無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域分析

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)之一，可用于特殊環(huán)境實(shí)現(xiàn)信號的采集、處理和發(fā)送。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　傳感器節(jié)點(diǎn)可以連續(xù)不斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、事件檢測、事件標(biāo)識、位置監(jiān)測和節(jié)點(diǎn)控制，傳感器節(jié)點(diǎn)的這些特性和無線連接方式使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，能夠廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、健康護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間和倉庫管理，以及機(jī)場、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等領(lǐng)域。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深人研究和廣泛應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸深入到人類生活的各個領(lǐng)域而受到業(yè)內(nèi)人士的重視。

　　在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報中的應(yīng)用

　　在環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣情況、家畜和家禽的環(huán)境和遷移狀況、無線土壤生態(tài)學(xué)、大面積的地表監(jiān)測等，可用于行星探測、氣象和地理研究、洪水監(jiān)測等?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以通過數(shù)種傳感器來監(jiān)測降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測山洪爆發(fā)描述生態(tài)多樣性，從而進(jìn)行動物棲息地生態(tài)監(jiān)測。還可以通過跟蹤鳥類、小型動物和昆蟲進(jìn)行種群復(fù)雜度的研究等。

　　隨著人們對環(huán)境的日益關(guān)注，環(huán)境科學(xué)所涉及的范圍越來越廣泛。通過傳統(tǒng)方式采集原始數(shù)據(jù)是一件困難的工作。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為野外隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了方便，特別是如下幾方面：將幾百萬個傳感器散布于森林中，能夠?yàn)樯只馂?zāi)地點(diǎn)的判定提供最快的信息;傳感器網(wǎng)絡(luò)能提供遭受化學(xué)污染的位置及測定化學(xué)污染源，不需要人工冒險進(jìn)入受污染區(qū);判定降雨情況，為防洪抗旱提供準(zhǔn)確信息;實(shí)時監(jiān)測空氣污染、水污染以及土壤污染;監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分。

　　Crossbow的MEP系列就是其中之一。這是一種小型的終端用戶網(wǎng)絡(luò)，主要用來進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的檢測。該系統(tǒng)包括了2個MEP410環(huán)境傳感器節(jié)點(diǎn)，4個MEP510濕度/溫度傳感器。溫度壓力傳感器是由溫度敏感元件和檢測線路組成的。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，來敏感被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測溫的目的。傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器都是將溫度值經(jīng)過一定的接口電路轉(zhuǎn)換后輸出模擬電壓或電流信號，利用這些電壓或電流信號即可進(jìn)行測量控制。而將模擬溫度傳感器與數(shù)字轉(zhuǎn)換接口電路集成在一起，就成為具有數(shù)字輸出能力的數(shù)字溫度傳感器。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體溫度傳感器與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路、接口電路以及各種其它功能電路逐漸集成在一起，形成了功能強(qiáng)大、精確、價廉的數(shù)字溫度傳感器。

　　在交通管理中的應(yīng)用

　　在交通管理中利用安裝在道路兩側(cè)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)時監(jiān)測路面狀況、積水狀況以及公路的噪音、粉塵、氣體等參數(shù)，達(dá)到道路保護(hù)、環(huán)境保護(hù)和行人健康保護(hù)的目的。

　　1995年，美國交通部提出了“國家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，預(yù)計(jì)到2025年全面投入使用。這種新型系統(tǒng)將有效地使用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通管理，不僅可以使汽車按照一定的速度行駛、前后車距自動地保持一定的距離，而且還可以提供有關(guān)道路堵塞的最新消息，推薦最佳行車路線以及提醒駕駛員避免交通事故等。

　　由于該系統(tǒng)將應(yīng)用大量的傳感器與各種車輛保持聯(lián)系，人們可以利用計(jì)算機(jī)來監(jiān)視每一輛汽車的運(yùn)行狀況，如制動質(zhì)量、發(fā)動機(jī)調(diào)速時間等。根據(jù)具體情況，計(jì)算機(jī)可以自動進(jìn)行調(diào)整，使車輛保持在高效低耗的最佳運(yùn)行狀態(tài)，并就潛在的故障發(fā)出警告，或直接與事故搶救中心取得聯(lián)系。目前在美國的賓西法尼亞州的匹茲堡市就已經(jīng)建成有這樣的交通信息系統(tǒng)，并且通過電臺等媒體附帶產(chǎn)生了一定商業(yè)價值。

