原创 基于无线传感器网络的环境监测开发和应用

2012-7-17 11:36 1102 14 14 分类: 工程师职场

    无线传感器网络因其部署简单、布置密集、低成本和无需现场维护等优点为环境科学研究的数据获取提供了方便,因而可广泛应用于气象和地理研究、自然和人为灾害(如洪水和火灾)监测、监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、牲畜和家禽的环境状况以及大面积的地表检测;还可以通过跟踪珍稀鸟类、动物和昆虫进行濒危种群的研究等。
    在美国的ALERT计划中,研究人员开发了数种传感器来分别监测降雨量、河水水位和土壤水分,他们通过预定义的方式向中心数据库提供信息,并依此预测暴发山洪的可能性。类似地,对于森林火灾的监测,可以将传感器节点随机密布于森林之中。当发生火灾时,这些节点会协同工作,在很短的时间内将火源的具体地点、火势的大小等信息传回给有关部门。
    2002年,美国加州大学伯克利分校Intel实验室和大西洋学院联合在大鸭岛上部署了用来监测岛上海鸟生活习性的无线传感器网络。他们使用了包括光、湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内的近10种类型的传感器,系统通过自组织无线网络,将数据传输到100m外的基站计算机内,再由此经卫星传输至加州的服务器进行分析研究。
    2005年,澳洲的科学家利用传感器网络来探测北澳大利亚的赡炼的分布情况。由于瞻蛤的叫声响亮而独特,因此利用声音作为检测特征比较有效。采集到的信号在节点上就地处理,然后将处理后的少数结果数据发回控制中心。

另外,还有研究人员把传感器节点布放在葡萄园内,测量葡萄园气候的细微变化。研究动机是,葡萄园气候的细微变化可极大影响葡萄的质量,进而影响葡萄酒的质量,通过长年的数据记录以及相关分析,便能精确地掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这无疑是一个典型的精准农业与智能耕种的实例。

    为更好地了解地球气候的变化,挪威科学家利用WSN监测冰河的变化情况,目的在于通过分析冰河环境的变化来推断地球气候的变化。在没有基础设施支持的冰河中进行观测试验,WSN成了最佳选择。网络节点被埋在冰床下面,深浅各不相同,节点除了可以测量压力和温度等基本参数外,还装备了特殊的传感器用来测方向,冰面上作为簇头的节点安装有GPS来定位,各簇头通过GSM链路将监测数据传回基站。本项目的一个技术难点是如何在水中和冰里提供可靠的无线通信支持。

    W5N还在一些特殊应用中发挥出了意想不到的效用。哈佛大学Mate Wel领导的研究小组利用WSN对活火山V01canTungarahua进行了持续观测,节点采集的次声波数据被实时传回离火山十几公里远的监测站,而且监测站还可以远程控制各网络节点。在传统观测模式下,只能事先放置好观测节点,等火山喷发告一段落后,取回节点,读出数据。相比而言,WSN为这种特殊的监测任务增添了更多可控性,降低了试验的危险性。

    电子牧场是一个非常有趣的研究项目。在牛的脖子上套上wSN节点,当牛接近围栏时,上面的电子装置探测到有牛接近围栏,随即模拟出驱赶牛的声音,防止牛跑出电子桩划定的放牧区域,这样放牧人便可以坐在家中轻松自在地喝咖啡、看电视。

                                                         本文节选自《无线传感器网络的应用
 
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