■樊理乾

（南水北調(diào)中線渠首環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)急中心 河南 南陽(yáng) 473003）

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探究

■樊理乾

（南水北調(diào)中線渠首環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)急中心 河南 南陽(yáng) 473003）

伴隨社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人口數(shù)量不斷增加，工業(yè)生產(chǎn)與加工力度不斷加大，大量生活污水、工業(yè)廢水等排入城市水體系統(tǒng)之中，導(dǎo)致水體受到嚴(yán)重的污染，水質(zhì)大大下降。日趨加劇的水資源污染問(wèn)題，威脅著人們的身體健康。為保證人們?cè)谒w應(yīng)用上的安全性，開(kāi)展水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作變得異常重要，一旦發(fā)現(xiàn)存在水質(zhì)污染現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行治理，為人們提供安全飲水環(huán)境。為此，本文就無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

目前，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，主要以水體污染與大氣污染為主，尤其是水資源污染，大大影響城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，威脅著城鎮(zhèn)居民的生活質(zhì)量。面對(duì)一系列的水體污染問(wèn)題，各個(gè)城市積極開(kāi)展水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，建立完善的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為主，其中涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)性元素，形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)體系，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有靈活性強(qiáng)、覆蓋面廣、成本低等特點(diǎn)，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值高。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為WSN，其主要是由空間體系中離散的多個(gè)傳感器間進(jìn)行相互協(xié)作而形成的綜合性系統(tǒng)[1]。在該系統(tǒng)中，集合了嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種先進(jìn)的技術(shù)元素，能對(duì)信息開(kāi)展實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與同步，對(duì)信息進(jìn)行感知、采集與監(jiān)測(cè)，對(duì)信息進(jìn)行全面的處理與應(yīng)對(duì)，對(duì)信息進(jìn)行處理后，運(yùn)用無(wú)線的方式進(jìn)行傳輸、發(fā)送與共享，以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式向用戶傳遞信息。WSN的運(yùn)行與應(yīng)用，其聯(lián)網(wǎng)性能更為完善，聯(lián)網(wǎng)更具廣泛性，比Internet的聯(lián)網(wǎng)性能更佳。Internet僅僅是實(shí)現(xiàn)交流的信息化，而WSN則是能為人們的彼此交流提供重要的平臺(tái)，將物理元素與信息元素相互融合，研究范圍更廣。WSN經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，最早可追溯到上世紀(jì)七十年代，首代傳感器網(wǎng)絡(luò)是借助點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸性技術(shù)對(duì)傳感器予以連接，后來(lái)傳感器的連接發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不僅僅以串聯(lián)為主，還設(shè)置了并聯(lián)接口，通過(guò)兩種連接方式可獲取更多的信息資源，對(duì)這些信息進(jìn)行綜合性的處理，此屬于二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。第三代傳感器是將傳感器設(shè)置成一個(gè)局域性網(wǎng)絡(luò)，主要受到現(xiàn)場(chǎng)總線的控制[2]；而第四代傳感器則是成為當(dāng)前全世界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，主要是將各項(xiàng)無(wú)線控制技術(shù)進(jìn)行集合，以形成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，主要針對(duì)水下開(kāi)展一定的監(jiān)測(cè)任務(wù)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的原理在于把傳感器設(shè)置在水下，借助水聲通信來(lái)設(shè)置局域性網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)性工作，進(jìn)而完成一系列的監(jiān)測(cè)任務(wù)。

1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征

新時(shí)期，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在逐漸得到完善，該系統(tǒng)的性能變得更為穩(wěn)定、高效。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程中，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展現(xiàn)出了一定的特點(diǎn)。

其一，WSN屬于規(guī)模較大的自組織性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。WSN的節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，數(shù)據(jù)多，且該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性能，致使其他的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域也在不斷擴(kuò)展[3]。

其二，WSN屬于多條路由的動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中，所涉及到的節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，然而，能量是有限的，若通信發(fā)射功率較小，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)處的通信距離較短，僅僅可在彼此較為接近的節(jié)點(diǎn)間達(dá)到單挑的效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通信的目的。在傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中沒(méi)有專門的路由設(shè)備，負(fù)責(zé)路由功能部分的是各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的有效協(xié)調(diào)與運(yùn)行，進(jìn)而可將節(jié)點(diǎn)看作路由設(shè)備，也可將其看作終端設(shè)備。

