传感器网络将覆盖全球 监控全球环境

作者：全球MRO综合服务商    仪器仪表行业新闻来源：全球MRO仪器仪表交易网    点击数：    更新时间：2006/2/14

    机器人取代研究人员在森林中走来走去，收集森林的降雨量、光照、湿度、植被覆盖率等信息；科学家在实验室通过笔记本远程控制安置在野外、海洋底部的传感器、摄像机等仪器，随时掌控自然界的细微变化。据《纽约时报》报道，科学家正在全球建立起一个环境传感器网络。  

   　　机器人取代科学家在野外考察  

   　　在美国加州桑嘉西托山脉的一个大峡谷里，科学家正在圈地30英亩松树林和阔叶林地，以用于未来的环境研究。  

   　　科学家们正在将100多个传感器、机器人、摄像机和电脑连起来，组成一个环境传感器网络，他们将通过一种特殊的方式，为这片青绿世界描绘出一幅非同寻常的肖像。  

   　　传感器、机器人、摄像机等仪器都是无线控制和连接的。其中有一种神通广大的装置叫做微粒，大小如同一张纸牌，它可以自动测量森林中的光、风速、降雨量、温湿度、大气压力，还能探测到温暖物体的出现或跟踪席卷峡谷的寒流。  

   　　此外无线微粒和摄像机以及其它传感器还一起用于跟踪鸟类的生活习性、苔藓的生命周期和不同土壤对二氧化碳的持有情况。机器人从一棵树走到另一棵树，下面的传感器将温湿度和不同天气下的光照情况给记录下来。  

   　　正在研究森林的加州大学的生物学家格雷厄姆表示，用笔记本电脑远程掌握森林，通过网络连接可以看到所有执行任务的微粒、机器人、摄像机等，这非常酷。科学家不用每天蹲守在森林中进行实地勘测，通过环境传感器网络就可以随时获得来自森林的一手资料。  

   　　通过环境传感器网络，科学家可以对自然界的变化进行全程跟踪测量。  

   　　这种新科学正在迅速传播，一个耗资10亿多美元的传感器网络计划不仅涉及到这片林地，还包括哈得逊河和太平洋的深底。  

   　　摄像机、手机和无线电脑的快速小型化，使科学家能打造一个小型传感器组成的新型网络，从而开启生态学洞察力的一个新时代。  

   　　虽然这一领域还刚刚起步，但研究人员表示，加州森林研究实验的成功表明这种微型无线传感器网络相对通过有线和电力线相连的仪器来说，成本投入少得多。在以前，科学家想要投入数百万这样的仪器来进行长期跟踪的话，必须伐倒一大片森林才行。  

   　　美国国家自然基金的项目主管亚历山德拉博士表示，“环境科学的潜力是惊人的。有这样的技术，我们就能开始了解大自然的变化是什么，什么情况是正常的。我们认识到越来越多的环境变化在以不同速度出现。为了解这些，我们得全程跟踪测量。”  

   　　科学家希望了解更多的土壤污染物、土地变化、水流、入侵物种，海洋循环、陆地形成、二氧化碳的沉积地、火山爆发的原因以及病毒与遗传基因在环境中的传播方式。  

   　　环境传感器网络让人类难以企及的考察地点也变得触手可及。  

   　　微粒有定制的电脑芯片、传感器和无线连接，通过电池或太阳能供电，使科学家能远程操控它们，让它们四处移动。类似的这种网络预计将遍布北美洲，横越加州西海岸到加拿大的水域。  

   　　有些地方将被永久性地观察，长期记录环境变化的数据，不像夏令营学生或两周海洋研究航行，一次就完了。继微型化电子学和新材料的新一轮发展后，科学家就能用上更小的无线广播、电脑、传感器和电池。  

   　　美国国家科学基金会将源源不断地向大学和研究院提供基础研究经费。在近几年中，此基金会在新传感器网络的研究上已经投入了1亿美金，预计还要向大规模的生态项目研究投入10亿美金，主要用于气象台的建设。  