　　道路兩側(cè)的傳感器結(jié)點(diǎn)可以實(shí)時監(jiān)測道路破損、路面不平等情況，在暴雨時可以監(jiān)測路面積水情況，并將這些數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時的發(fā)送到相關(guān)部門，便于相關(guān)部門對道路進(jìn)行檢修或者發(fā)布道路積水警報及進(jìn)行險情排除等工作。道路兩側(cè)的傳感器結(jié)點(diǎn)還可以實(shí)時監(jiān)測公路附近的環(huán)境狀況，例如噪音、粉塵及有毒氣體濃度等參數(shù)，并通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送出去，便于有關(guān)部門對道路情況進(jìn)行監(jiān)測。Senera的系統(tǒng)，可用于監(jiān)測橋梁、高架橋、高速公路等道路環(huán)境。對許多老舊的橋梁，橋墩長期受到水流的沖刷，傳感器能放置在橋墩底部用以感測橋墩結(jié)構(gòu);也可放置在橋梁兩側(cè)或底部，搜集橋梁的溫度、濕度、震動幅度、橋墩被侵蝕程度等，能減少斷橋所造成生命財產(chǎn)的損失。在舊金山，200個聯(lián)網(wǎng)微塵已被部署在金門大橋，這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離——可以精確到在強(qiáng)風(fēng)中為幾英尺。當(dāng)微塵檢測出移動距離時，它將把該信息通過微型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去，信息最后到達(dá)一臺更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，任何與當(dāng)前天氣情況不吻合的異常讀數(shù)都可能預(yù)示著大橋存在安全隱患，系統(tǒng)將根據(jù)這一信息通知工程師對其進(jìn)行修繕，以確保橋梁在遭受地震或其他自然災(zāi)害時仍保持完好無損。

　　智能交通系統(tǒng)（ITS）是在傳統(tǒng)的交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域，并將“人- 車-路-環(huán)境”有機(jī)地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問題，同時還可以提高交通工作效率。因此，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為近幾年來的研究熱點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導(dǎo)等幾個方面。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集和傳輸提供一種有效手段，用來監(jiān)測路面與路口各個方向上的車流量、車速等信息。它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)主要通過傳感器來采集車輛和路面信息，然后由策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)，并運(yùn)用計(jì)算方法計(jì)算出最佳方案，同時輸出控制信號給執(zhí)行子系統(tǒng)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，從而達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中還可以用于交通信息發(fā)布、電子收費(fèi)、車速測定、停車管理、綜合信息服務(wù)平臺、智能公交與軌道交通、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和綜合信息平臺等技術(shù)領(lǐng)域。

　　在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理中的應(yīng)用

　　當(dāng)前很多國家都面臨著人口老齡化的問題，我國老齡化速度更居全球之首。中國60歲以上的老年人已經(jīng)達(dá)到1.6億，約占總?cè)丝诘?2%，80歲以上的老年人達(dá)1805萬，約占老年人口的總數(shù)11.29%。一對夫婦贍養(yǎng)四位老人、生育一個子女的家庭大量出現(xiàn)，使贍養(yǎng)老人的壓力進(jìn)一步加大。“空巢老人”在各大城市平均比例已達(dá)30%以上，個別大中城市甚至已超過50%。這對于中國傳統(tǒng)的家庭養(yǎng)老方式提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

　　無線傳感網(wǎng)技術(shù)通過連續(xù)監(jiān)測提供豐富的背景資料并做預(yù)警響應(yīng)，不僅有望解決這一問題還可大大提高醫(yī)療的質(zhì)量和效率。無線傳感網(wǎng)集合了微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信和分布式信息處理等技術(shù)，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)同完成對各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息的實(shí)時監(jiān)測、感知和采集。是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的，涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。

　　近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院中醫(yī)生和患者的行動，以及醫(yī)院的藥物管理等。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器結(jié)點(diǎn)，例如心率和血壓監(jiān)測設(shè)備，醫(yī)生就可以隨時了解被監(jiān)護(hù)病人的病情，在發(fā)現(xiàn)異常情況時能夠迅速搶救。羅切斯特大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，這些計(jì)算機(jī)甚至可以用于醫(yī)療研究?？茖W(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個“智能醫(yī)療之家”，即一個5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項(xiàng)目來測試概念和原型產(chǎn)品?！爸悄茚t(yī)療之家”使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。所搜集的數(shù)據(jù)將被用于開展以后的醫(yī)療研究。通過在鞋、家具和家用電器等設(shè)備中嵌入網(wǎng)絡(luò)傳感器，可以幫助老年人、重病患者以及殘疾人的家庭生活。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理，而且可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)，提高護(hù)理質(zhì)量。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長時間的收集人的生理數(shù)據(jù)，可以加快研制新藥品的過程，而安裝在被監(jiān)測對象身上的微型傳感器也不會給人的正常生活帶來太多的不便。此外，在藥物管理等諸多方面，它也有新穎而獨(dú)特的應(yīng)用。