澳大利亚科学家开发一套创新型无线感应网络,用于环境监测,希望有助于濒危雨林的恢复。工作组已经在 Springbrook 国家公园采用了 10 个无线太阳能充电的感应器,测量各种环境因素,如温度、湿度、光线、土壤湿度和风速,并将这些信息传送给位于昆士兰布里斯班市的一台中央数据库。
Springbrook 属于冈瓦纳热带雨林,后者被联合国教育科学暨文化组织列入世界自然遗产名录,雨林的植物类型极其丰富,几乎保存着世界上最完整的地球植物进化记录。在未来三年,Springbrook 大约将采用 200 个无线感应器,感应器包括音视频记录模块,可提供关于该区生态系统和动植物的详细信息。
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感应器节点可测量各种环境因素,如温度、湿度、光线、土壤湿度和风速
Aila Keto 是澳大利亚雨林保护协会 (ARCS) 主席和 Queensland 农业和园艺学校教授,她称,WSN 彻底改变环境监测方式,可保护和恢复对环境敏感的雨林生态。
“这是一项非常好的,具有国际影响价值的项目,” Keto 称。“我们利用 WSN 测试环境条件,从气候改变到土壤湿度到水流,查看它们对植物及其种类的影响。Springbrook 的生物种类极其丰富,我们可以观察生物种类的生存因素和生长情况,以及我们所能做的保护措施。
ARCS,昆士兰环保局(EPA),联邦科学和行业研究机构(CSIRO),澳大利亚国家科学研究机构共同合作这个项目。
Keto 称,这个项目非常重要,因为虽然热带雨林仅占澳大利亚大陆面积的 0.3%,但该国绝大多数动植物种类生存在雨林里。
EPA 研究如何实施无线感应器网络,以求得最佳效果。EPA 项目经理 Jonathan Hodge 称,监测雨林修复工作将提供该区生物多样性的恢复信息,深入了解动植物恢复的原因和方式。
“这将导致 Springbrook 高原地区世界遗产价值的恢复,” Hodge 称,“恢复的土地将最终与国家公园被农业草地分割的地区相连。将来,无线感应器网络是一种具有成本效益的环境监测方式,通过 WSN 提供的信息我们能更好地了解生态过程及恢复过程。
CSIRO 负责设计这套系统,系统采用公司第三代 Fleck 节点来形成一个无线网。每个节点以设定的时间间隔激活它的感应器,对环境取样。接着,运行在 915 MHz 频段的节点将获取到的信息,直接或通过其它网络节点跳跃传送的方式,返回给基站。位于现场房间的一个网关收集数据,并通过因特网发送给一个中央数据库。
“我们选择 915 MHz 频段是因为它的读取距离长达几百米,”CSIRO 项目组长 Tim Wark 称,“即使在稠密的树林间,节点距离可长达 100 米。”
在设计 Fleck 节点时,CSIRO 建立了自己的网络协议,使公司可以修改网络,克服雨林里网络运行的独有问题。CSIRO 计划在明年正式推出 Fleck 感应器平台。
项目的第一阶段是概念证明,Wark 称,工作人员识别潜在问题,研究如何在热带雨林环境里有效运行网络。应用挑战包括雨林特有的高降雨量和湿度,如何存储项目产生的大量信息,如何高成本效益地为节点供电。
“供电是一个最大的问题,” Wark 称,“因为有时没有阳光为太阳能板提供能量,而可充电电池只存有限的电能。所以,我们必须最小化信号发射时间,或减少节点感应信息时间。当我们引入音视频感应器后,这将成为更大挑战。
扩音器将让科学家们通过鸟类和其它动物的声音识别它们的种类,而视频摄像机将补充声学数据,通过动作、红外线或声音触发数码快照。这些信息使研究人员可以判断动物我数量和趋势,研究哪些因素促发了它们的繁殖周期。
“这个项目就其范围和周期而言是独一无二的,” Wark 称。“其它无线感应器网络的范围可能更大,但已有几年不运行了,有些运行周期长,但涉及范围没这么大。
据 Wark 称,这个项目预计于 2009 年 1 月启动下一阶段,届时将采用音视频信息及其它节点收集额外信息,如光、树直径、树液、降雨量和气压。
Keto 称,该项目可能运行 10-20 年,提供关于世界热带雨林恢复的重要信息。而 CSIRO 网络可用于多种应用,包括农业、林业、园艺、水质和气候变化监测。