無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幫助監(jiān)測(cè)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(cè)。林火監(jiān)測(cè)的措施通常可劃分為四個(gè)空間層次，即地面巡護(hù)、嘹望臺(tái)定點(diǎn)觀測(cè)、空中飛機(jī)巡護(hù)和空間衛(wèi)星監(jiān)測(cè)。林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能是及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，準(zhǔn)確探測(cè)起火點(diǎn)，確定火的大小、動(dòng)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(hù)員檢測(cè)火情是很不夠的，嘹望臺(tái)嘹望又受到很多條件的限制，一般情況下，小火時(shí)煙霧小不易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已釀成災(zāi)；大火蔓延時(shí)，煙霧彌漫，很難確定大火的位置和發(fā)展動(dòng)向；通過觀察煙霧測(cè)定的數(shù)據(jù)往往誤差較大；夜間觀測(cè)困難。而靠飛機(jī)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(jì)劃和調(diào)動(dòng)撲火力量時(shí)，可能因火災(zāi)位置不準(zhǔn)而造成不必要的損失。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高科技不斷被應(yīng)用到林火監(jiān)測(cè)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(cè)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(jìn)行環(huán)境監(jiān)控有三個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)：一是傳感器節(jié)點(diǎn)的體積很小且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只需要部署一次，因此部署傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)控環(huán)境的人為影響很小。這一點(diǎn)在對(duì)外來生物活動(dòng)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(diǎn)數(shù)量大，分布密度高，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以檢測(cè)到局部環(huán)境的詳細(xì)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(diǎn)。三是無線傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有一定的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，可以根據(jù)物理環(huán)境的變化進(jìn)行較為復(fù)雜的監(jiān)控，傳感器節(jié)點(diǎn)還具有無線通信能力，可以在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)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(shí)間，這保證了傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性。節(jié)點(diǎn)的計(jì)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(duì)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(shí)反應(yīng)，因而傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于多種環(huán)境監(jiān)測(cè)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(dú)立的無線節(jié)點(diǎn)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(duì)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(jì)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(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(jī)或者特定的布置在目標(biāo)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(diǎn)主要由電源管理模塊、傳感器、微處理器、存儲(chǔ)器以及射頻模塊等功能模塊構(gòu)成。典型的傳感器節(jié)點(diǎn)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(hào)處理電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。微處理器部件負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)各部分的工作，如對(duì)傳感器獲取的信息進(jìn)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(fù)責(zé)與其他傳感器或觀察者的通信。