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無線傳感器網絡在野外測量中的應用

2010-12-10 17:00:24

工業(yè)測量領域中，往往需要大范圍、長時間、多通道的數據測量系統(tǒng)。而在野外環(huán)境監(jiān)測領域中，由于環(huán)境條件的特殊影響，常常使監(jiān)測系統(tǒng)因為長距離布線、電源等原因而難以有效實施。而無線傳感器網絡由于其自組織路由、低功耗、無需布線等特性，特別適合于工業(yè)領域的野外測量。

　　本文將舉一個部署在我國某沿海城市的無線傳感器網絡實例，該系統(tǒng)經過少量修改后可以滿足許多工業(yè)測量的需求。

　　該城市存在很多山地地貌，居民人口眾多，要求土地必須保持較高的利用率，所以大量道路和建筑都位于山區(qū)附近。該地區(qū)降雨量常年偏高，特別是在每年夏季，會出現大量降水。不穩(wěn)定的山地地貌在受到雨水侵蝕后，容易發(fā)生山體滑坡，對居民生命財產安全構成嚴重的威脅。

　　當地有關部門嘗試部署過多套有線方式的監(jiān)測網絡以對山體滑坡進行監(jiān)測預警，但是由于監(jiān)測區(qū)域往往為人跡罕至的山間，缺乏道路，野外布線、電源供給等都受到限制，使得有線系統(tǒng)部署起來非常困難。此外有線方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集數據，需要工作人員定時到監(jiān)測點下載數據，系統(tǒng)得不到實時數據，靈活性很差。

　　對此，在與地理監(jiān)測專家進行多次交流，并進行數次實地考察后，Crossbow公司提出了基于無線傳感器網絡的山體滑坡監(jiān)測全套無線解決方案。

　　山體滑坡的監(jiān)測主要依靠兩種傳感器的作用：傾角傳感器和液位傳感器。在山體容易發(fā)生危險的區(qū)域，沿著山勢走向豎直設置多個孔洞，每個孔洞都會在最下端部署一個液位傳感器，在不同深度部署數個傾角傳感器。由于該地區(qū)的山體滑坡現象主要是由雨水侵蝕產生的，因此地下水位深度是標識山體滑坡危險度的重要指標。該數據由部署在孔洞最下端的液位傳感器采集并由無線網絡發(fā)送。中繼Mote將來自節(jié)點的數據通過Mesh網絡傳輸到基站。 當一個Mote出現故障，與之相關的其他Mote會自動重新選擇路由。在這個Mote的故障排除后，會重新加入到Mesh網絡中繼續(xù)工作。

　　基站由一個一個Mote和Stargate網關組成。Stargate網關包含IntelSA1111協(xié)處理器、IntelPXA255主處理器、３２MBFLASH 、６４MBRAM以及５１CF接口、PCMCIA針接口、接口。

　　在該項目中，Stargate通過５１針接口連接一個IRIS節(jié)點，依靠Xmesh自組協(xié)議獲取子網數據;通過PCMCIA外接GPRS卡，依靠GPRS網絡獲取遠距離通信能力。

　　基站本身的處理能力用來進行數據預處理，CF接口外接５１２MBFLASH卡用來保存本地至少７天的數據。基站實物圖如圖５所示。