无线传感器网络在环境监测中的应用

张文静 付旭东

内容摘要 随着我国经济的发展和社会的进步，环境监测工作日益受到重视，无线传感器被用来提高工作效率，为环境监测工作提供技术支持。文章就无线传感器网络在环境监测中的应用构架、应用优势和现状及具体应用进行了分析，希望可以提高环境监测工作的水平，实现无线传感器的最大化利用。

关键词 无线传感器网络 环境监测 构架 优势和现状 应用

1 引言

当前，我国对环境污染日渐严重的问题做了诸多努力，通过颁布相关的法律来限制有毒气体及污染物的排放，但就目前的实际情况来看，还需要加强环境监测，完善环境监测系统，以此来控制环境污染问题，构建良好的生态环境系统。

2 无线传感器网络在环境监测中的应用构架

无线传感器网络在环境监测中的应用构架主要包含着四个部分，即通信节点、Sink节点、应用服务器和数据服务器。其中，构架中的通信节点可以完成相关的数据采集、信号处理及无线通信工作。因此，从本质上来讲，通信节点属于信息帧的发起者，也是信息帧的转发者，在实际的应用过程中，利用通信节点，可以完成网络自组组和多条路由，将所采集到的数据发送给Sink节点。Sink节点在实际应用时，则需要通过利用RS232串口线和相关的计算机进行连接，以此来实现功能的发挥。

通常情况下，应用人员为了节约通信节点的电能，都是采取多跳通信方式进行构架中的通信节点及Sink节点的连接。另外，应用人员为了保证构架中所有的通信节点都可以实现和Sink节点之间的无线链路的监理，还需要在有效的通信范围内建立相邻节点，而且，所建立的相邻节点也可以作为构架中的另一个通信阶段，也可以当作Sink节点。

在通信节点和Sink节点之间的通信方面，应用人员则可以加强对通信距离的分析，根据不同的通信距离选择不同功率的天线。例如，如果环境监测的区域较大，工作人员则需要应用大发射功率的天线，这种情况下就会增加通信节点的能量消耗，为此，工作人员需要在通信节点的布置上，降低其布置的密度，进而实现构架成本的节约。

Sink节点和构架中的应用服务器之间的通信，工作人员可以为其安装GSM短信模块或GPRS模块，以此来实现通信过程。另外，Sink节点和应用服务器之间的通信不会受到RS232所允许的最大长度的限制。而且，构架中的应用服务器和数据服务器也可以实现因特网的相互连接，以此来提高环境监测的水平，可以及时发布环境监测的信息[1～3]。

3 无线传感器网络在环境监测中的优势和现状

无线传感器网络在环境监测工作中的应用优势有很多，具体表现为以下几个方面：第一，通过应用无线传感器网络，可以利用网络的自主型实现快速部署网络，并降低部署的成本;第二，利用无线传感器网络，可以实现对监测现场的数据采集，并通过构架中的中间节点进行数据的传输，且在整个过程中不会增加功能的消耗和费用，提高环境监测的水平;第三，应用无线传感器网络，还可以有效地提高网络的健壮性和抗毁性，以此来满足环境监测工作的特点要求。

当前，无线传感器网络在国外的环境监测工作中的应用已经较为成熟，我国虽然应用的时间较晚，但是也取得了一定的成就。例如，在杭州西溪湿地水环境监测工作中就应用了无线传感器网络，其应用效果较好。但是，就目前无线传感器网络在我国的基本应用现状来看，其在相关企事业单位中的应用还有待推广。造成这种现状的主要原因是主要包括：一是无线传感器网络从本质上来讲属于一项新兴的科技，因此，人们对其的优势和应用还较为陌生;二是我国在无线传感器网络上还存在一定的技术问题需要进行解决，在研究和应用方面尚处于起步阶段，难以满足实际的应用需要[4]。

4 无线传感器网络在环境监测中的应用

4.1 在能量管理方面的应用

无线传感器网络在我国环境监测工作中的首要应用就是在能量管理方面的应用，具体表现为如下几点[5]：

第一，为保障在环境监测工作中既不影响工作又能节约能源，需要采取有效的管理办法。所安装的传感器通常情况下是依靠电池来维供应的，因为可用的电量比较有限，在实际的应用过程中，工作人员为了减少更换电池的次数，就需要加强能量管理，而更换电池操作起来非常困难。为此，环境监测人员可以安装休眠机制，从而节约电量，降低消耗。

第二，如果信息在输送过程中中断，传感器中节点输送停止，应先关闭所对应的通信模块和数据收集模块，做到能量节约。

第三，在进行传感任务时，相邻的区域节点也会开始活动，并在活动的过程中形成一个较为完善的活动区域，在数据的传输过程中，活动区域也会因为数据传输方式的不同而发生一定的改变，进而使活动区域在完成任务以后就会停止动作，以此来降低能量的消耗。

第四，传感器的不同节点也会进行轮流的工作，在一定意义上也会降低对能量的损耗。

4.2 定位技术的应用

无线传感器网络在我国环境监测工作的应用还表现为定位技术的应用，其可以将监测对象的位置信息传输到控制端，从而有利于当前环境检测工作持续进行。另外，通过应用无线传感器网络，还可以定位当前监测位置，并获取到相关数据节点的位置信息，进而为实际的环境监测工作提供准确的位置信息。工作人员在利用无线传感器网络进行定位操作时，还需要对不同的节点之间的角度或者是距离进行有效的测量，然后按照实际的情况，进行传感器网络定位，其中，与距离相关的定位主要包含TOA定位和AOA定位等，其他方面的定位则主要包含APIT和质心算法等。

4.3 数据融合技术的应用

我国环境监测工作的主要目的是收集大量的环境数据信息，并对其进行分析，这就需要用到数据融合技术。

第一，在实际的数据采集工作中，工作人员需要根据实际情况确定数据采集的频率和精确度，然后再利用基站向传感器的节点中发送指令信息，在这个过程中要注意保证数据的收集和能量消耗的统一性。

第二，在环境监测的过程中，工作人员需要在环境监测的范围内，将所需要的节点的数据信息传送到控制中心。

第三，对于控制中心附近的传感器节点，其不仅需要负责数据的传输工作，还需要为另一些节点建立完善的数据传输通道，因此，在能量消耗上较多，工作人员需要利用数据融合技术对各个节点所采集到的数据进行有效的融合和压缩。

4.4 工业产业环境监测方面的应用

在我国的工业产业上，也可以应用无线传感器网络来完成一些较为危险的工作环境的监测工作，如煤矿挖掘、石油钻井作业及核电厂的作业等，都可以应用无线传感器网络进行环境的实施监测，保证作业环境的安全，进而保障工作人员的生命财产安全。另外，利用传感器的节点也可以完成一些危险系数较高的工作，并提高工作效率和质量。

5 结语

總而言之，无线传感器网络的出现，在环境监测工作中也相应地产生很多新的应用，可以实现目标识别跟踪，数据存储、能量管理、定位技术各项技术的综合应用，提高环境监测工作的水平和效率。因此，无线传感器网络具有较高的应用价值，值得被大范围地推广和应用。

【参考文献】

[1]王可心.无线传感器网络在环境监测中的应用探析[J].环境与发展，2019，31（9）：162-163.

[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（19）：175.

[3]秦山，李军.无线传感器网络在环境监测中的应用[J].环境与发展，2019，31（6）：173+175.

[4]彩娅.环境监测中无线传感器网络的应用分析[J].化工管理，2019（1）：76-77.

[5]陈颖，何建伟.无线传感器网络在环境监测中的应用[J].信息系统工程，2018（11）：55.