   　　此外，美国国防部也帮了不少忙。在20世纪90年代，其先进研究项目署向大学里的科学家提供资金，让他们研究许多电脑化的小型传感器。科学家称之为微粒和智能尘埃。  

   　　此装置的需求迅速增长，以至于加州大学的皮斯特博士为此成立了尘埃网络，专门向外出售微粒，包括生态研究。据称，微粒的能效高，大多数时间它能自动让自己睡个够，定时醒来检查一下传感器，并将结果无线发射到其它网络设备。手机大的微粒能工作5年，能在325英尺外传送信息。网络节点能自动寻找其邻居，如果有些失灵了，它就会替补上。  

   　　科学家表示，环境传感器网络有助于填补显微镜与望远镜观察之间的空白。以前很难获得沼泽地的大量信息，而这种技术就能做到。  

   　　即便是水下微生物、微弱地震、地壳变形也难逃环境传感器网络的法眼。  

   　　行业巨头也在加入这一行列。比如，英特尔在开发有关森林的植入网络传感，至今已是第三个年头了。  

   　　科学家还在设计浮动机器人，无线传感器和分布式电脑，自动收集水面和水下的微生物标本，然后将它们与科学家们探测到的微环境情况结合起来进行分析，以用于了解和提高哈得逊河的水质。由科学基金会资助的河网项目大约采用了24个仪器，以跟踪农田的肥料流动、植物的光合作用、藻类的生长和有害物的污染情况。这样，你就能快速掌握污染情况，迅速作出反应，减少危害。  

   　　由科学基金会投资2亿美金的地球探查项目正在3000个点上展开，以跟踪微弱的地震，测量地壳变形和绘制地球从地壳到地核的3维内部结构图。其中，有2000多个仪器是可以移动的，配有无线设备，由太阳能或风能带动。此项研究的目的就是揭开大陆如何形成和发展之谜，革新火山、矿石开采和地震的研究。从2003年启动的地球探查项目将在2008年完成，运行到2023年。  

   　　环境传感器网络已经深入到海洋底部。  

   　　生物领域也有其它项目——美国国家生态观察网络（NEON），投资5亿美金。此项目正在开展，但岸对岸的NEON可能得要占用15个直径为250英里的圆形区域。每个气象台将有雷达来跟踪鸟类。同时还有许多微粒、机器人和传感器，甚至森林中还有一些起重机也将参与此项研究。  

   　　此项目的一个目的是跟踪入侵物种，入侵物种全年导致的农业损失达1000亿美金。另一个目的是预测生物圈的变化，可以让政府更好地规划土地的利用和保护。  

   　　最具挑战性的项目可能是海王星项目。从加州到加拿大的太平洋深海中近2000英里的海缆上星罗棋布地系上了传感器、摄像机和机器人。此项目耗资2亿美金，三分之一来自加拿大，其它的由美国国家科学基金会出。其目的是研究整个海洋、从海底到海面的环境变化，以回答一些基本问题，帮助人们更好地保护被海洋学者称之为地球的命根子的海洋，再看看人类是如何影响海洋的。  

   　　目前加拿大已经着手在研究，美国方面到2007年才会注入第一批资金。此项目计划到2012年完成，运行30年。  

   　　未来环境传感器网络将像因特网一样覆盖全球。  

   　　像因特网一样，这些由智能嵌入式传感器组成的规模庞大的分布式系统最终将覆盖全球，对濒危物种、土壤和空气污染、病人和人工环境等各种现象进行监测和信息收集。通过广泛应用，传感器网络还可能揭示出一些我们此前所未曾观察到的现象，并将最终帮助我们理解和管理这个日益脆弱的地球。  

   　　传感器网络技术还可能改写一些重要的科学分支，如生态学和环境科学等。然而，正如我们已经谈到的，这一技术所带来的影响将远远超出科学探索的范围。最终，高分辨率的观测系统将大幅减少被污染的空气和水源对公众的危害；将为人们提供更安全的食品和住宅；将使那些最早发现自然和人为灾害的人们能够将警报更有效地传递给他人。