传感器网络在环境监测中的应用

王玉龙，孔昭煜，曹凤江

(1.61516部队，北京100094;2.总参通信训练基地，宣化075100)

随着网络与数据通信、嵌入式计算和传感器技术的快速发展，出现了具有感知能力、数据处理能力和网络通信能力的传感器网络。传感器网络所具有的许多独特优点使得它在各种领域的应用受到人们的极大关注。

1 传感器网络概述

传感器网络(Sensor Network)是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者，从而实现观察者与传感器之间的数据通信。

图1 传感器网络的结构

图1给出了一个典型的传感器网络的结构。这个网络由传感器节点、接收发送器、计算机网络或通信卫星、观察者等部分构成。传感器节点散布在指定的感知区域内，每个节点都可以感知信息，感知信息通过多跳的方式传输给接收发送器，接收发送器再将感知信息送到计算机网络或通信卫星，通过计算机网络或通信卫星实现观察者与传感器之间的数据通信。

传感器、感知对象和观察者是传感器网络的三个基本要素。网络中的传感器节点(或称为传感器子系统)由电源、数据获取单元、信息存储与处理单元和数据传输单元构成，如图2所示［3］。电源为传感器提供正常工作所必需的能源。数据获取单元用于感知、获取外界的信息，并将其转换为数字信号。信息存储与处理单元对数据获取单元传来的信息进行必要的处理、保存，数据传输单元负责与其他传感器或接收发送器之间的通信。观察者是传感器网络的用户，是感知信息的接受者或任务管理者，观察者可以是人，也可以是计算机或其他设备。

图2 传感器子系统的组成

2 传感器网络在环境监测中的应用

我们工作、生活、娱乐等场所都需要一个安全的环境。家庭中对煤气泄漏的及时发现，公共场所对火灾初期情况的及时掌握，对人员疏散、最大限度减少生命及财产损失至关重要;计算机网络机房、储备重要物资的仓库等许多场所对环境条件要求很高，如机房和仓库对温度、湿度都有严格的要求。

现在虽然有一些应对办法，如公共场所安装烟感器，家庭中安装煤气报警器、烟感器，机房、仓库温湿度有专人负责定时监测，但这种点状的模式效率不高。例如，以家庭为例，即使家里安装了煤气报警器、烟感器(这是安全意识较强的家庭，事实上大多数家庭都没有安装煤气报警器和烟感器)，但在家中无人的情况下，一旦发生煤气泄漏(或火灾)，煤气报警器(或烟感器)启动报警，但由于无人在家，依然会造成严重的财产损失。而且，这种点状的模式不能做到实时性。因为，通常对环境状况的监测主要是通过人工方式，即值班人员定时进行巡视，观察设置在环境中的仪表，并将情况进行手工记录。但是这样的定时巡视，因有一定的时间间隔，不能做到实时性，而且需要的人力较多。

如果能够利用传感器网络，进行网状的集中监控，就会大大地提高工作效率，实时掌握环境情况。当环境出现异常情况时，报警启动，监控室的值班人员会第一时间掌握情况，及时进行处理，从而最大限度减少灾害带来的损失。

运用传感器网络进行环境监测的系统结构图如图3所示，系统硬件设备由传感器子系统、服务器、客户机和报警器组成。

图3 系统结构图

系统流程如图4所示。针对不同的环境，根据需要采集的参数类型(温湿度数据、烟感数据、煤气感应数据等)选择相应的传感器，构成相应的传感器子系统，传感器子系统将采集到的数据经过处理后发送到服务器，服务器将接收到的数据自动存入数据库，当数据超出规定的范围时启动报警器进行报警，提醒值班人员及时进行处理。值班人员也可以随时通过客户端软件访问服务器，对环境参数进行查询、统计、生成报表，随时掌握环境状态。

图4 系统流程图

［1］Akyildiz LF，Su WL，Sankarasubramaniam Y，et al.A Survey on Sensor Networks［J］.IEEE Communications Magazine，2002，40(8):102 －114.

［2］龙慧.无线传感器网络发展现状研究［J］.单片机与嵌入式系统应用，2011(6):9－11.