傳感器網絡為地球把脈
http://www.moduwu.com 2005-05-18 11:41 《中華工控網》原創
配有攝像機和天氣傳感器的電纜機器人可以根據筆記本電腦的指令在森林中行進
監測動植物活動、溫度、光照變化、地殼變形———機器人取代研究人員在森林中走來走去，收集森林的降雨量、光照、濕度、植被覆蓋率等信息；科學家在實驗室通過筆記本遠程控制安置在野外、海洋底部的傳感器、攝像機等儀器，隨時掌控自然界的細微變化。據《紐約時報》報道，科學家正在全球建立起一個環境傳感器網絡。
機器人取代科學家在野外考察
在美國加州桑嘉西托山脈的一個大峽谷里，科學家正在圈地30英畝松樹林和闊葉林地，以用于未來的環境研究。
科學家們正在將100多個傳感器、機器人、攝像機和電腦連起來，組成一個環境傳感器網絡，他們將通過一種特殊的方式，為這片青綠世界描繪出一幅非同尋常的肖像。
傳感器、機器人、攝像機等儀器都是無線控制和連接的。其中有一種神通廣大的裝置叫做微粒，大小如同一張紙牌，它可以自動測量森林中的光、風速、降雨量、溫濕度、大氣壓力，還能探測到溫暖物體的出現或跟蹤席卷峽谷的寒流。
此外無線微粒和攝像機以及其它傳感器還一起用于跟蹤鳥類的生活習性、苔蘚的生命周期和不同土壤對二氧化碳的持有情況。機器人從一棵樹走到另一棵樹，下面的傳感器將溫濕度和不同天氣下的光照情況給記錄下來。
正在研究森林的加州大學的生物學家格雷厄姆表示，用筆記本電腦遠程掌握森林，通過網絡連接可以看到所有執行任務的微粒、機器人、攝像機等，這非常酷。科學家不用每天蹲守在森林中進行實地勘測，通過環境傳感器網絡就可以隨時獲得來自森林的一手資料。
通過環境傳感器網絡，科學家可以對自然界的變化進行全程跟蹤測量。
這種新科學正在迅速傳播，一個耗資10億多美元的傳感器網絡計劃不僅涉及到這片林地，還包括哈得遜河和太平洋的深底。
攝像機、手機和無線電腦的快速小型化，使科學家能打造一個小型傳感器組成的新型網絡，從而開啟生態學洞察力的一個新時代。
雖然這一領域還剛剛起步，但研究人員表示，加州森林研究實驗的成功表明這種微型無線傳感器網絡相對通過有線和電力線相連的儀器來說，成本投入少得多。在以前，科學家想要投入數百萬這樣的儀器來進行長期跟蹤的話，必須伐倒一大片森林才行。
美國國家自然基金的項目主管亞歷山德拉博士表示，“環境科學的潛力是驚人的。有這樣的技術，我們就能開始了解大自然的變化是什么，什么情況是正常的。我們認識到越來越多的環境變化在以不同速度出現。為了解這些，我們得全程跟蹤測量。”
科學家希望了解更多的土壤污染物、土地變化、水流、入侵物種，海洋循環、陸地形成、二氧化碳的沉積地、火山爆發的原因以及病毒與遺傳基因在環境中的傳播方式。
環境傳感器網絡讓人類難以企及的考察地點也變得觸手可及
微粒有定制的電腦芯片、傳感器和無線連接，通過電池或太陽能供電，使科學家能遠程操控它們，讓它們四處移動。類似的這種網絡預計將遍布北美洲，橫越加州西海岸到加拿大的水域。
有些地方將被永久性地觀察，長期記錄環境變化的數據，不像夏令營學生或兩周海洋研究航行，一次就完了。繼微型化電子學和新材料的新一輪發展后，科學家就能用上更小的無線廣播、電腦、傳感器和電池。
美國國家科學基金會將源源不斷地向大學和研究院提供基礎研究經費。在近幾年中，此基金會在新傳感器網絡的研究上已經投入了1億美金，預計還要向大規模的生態項目研究投入10億美金，主要用于氣象臺的建設。
