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无线传感器网络在野外测量中的实际应用

导读: 在工业测量领域,往往需要长时间、大范围、多通道的数据测量系统。而在野外环境监测领域,经常使监测系统因为电源、长距离布线等因素的存在而难以有效部署。而无线传感器网络由于其低功耗、自组织路由、无需布线等特性,特别适合于工业领域的野外测量。

在工业测量领域,往往需要长时间、大范围、多通道的数据测量系统。而在野外环境监测领域,由于环境条件的特殊情况,经常使监测系统因为电源、长距离布线等因素的存在而难以有效部署。而无线传感器网络由于其低功耗、自组织路由、无需布线等特性,特别适合于工业领域的野外测量。

本文将介绍一个部署在我国南部某沿海城市的无线传感器网络案例,该系统经过少量修改后可以满足许多工业测量的需求。

该城市存在大量山地地貌,城市居民人口众多,要求土地必须保持较高的利用率,因此大量建筑和道路都位于山区附近。该地区降雨量常年偏高,尤其在每年夏季的梅雨季节,会出现大量的降水。不稳定的山地地貌在受到雨水侵蚀后,容易发生山体滑坡,对居民生命财产安全构成巨大的威胁。

无线传感器网络在野外测量中的应用

当地有关部门尝试部署过多套有线方式的监测网络以对山体滑坡进行监测和预警,但是由于监测区域往往为人迹罕至的山间,缺乏道路,野外布线、电源供给等都受到限制,使得有线系统部署起来非常困难。此外有线方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集数据,需要专人定时前往监测点下载数据,系统得不到实时数据,灵活性较差。

对此,在与地理监测专家进行多次交流,并进行数次实地考察后,Crossbow公司提出了基于无线传感器网络的山体滑坡监测全套无线解决方案。

基本测量原理

山体滑坡的监测主要依靠两种传感器的作用:液位传感器和倾角传感器。在山体容易发生危险的区域,沿着山势走向竖直设置多个孔洞。每个孔洞都会在最下端部署一个液位传感器,在不同深度部署数个倾角传感器。由于该地区的山体滑坡现象主要是由雨水侵蚀产生的,因此地下水位深度是标识山体滑坡危险度的第一指标。该数据由部署在孔洞最下端的液位传感器采集并由无线网络发送。

通过倾角传感器可以监测山体的运动状况,山体往往由多层土壤或岩石组成,不同层次间由于物理构成和侵蚀程度不同,其运动速度不同。发生这种现象时部署在不同深度的倾角传感器将会返回不同的倾角数据。在无线网络获取到各个倾角传感器的数据后,通过数据融合处理,专业人员就可以据此判断出山体滑坡的趋势和强度,并判断其威胁性大小。

Crossbow用于此项目的产品包括新型Mote节点IRIS、MDA300数据采集板、Stargate基站;MoteWorksTM软件环境包括Xmesh协议栈(IEEE802.15.4兼容)、Xserver中间件及MoteWeb可视化管理平台。

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