无线传感器网络技术帮助监测森林火灾

　引言

　　为了减少森林火灾带来的损失，世界各国非常重视林火监测。林火监测的措施通常可划分为四个空间层次，即地面巡护、嘹望台定点观测、空中飞机巡护和空间卫星监测。林火监测系统的功能是及时发现火情，准确探测起火点，确定火的大小、动向，监视林火发生发展的全过程。但是在茫茫林海，只靠巡护员检测火情是很不够的，嘹望台嘹望又受到很多条件的限制，一般情况下，小火时烟雾小不易发现，发现时往往已酿成灾；大火蔓延时，烟雾弥漫，很难确定大火的位置和发展动向；通过观察烟雾测定的数据往往误差较大；夜间观测困难。而靠飞机巡逻观察不仅耗资大，速度也不是最陕的，并且图像的分辨率低，一般火灾燃烧几公里才能被发现。由于上述不足，森林防火指挥部在制定扑火计划和调动扑火力量时，可能因火灾位置不准而造成不必要的损失。

　　随着科学技术的发展，高科技不断被应用到林火监测中，森林防火工作日益走向高科技、智能化、系统化、综合化。环境监测是一类典型的传感器网络的应用。与传统的环境监控手段相比，使用传感器网络进行环境监控有三个显着的优势：一是传感器节点的体积很小且整个网络只需要部署一次，因此部署传感器网络对监控环境的人为影响很小。这一点在对外来生物活动非常敏感的环境中尤其重要。二是传感器网络节点数量大，分布密度高，每个节点可以检测到局部环境的详细信息并汇总到基站，因此传感器网络具有数据采集量大，精度高的特点。三是无线传感器节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控，传感器节点还具有无线通信能力，可以在节点间进行协同监控。通过增大电池容量和提高电池使用效率，以及采用低功耗的无线通信模块和无线同协议可以使传感器网络的生命期延长很长时间，这保证了传感器网络的实用性。节点的计算能力和无线通信能力使得传感器网络能够重新编程和重新部署，对环境变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应，因而传感器网络适用于多种环境监测应用中。

　　1 无线传感器网络

　　1.1 无线传感器网络介绍

　　无线网络是由许多独立的无线节点之间，通过空气中的无线电波，光波，构成的无线通信网络。是由大量微型、智能、低功耗传感器以某种网络协议构成的无线网络。其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及无线通信技术，正成为一个新兴技术领域，被认为是21世纪最重要的技术之一。

　　无线传感器网络节点具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能，可以随机或者特定的布置在目标环境中，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。传感器节点主要由电源管理模块、传感器、微处理器、存储器以及射频模块等功能模块构成。典型的传感器节点结构如图1所示。

　　电源管理模块为其他功能单元提供正常工作所必需的能源。传感器用于感知、获取外界的信息，并通过信号处理电路将其转换为数字信号。微处理器部件负责协调节点各部分的工作，如对传感器获取的信息进行必要的处理、保存，控制传感器和电源的工作模式等。射频模块负责与其他传感器或观察者的通信。