其三，WSN是以數(shù)據(jù)為核心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳統(tǒng)器網(wǎng)絡(luò)屬于任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)，若該網(wǎng)絡(luò)中所涉及到的節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少，節(jié)點(diǎn)即可被分配到一個(gè)獨(dú)特的標(biāo)識(shí)，若節(jié)點(diǎn)較多，則有可能有的節(jié)點(diǎn)就無(wú)法獲取獨(dú)特的標(biāo)識(shí)，且該節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)需要以通信協(xié)議為基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)化，會(huì)大大影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，節(jié)點(diǎn)編號(hào)與地理位置間不存在直接關(guān)系，若用戶想要獲取信息，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)僅僅是個(gè)別節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)信息，并不是整個(gè)系統(tǒng)的全部節(jié)點(diǎn)，可見(jiàn)，數(shù)據(jù)對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要性。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 物理光學(xué)分析法

物理光學(xué)分析法是以光學(xué)性質(zhì)為前提而開(kāi)展的分析方法，主要的運(yùn)行原理為光電轉(zhuǎn)換，借助電子器件彼此間的作用效果，對(duì)光學(xué)輻射指數(shù)進(jìn)行測(cè)試，先對(duì)物質(zhì)開(kāi)展定性與定量分析。物理光學(xué)分析法還可分為光度法、熒光分析法、原子吸收法與發(fā)射光譜法等[4]。在以上幾種分析方法中，使用最為頻繁的當(dāng)屬光度法，處在紅外線與紫外線區(qū)就可視為紅外紫外光度法。作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的典型代表，物理光學(xué)分析方法具有諸多的優(yōu)勢(shì)，分析速度快、效率高、自動(dòng)化水平高、精確度高等，當(dāng)然，該方法也存在一定的缺陷，即開(kāi)展監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)儀器的成本高，價(jià)格昂貴。

2.2 電化學(xué)傳感器測(cè)量法

電化學(xué)傳感器測(cè)量法是以電化學(xué)性為條件而發(fā)明出來(lái)的，該測(cè)量方法是以物質(zhì)本身化學(xué)系統(tǒng)或試樣電響應(yīng)為理論基礎(chǔ)間而產(chǎn)生的。傳感器中的感知部件信號(hào)較弱，以毫伏為單位，借助濾波進(jìn)行放大處理，然后再借助A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式系統(tǒng)之中進(jìn)行科學(xué)的處理。根據(jù)輸出信號(hào)的差異，可將傳感器的類型劃分為電導(dǎo)型、電流型與電位型。運(yùn)用該測(cè)量方法所耗費(fèi)的成本較低，適合用在規(guī)模較大的水質(zhì)監(jiān)測(cè)之中，但是技術(shù)問(wèn)題較為突出，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的精確度受到威脅。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯集了多種技術(shù)性元素，主要以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)為主，通過(guò)多種技術(shù)的相互協(xié)作與融合，以發(fā)揮電子系統(tǒng)的重要監(jiān)測(cè)作用，進(jìn)而更為高效的應(yīng)用到水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之中。伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展力度越來(lái)越大，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，為應(yīng)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的各項(xiàng)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)與完善無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的缺陷，實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的不斷補(bǔ)充與創(chuàng)新，旨在為后續(xù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展提供高水平的技術(shù)支撐。

[1]黃建清,王衛(wèi)星,姜晟,孫道宗,歐國(guó)成,盧康櫸.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與試驗(yàn) [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,04:183-190.

[2]張國(guó)杰,陳凱,顏志剛,王文豪.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究 [J].機(jī)電工程, 2016,03:366-372.

[3]梁禮明,梁毓明.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的鄱陽(yáng)湖水質(zhì)在線監(jiān)測(cè) [J].節(jié)水灌溉,2012,11: 34-37.

[4]吳守霞,高文琪.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 [J].中國(guó)建材科技,2014,06:36-37.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-299-1