無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幫助監(jiān)測森林火災(zāi)

　引言

　　為了減少森林火災(zāi)帶來的損失，世界各國非常重視林火監(jiān)測。林火監(jiān)測的措施通常可劃分為四個空間層次，即地面巡護、嘹望臺定點觀測、空中飛機巡護和空間衛(wèi)星監(jiān)測。林火監(jiān)測系統(tǒng)的功能是及時發(fā)現(xiàn)火情，準確探測起火點，確定火的大小、動向，監(jiān)視林火發(fā)生發(fā)展的全過程。但是在茫茫林海，只靠巡護員檢測火情是很不夠的，嘹望臺嘹望又受到很多條件的限制，一般情況下，小火時煙霧小不易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時往往已釀成災(zāi)；大火蔓延時，煙霧彌漫，很難確定大火的位置和發(fā)展動向；通過觀察煙霧測定的數(shù)據(jù)往往誤差較大；夜間觀測困難。而靠飛機巡邏觀察不僅耗資大，速度也不是最陜的，并且圖像的分辨率低，一般火災(zāi)燃燒幾公里才能被發(fā)現(xiàn)。由于上述不足，森林防火指揮部在制定撲火計劃和調(diào)動撲火力量時，可能因火災(zāi)位置不準而造成不必要的損失。

　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高科技不斷被應(yīng)用到林火監(jiān)測中，森林防火工作日益走向高科技、智能化、系統(tǒng)化、綜合化。環(huán)境監(jiān)測是一類典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控手段相比，使用傳感器網(wǎng)絡(luò)進行環(huán)境監(jiān)控有三個顯著的優(yōu)勢：一是傳感器節(jié)點的體積很小且整個網(wǎng)絡(luò)只需要部署一次，因此部署傳感器網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控環(huán)境的人為影響很小。這一點在對外來生物活動非常敏感的環(huán)境中尤其重要。二是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量大，分布密度高，每個節(jié)點可以檢測到局部環(huán)境的詳細信息并匯總到基站，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)采集量大，精度高的特點。三是無線傳感器節(jié)點本身具有一定的計算能力和存儲能力，可以根據(jù)物理環(huán)境的變化進行較為復(fù)雜的監(jiān)控，傳感器節(jié)點還具有無線通信能力，可以在節(jié)點間進行協(xié)同監(jiān)控。通過增大電池容量和提高電池使用效率，以及采用低功耗的無線通信模塊和無線同協(xié)議可以使傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命期延長很長時間，這保證了傳感器網(wǎng)絡(luò)的實用性。節(jié)點的計算能力和無線通信能力使得傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠重新編程和重新部署，對環(huán)境變化、傳感器網(wǎng)絡(luò)自身變化以及網(wǎng)絡(luò)控制指令做出及時反應(yīng)，因而傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于多種環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中。

　　1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹

　　無線網(wǎng)絡(luò)是由許多獨立的無線節(jié)點之間，通過空氣中的無線電波，光波，構(gòu)成的無線通信網(wǎng)絡(luò)。是由大量微型、智能、低功耗傳感器以某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。其目的是協(xié)作的感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及無線通信技術(shù)，正成為一個新興技術(shù)領(lǐng)域，被認為是21世紀最重要的技術(shù)之一。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有無線通信、數(shù)據(jù)采集和處理、協(xié)同合作等功能，可以隨機或者特定的布置在目標環(huán)境中，能夠獲取周圍環(huán)境的信息并且相互協(xié)同工作完成特定任務(wù)。傳感器節(jié)點主要由電源管理模塊、傳感器、微處理器、存儲器以及射頻模塊等功能模塊構(gòu)成。典型的傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　電源管理模塊為其他功能單元提供正常工作所必需的能源。傳感器用于感知、獲取外界的信息，并通過信號處理電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。微處理器部件負責協(xié)調(diào)節(jié)點各部分的工作，如對傳感器獲取的信息進行必要的處理、保存，控制傳感器和電源的工作模式等。射頻模塊負責與其他傳感器或觀察者的通信。