傳感器網絡在環境監測中的應用
2015-10-08
隨著網絡與數據通信、嵌入式計算和傳感器技術的快速發展，出現了具有感知能力、數據處理能力和網絡通信能力的傳感器網絡。傳感器網絡所具有的許多獨特優點使得它在各種領域的應用受到人們的極大關注。
1 傳感器網絡概述
傳感器網絡(Sensor Network)是由一組傳感器以AdHoc方式構成的有線或無線網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，并發布給觀察者，從而實現觀察者與傳感器之間的數據通信。
我們工作、生活、娛樂等場所都需要一個安全的環境。家庭中對煤氣泄漏的及時發現，公共場所對火災初期情況的及時掌握，對人員疏散、最大限度減少生命及財產損失至關重要；計算機網絡機房、儲備重要物資的倉庫等許多場所對環境條件要求很高，如機房和倉庫對溫度、濕度都有嚴格的要求。
現在雖然有一些應對辦法，如公共場所安裝煙感器，家庭中安裝煤氣報警器、煙感器，機房、倉庫溫濕度有專人負責定時監測，但這種點狀的模式效率不高。例如，以家庭為例，即使家里安裝了煤氣報警器、煙感器(這是安全意識較強的家庭，事實上大多數家庭都沒有安裝煤氣報警器和煙感器)，但在家中無人的情況下，一旦發生煤氣泄漏(或火災)，煤氣報警器(或煙感器)啟動報警，但由于無人在家，依然會造成嚴重的財產損失。而且，這種點狀的模式不能做到實時性。因為，通常對環境狀況的監測主要是通過人工方式，即值班人員定時進行巡視，觀察設置在環境中的儀表，并將情況進行手工記錄。但是這樣的定時巡視，因有一定的時間間隔，不能做到實時性，而且需要的人力較多。
如果能夠利用傳感器網絡，進行網狀的集中監控，就會大大地提高工作效率，實時掌握環境情況。當環境出現異常情況時，報警啟動，監控室的值班人員會第一時間掌握情況，及時進行處理，從而最大限度減少災害帶來的損失。
1 傳感器網絡概述
傳感器網絡(Sensor Network)是由一組傳感器以AdHoc方式構成的有線或無線網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，并發布給觀察者，從而實現觀察者與傳感器之間的數據通信。
圖1給出了一個典型的傳感器網絡的結構。這個網絡由傳感器節點、接收發送器、計算機網絡或通信衛星、觀察者等部分構成。傳感器節點散布在指定的感知區域內，每個節點都可以感知信息，感知信息通過多跳的方式傳輸給接收發送器，接收發送器再將感知信息送到計算機網絡或通信衛星，通過計算機網絡或通信衛星實現觀察者與傳感器之間的數據通信。
傳感器、感知對象和觀察者是傳感器網絡的三個基本要素。網絡中的傳感器節點(或稱為傳感器子系統)由電源、數據獲取單元、信息存儲與處理單元和數據傳輸單元構成，如圖2所示。電源為傳感器提供正常工作所必需的能源。數據獲取單元用于感知、獲取外界的信息，并將其轉換為數字信號。信息存儲與處理單元對數據獲取單元傳來的信息進行必要的處理、保存，數據傳輸單元負責與其他傳感器或接收發送器之間的通信。觀察者是傳感器網絡的用戶，是感知信息的接受者或任務管理者，觀察者可以是人，也可以是計算機或其他設備。
2 傳感器網絡在環境監測中的應用我們工作、生活、娛樂等場所都需要一個安全的環境。家庭中對煤氣泄漏的及時發現，公共場所對火災初期情況的及時掌握，對人員疏散、最大限度減少生命及財產損失至關重要；計算機網絡機房、儲備重要物資的倉庫等許多場所對環境條件要求很高，如機房和倉庫對溫度、濕度都有嚴格的要求。
現在雖然有一些應對辦法，如公共場所安裝煙感器，家庭中安裝煤氣報警器、煙感器，機房、倉庫溫濕度有專人負責定時監測，但這種點狀的模式效率不高。例如，以家庭為例，即使家里安裝了煤氣報警器、煙感器(這是安全意識較強的家庭，事實上大多數家庭都沒有安裝煤氣報警器和煙感器)，但在家中無人的情況下，一旦發生煤氣泄漏(或火災)，煤氣報警器(或煙感器)啟動報警，但由于無人在家，依然會造成嚴重的財產損失。而且，這種點狀的模式不能做到實時性。因為，通常對環境狀況的監測主要是通過人工方式，即值班人員定時進行巡視，觀察設置在環境中的儀表，并將情況進行手工記錄。但是這樣的定時巡視，因有一定的時間間隔，不能做到實時性，而且需要的人力較多。
如果能夠利用傳感器網絡，進行網狀的集中監控，就會大大地提高工作效率，實時掌握環境情況。當環境出現異常情況時，報警啟動，監控室的值班人員會第一時間掌握情況，及時進行處理，從而最大限度減少災害帶來的損失。
運用傳感器網絡進行環境監測的系統結構圖如圖3所示，系統硬件設備由傳感器子系統、服務器、客戶機和報警器組成。
系統流程如圖4所示。針對不同的環境，根據需要采集的參數類型(溫濕度數據、煙感數據、煤氣感應數據等)選擇相應的傳感器，構成相應的傳感器子系統，傳感器子系統將采集到的數據經過處理后發送到服務器，服務器將接收到的數據自動存入數據庫，當數據超出規定的范圍時啟動報警器進行報警，提醒值班人員及時進行處理。值班人員也可以隨時通過客戶端軟件訪問服務器，對環境參數進行查詢、統計、生成報表，隨時掌握環境狀態。
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