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无线传感网络在野生动物监测上的应用


□ 张林源等

  以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果,网络给我们的生活带来了前所未有的、深刻的变化。然而,网络功能再强大、再丰富,也难以在网络上实现人类对现实世界的感知需求,正是在这样一个背景下,传感网应运而生。它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等技术,成为计算机学科的一个新领域。它由部署在监测区域内大量、廉价、微型的传感器节点以无线通信的方式形成一个自组织网络系统,让所有的物品都与网络连接起来,方便信息的识别和管理。由于传感网的存在,我们很容易实现物品在网络上的识别,同时感觉到这些物品的色、香、味等实际信息,这正是传感网技术的魅力所在。

  无线传感网概述

  无线传感器网络由随机分布的集成传感器、执行器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、,红外、声呐、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。由传感器、通讯网络和信息处理系统为主构成的传感网技术,具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储管理等各种功能。它使目前的网络技术功能得到极大的拓展,使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。也就是说,原来与网络相距甚远的家电、交通管理、农业生产、建筑物安全、旱涝预警等事物和行业,’都能够得到有效的网络监测,有的甚至能够通过网络进行远程控制。因此,传感网技术被美国《技术评论》评为未来改变世界的十大技术之首,并指出信息时代将从“网络就是计算机时代”进入到“网络就是传感器时代”,其中,对于野生动物的监测和管理是无线传感器网络应用的一个重要领域。

  监测家畜和野生动物

  无线传感网络技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略技术,可以广泛应用于军事、国家安全、环境科学、灾害预测、医疗卫生、城市信息化建设等领域。其在畜牧业和野生动物方面的应用研究,目前在国内还没有查到相关报道,而在国外已有多项研究公之于众。2002年美国加州大学伯克利分校同Intel研究实验室的研究人员在缅因州的Great Duck岛上开展了对海燕的监测试验。研究人员布置了32个节点的传感器网络以读取岛上的气候数据,用以评价一种海燕筑巢的气候条件;2003年又增加大到150个安有D型微型电池的第二代传感器,用于跟踪岛上野生动物情况和环境信息。普林斯顿大学的Mpala研究中心则开发了一种叫Zebra Net(斑马网)的野生动物跟踪系统,为每头斑马在颈部佩戴Zebra Net II型传感器,传感器上带有GPS模块、太阳能模块、无线电收发装置、多种传感器、处理器和存储模块等,可以监测斑马的位置、心率、体温和饮水周期等生存信息,并将信息存储起来。当生物学家车辆上的移动基站设备进入通讯范围时,就会将数据发送给基站。TekVet公司和IBM公司在2003年合作建立了名为Tek Sensor的项目,使用有源RFID家畜行进跟踪系统即时地通过网络确认牛的位置情况,但与传统的家畜跟踪系统不同的是,TekVet项目的RFID还集成了温度传感器,因此,还能对牛的体温进行即时监测,使管理者能够随时了解牛群的健康状况,对于体温不正常的家畜进行早期治疗。在Hogthrob项目中,丹麦的研究人员把无线传感器网络应用于监测母猪,通过无线传感器网络把母猪的相关信息发送到饲养员的手持终端上,这样便于信息的读取。澳大利亚的研究人员则使用无线声学传感器网络辨别青蛙和蟾蜍,通过使用Mica2传感器节点采集声音信息并且扩展传感器网络的覆盖性,而使用Stargates传感器节点来进行耗费资源的运算,这种混合型传感器网络能更好地应用于声音辨别中。

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摘自:大自然
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