网络在自然环境监测中的应用优势也较为明显,在水环境监测和大气环境监测中都能获得良好效果。在水环境监测中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,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。在大气环境监测中,大气环境监测系统是基于无线传感器网络设计而成的。无线传感器网络的应用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。

3.4矿井环境监测

矿产资源是关系到国家经济发展建设的重要资源,为了满足社会发展需要加强对采矿工程的重视,保证整个开采过程中的安全性,控制环境因素产生的一系列影响,实现安全作业。这就需要做好矿井环境检测工作。以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。

结语:现代化科学技术的飞速发展使无线传感器网络技术得到了优化与完善,在环境监测中为各类数据信息的采集提供了便利,改善了传统数据收集方式中的不足。要对无线传感器网络技术应用的必要性和重要性有一个清晰的认知,使其能够科学合理的应用到环境监测工作中以此实现对环境指标的实时获取。在实际应用过程中还要注重无线传感器网络的改革与创新,使其更加完善,保证应用的经济性,使其能够得到大规模推广与应用。

参考文献:

[1]蒋丹,董欣.无线传感器网络在环境监测系统中的研究与应用[J].环境与发展,2018,30;140(03):178+180.

[2]张海辉.无线传感器网络在环境监测中的应用探析[J].农家参谋,2019,633(19):181.

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