此外，美國國防部也幫了不少忙。在20世紀90年代，其先進研究項目署向大學里的科學家提供資金，讓他們研究許多電腦化的小型傳感器。科學家稱之為微粒和智能塵埃。
此裝置的需求迅速增長，以至于加州大學的皮斯特博士為此成立了塵埃網絡，專門向外出售微粒，包括生態研究。據稱，微粒的能效高，大多數時間它能自動讓自己睡個夠，定時醒來檢查一下傳感器，并將結果無線發射到其它網絡設備。手機大的微粒能工作5年，能在325英尺外傳送信息。網絡節點能自動尋找其鄰居，如果有些失靈了，它就會替補上。
科學家表示，環境傳感器網絡有助于填補顯微鏡與望遠鏡觀察之間的空白。以前很難獲得沼澤地的大量信息，而這種技術就能做到。
即便是水下微生物、微弱地震、地殼變形也難逃環境傳感器網絡的法眼。
行業巨頭也在加入這一行列。比如，英特爾在開發有關森林的植入網絡傳感，至今已是第三個年頭了。
科學家還在設計浮動機器人，無線傳感器和分布式電腦，自動收集水面和水下的微生物標本，然后將它們與科學家們探測到的微環境情況結合起來進行分析，以用于了解和提高哈得遜河的水質。由科學基金會資助的河網項目大約采用了24個儀器，以跟蹤農田的肥料流動、植物的光合作用、藻類的生長和有害物的污染情況。這樣，你就能快速掌握污染情況，迅速作出反應，減少危害。
由科學基金會投資2億美金的地球探查項目正在3000個點上展開，以跟蹤微弱的地震，測量地殼變形和繪制地球從地殼到地核的3維內部結構圖。其中，有2000多個儀器是可以移動的，配有無線設備，由太陽能或風能帶動。此項研究的目的就是揭開大陸如何形成和發展之謎，革新火山、礦石開采和地震的研究。從2003年啟動的地球探查項目將在2008年完成，運行到2023年。
環境傳感器網絡已經深入到海洋底部
生物領域也有其它項目———美國國家生態觀察網絡（NEON），投資5億美金。此項目正在開展，但岸對岸的NEON可能得要占用15個直徑為250英里的圓形區域。每個氣象臺將有雷達來跟蹤鳥類。同時還有許多微粒、機器人和傳感器，甚至森林中還有一些起重機也將參與此項研究。
此項目的一個目的是跟蹤入侵物種，入侵物種全年導致的農業損失達1000億美金。另一個目的是預測生物圈的變化，可以讓政府更好地規劃土地的利用和保護。
最具挑戰性的項目可能是海王星項目。從加州到加拿大的太平洋深海中近2000英里的海纜上星羅棋布地系上了傳感器、攝像機和機器人。此項目耗資2億美金，三分之一來自加拿大，其它的由美國國家科學基金會出。其目的是研究整個海洋、從海底到海面的環境變化，以回答一些基本問題，幫助人們更好地保護被海洋學者稱之為地球的命根子的海洋，再看看人類是如何影響海洋的。
目前加拿大已經著手在研究，美國方面到2007年才會注入第一批資金。此項目計劃到2012年完成，運行30年。
未來環境傳感器網絡將像因特網一樣覆蓋全球
像因特網一樣，這些由智能嵌入式傳感器組成的規模龐大的分布式系統最終將覆蓋全球，對瀕危物種、土壤和空氣污染、病人和人工環境等各種現象進行監測和信息收集。通過廣泛應用，傳感器網絡還可能揭示出一些我們此前所未曾觀察到的現象，并將最終幫助我們理解和管理這個日益脆弱的地球。
傳感器網絡技術還可能改寫一些重要的科學分支，如生態學和環境科學等。然而，正如我們已經談到的，這一技術所帶來的影響將遠遠超出科學探索的范圍。最終，高分辨率的觀測系統將大幅減少被污染的空氣和水源對公眾的危害；將為人們提供更安全的食品和住宅；將使那些最早發現自然和人為災害的人們能夠將警報更有效地傳遞給他人。
相關新聞
編輯精選
