第15章_環(huán)境監(jiān)測

1、物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論Introduction to Internet of Things1第15章 環(huán)境監(jiān)測 前一章介紹了智能建筑中所應(yīng)用到的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及智能建筑的應(yīng)用案例。2 15.1 環(huán)境監(jiān)測的起源與發(fā)展 15.2 無線傳感網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測 15.3 無線傳感網(wǎng)監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn) 15.4 應(yīng)用案例3 環(huán)境監(jiān)測宗旨：檢測狀態(tài)參數(shù)，跟蹤質(zhì)量變化，確定質(zhì)量水平 環(huán)境監(jiān)測目標(biāo)：為環(huán)境管理、污染治理、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供基礎(chǔ)信息、方法指引和質(zhì)量保證。 環(huán)境監(jiān)測的對象：自然因素，人為因素，污染危害環(huán)境的其他因素，以及生物、生態(tài)的變化。 環(huán)境監(jiān)測的不同階段：4系統(tǒng)工程角度信息技術(shù)角度 基于經(jīng)驗(yàn)的觀察 由自然因素認(rèn)識自然

2、規(guī)律； 反映自然規(guī)律不全面、不準(zhǔn)確、不客觀。 系統(tǒng)科學(xué)的監(jiān)測 50年代，對污染嚴(yán)重地點(diǎn)的被動監(jiān)測； 70年代，監(jiān)測范圍延伸為包含其他物理因素的離散測量。 自動監(jiān)測 電子計算機(jī)控制和輔助處理； 監(jiān)測環(huán)境有廣度、有頻度、有深度。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)5 15.1 環(huán)境監(jiān)測的起源與發(fā)展 15.2 無線傳感網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測 15.3 無線傳感網(wǎng)監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn) 15.4 應(yīng)用案例6 無線傳感網(wǎng)技術(shù)具有監(jiān)測范圍廣、持續(xù)時間長、感知能力強(qiáng)、信息傳遞及時等特點(diǎn)，特別適于在大尺度復(fù)雜環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮作用，成為溝通物理世界和數(shù)學(xué)世界的橋梁。 大范圍監(jiān)測 長期無人監(jiān)測 復(fù)雜事件監(jiān)測 同步監(jiān)測7 加州大學(xué)伯克利分校2002年

3、美國大鴨島（Great Duck Island） 32個MICA節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù)采集內(nèi)容： 溫度、濕度、光照和大氣壓力 監(jiān)測目的： 持續(xù)監(jiān)測海燕在繁殖季節(jié)的習(xí)性，收集相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)供動物學(xué)家分析。8 美國普林斯頓大學(xué) 2004年 肯尼亞中部 數(shù)據(jù)采集內(nèi)容： 通過在斑馬身上捆綁GPS傳感器采集細(xì)粒度的斑馬群位置信息。 監(jiān)測目的： 長期跟蹤斑馬群的遷徙9 哈佛大學(xué)2004年 厄瓜多爾活火山周圍 16個節(jié)點(diǎn) 19天捕捉229次地震、火山爆發(fā)和其他地震波事件。 數(shù)據(jù)采集內(nèi)容： 100赫茲頻率持續(xù)采集地震波和聲波強(qiáng)度等。 監(jiān)測目的： 對高頻數(shù)據(jù)采集過程中傳輸可靠性、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和校準(zhǔn)等問題的探索。10 瑞士巴塞爾大

4、學(xué)、蘇黎世大學(xué)與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院2006年 瑞士阿爾卑斯山 數(shù)據(jù)采集內(nèi)容： 氣候狀況、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地表環(huán)境。 監(jiān)測目的： 研究氣候?qū)Νh(huán)境造成的影響，提前預(yù)測雪崩、山體滑坡等自然災(zāi)害。11 15.1 環(huán)境監(jiān)測的起源與發(fā)展 15.2 無線傳感網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測 15.3 無線傳感網(wǎng)監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn) 15.4 應(yīng)用案例12 實(shí)際系統(tǒng)達(dá)到的規(guī)模和運(yùn)轉(zhuǎn)壽命與當(dāng)初無線傳感網(wǎng)被提出時的目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。13系統(tǒng)名稱研制單位系統(tǒng)規(guī)模部署時間部署方式電源類型VigilNet弗吉尼亞大學(xué)2003-6個月室外應(yīng)用系統(tǒng)干電池Motelab哈佛大學(xué)190常年運(yùn)轉(zhuǎn)室內(nèi)試驗(yàn)平臺干電池SensorScope洛桑理工學(xué)院976個月室外應(yīng)用

5、系統(tǒng)干電池Trio加利福尼亞大學(xué)伯克利分校5574個月室外應(yīng)用系統(tǒng)太陽能電池 大規(guī)模長期穩(wěn)定運(yùn)行的無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)所面臨的困難可以總結(jié)為： 傳感失諧：無線傳感網(wǎng)傳輸和感知兩大功能不匹配。 診判失據(jù)：網(wǎng)絡(luò)管理困難。 模型失用：大多數(shù)現(xiàn)有研究工作都基于理想化的模型假設(shè)。14 15.1 環(huán)境監(jiān)測的起源與發(fā)展 15.2 無線傳感網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測 15.3 無線傳感網(wǎng)監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn) 15.4 應(yīng)用案例15 應(yīng)對全球氣候變化和保持自然生態(tài)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(tài)系統(tǒng)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(huán)境進(jìn)行長期大規(guī)模監(jiān)測。 單位： 清華大學(xué) 香港科技大學(xué) 西安交通大學(xué) 浙江農(nóng)林大學(xué) 組成： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 車載網(wǎng) 移動3G 互聯(lián)網(wǎng)17GreenOrbs系統(tǒng)部署（森林區(qū)域） 全球規(guī)模最大、運(yùn)行時間最長的傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)之一 地點(diǎn)： 浙江省天目山自然保護(hù)區(qū)、浙江農(nóng)林大學(xué)校園和無錫市新區(qū) 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 超過2000個 自主多跳： 超過20跳 運(yùn)行時間： 超過20個月18GreenOrbs系統(tǒng)部署（城市科

7、技園）19GreenOrbs的傳感器節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)實(shí)時顯示 研究內(nèi)容： 如何將節(jié)點(diǎn)物理與邏輯等多維度信息相結(jié)合，設(shè)計基于環(huán)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(zhì)融合管理的多模態(tài)感知數(shù)據(jù)模型。 研究傳感器網(wǎng)絡(luò)自導(dǎo)向多粒度診斷評估策略，實(shí)現(xiàn)通用的傳感網(wǎng)絡(luò)診斷工具。 研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可定位性條件及其判據(jù)，實(shí)現(xiàn)面向規(guī)模型網(wǎng)絡(luò)的定位誤差控制方法。 研究針對區(qū)域化的碳濃度測量和碳排放監(jiān)測。20內(nèi)容回顧 本章重點(diǎn)介紹了無線傳感網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中擁有的優(yōu)勢、面臨的挑戰(zhàn)以及相關(guān)的應(yīng)用案例。重點(diǎn)掌握 了解環(huán)境監(jiān)測的起源和發(fā)展 掌握無線傳感網(wǎng)的優(yōu)勢 理解無線傳感網(wǎng)監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn) 了解無線傳感網(wǎng)監(jiān)測的應(yīng)用21課件說明：1，本課件供教師、學(xué)生、讀者免費(fèi)使用；2，本課件采用PowerPoint格式，使用者可以根據(jù)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