1、物聯網導論Introduction to Internet of Things1第15章 環境監測 前一章介紹了智能建筑中所應用到的物聯網技術以及智能建筑的應用案例。2 15.1 環境監測的起源與發展 15.2 無線傳感網與環境監測 15.3 無線傳感網監測面臨的挑戰 15.4 應用案例3 環境監測宗旨：檢測狀態參數，跟蹤質量變化，確定質量水平 環境監測目標：為環境管理、污染治理、防災減災等工作提供基礎信息、方法指引和質量保證。 環境監測的對象：自然因素，人為因素，污染危害環境的其他因素，以及生物、生態的變化。 環境監測的不同階段：4系統工程角度信息技術角度 基于經驗的觀察 由自然因素認識自然

2、規律； 反映自然規律不全面、不準確、不客觀。 系統科學的監測 50年代，對污染嚴重地點的被動監測； 70年代，監測范圍延伸為包含其他物理因素的離散測量。 自動監測 電子計算機控制和輔助處理； 監測環境有廣度、有頻度、有深度。 無線傳感器網絡5 15.1 環境監測的起源與發展 15.2 無線傳感網與環境監測 15.3 無線傳感網監測面臨的挑戰 15.4 應用案例6 無線傳感網技術具有監測范圍廣、持續時間長、感知能力強、信息傳遞及時等特點，特別適于在大尺度復雜環境監測領域發揮作用，成為溝通物理世界和數學世界的橋梁。 大范圍監測 長期無人監測 復雜事件監測 同步監測7 加州大學伯克利分校2002年

3、美國大鴨島（Great Duck Island） 32個MICA節點 數據采集內容： 溫度、濕度、光照和大氣壓力 監測目的： 持續監測海燕在繁殖季節的習性，收集相關環境數據供動物學家分析。8 美國普林斯頓大學 2004年 肯尼亞中部 數據采集內容： 通過在斑馬身上捆綁GPS傳感器采集細粒度的斑馬群位置信息。 監測目的： 長期跟蹤斑馬群的遷徙9 哈佛大學2004年 厄瓜多爾活火山周圍 16個節點 19天捕捉229次地震、火山爆發和其他地震波事件。 數據采集內容： 100赫茲頻率持續采集地震波和聲波強度等。 監測目的： 對高頻數據采集過程中傳輸可靠性、數據驗證和校準等問題的探索。10 瑞士巴塞爾大

4、學、蘇黎世大學與蘇黎世聯邦理工學院2006年 瑞士阿爾卑斯山 數據采集內容： 氣候狀況、地質結構和地表環境。 監測目的： 研究氣候對環境造成的影響，提前預測雪崩、山體滑坡等自然災害。11 15.1 環境監測的起源與發展 15.2 無線傳感網與環境監測 15.3 無線傳感網監測面臨的挑戰 15.4 應用案例12 實際系統達到的規模和運轉壽命與當初無線傳感網被提出時的目標相去甚遠。13系統名稱研制單位系統規模部署時間部署方式電源類型VigilNet弗吉尼亞大學2003-6個月室外應用系統干電池Motelab哈佛大學190常年運轉室內試驗平臺干電池SensorScope洛桑理工學院976個月室外應用

5、系統干電池Trio加利福尼亞大學伯克利分校5574個月室外應用系統太陽能電池 大規模長期穩定運行的無線傳感網系統所面臨的困難可以總結為： 傳感失諧：無線傳感網傳輸和感知兩大功能不匹配。 診判失據：網絡管理困難。 模型失用：大多數現有研究工作都基于理想化的模型假設。14 15.1 環境監測的起源與發展 15.2 無線傳感網與環境監測 15.3 無線傳感網監測面臨的挑戰 15.4 應用案例15 應對全球氣候變化和保持自然生態平衡： 2005年2月16日，京都議定書正式生效，明確提出通過森林等生態系統的有效管理提高固碳潛力，可以抵消碳減排份額 。確定森林緩減全球CO2中的作用。 2009年9月22日

6、，胡錦濤主席在紐約G20氣候變化峰會提出用“森林碳匯”來減緩氣候變化。 2009年12月18日，溫家寶總理在哥本哈根氣候變化會議。16 綠野千傳（GreenOrbs）： 對以碳匯和碳排放為中心的地球環境進行長期大規模監測。 單位： 清華大學 香港科技大學 西安交通大學 浙江農林大學 組成： 無線傳感器網絡 車載網 移動3G 互聯網17GreenOrbs系統部署（森林區域） 全球規模最大、運行時間最長的傳感網絡應用系統之一 地點： 浙江省天目山自然保護區、浙江農林大學校園和無錫市新區 節點數： 超過2000個 自主多跳： 超過20跳 運行時間： 超過20個月18GreenOrbs系統部署（城市科

7、技園）19GreenOrbs的傳感器節點感知數據實時顯示 研究內容： 如何將節點物理與邏輯等多維度信息相結合，設計基于環境指紋、基于事件以及基于相似度的后IP尋址方法。 建立支持量質融合管理的多模態感知數據模型。 研究傳感器網絡自導向多粒度診斷評估策略，實現通用的傳感網絡診斷工具。 研究網絡節點可定位性條件及其判據，實現面向規模型網絡的定位誤差控制方法。 研究針對區域化的碳濃度測量和碳排放監測。20內容回顧 本章重點介紹了無線傳感網技術在環境監測中擁有的優勢、面臨的挑戰以及相關的應用案例。重點掌握 了解環境監測的起源和發展 掌握無線傳感網的優勢 理解無線傳感網監測面臨的挑戰 了解無線傳感網監測的應用21課件說明：1，本課件供教師、學生、讀者免費使用；2，本課件采用PowerPoint格式，使用者可以根據需要自行增加、修改、刪除（包括本頁）；3，在各種場合下使用本課件時（例如在課堂），請說明本課件的來