环境保护领域的重要性

1）土壤环境应用

全球对CO2和养分通量的管理需要改进人们对土壤和大气的碳、氮交换机制的理解。在陆地生态系统中，植被通过光合作用捕获大气中的CO2，并把它们存储到根系及根区微生物中。但是，人们对于这个土壤根系过程至今没有很好地理解。使用传感器网络技术测量土壤中的各种交互作用和动态过程来提高对土壤根系呼吸作用的理解。传感器网络技术可以帮助实时了解土壤自氧和异氧呼吸的时间动态。现在，定点测量根系生长时的CO2通量已经成为可能。Allen等人使用土壤内部成像技术获取土壤中植物微根逐日生长动态，还搭建了由一系列土壤传感器组成的传感器网络用于监测CO2通量、土壤纹理、土壤温度、湿度、硝酸根、氮氢化合物等的浓度。由于不能直接看到土壤下部的结构，布设土壤传感器又要求对土壤环境的扰动最小化，所以需要使用探地雷达等设备预先对土壤下部的岩石、水位、植物粗根等进行探测。今后的趋势是将这些传感器链接起来构建密集的土壤观测网络，利用无线传输技术收集土壤成像和通量数据。

2）空气环境应用

现在多数城市安装了空气质量监测装置，但一般架设在背景测量或已知的污染热点地段，在广大的农村地区却没有监测设施，城市中监测设施的布点数量也不多。实际上高污染地段也随时间变化，监测装置一般只能提供逐日平均空气质量状况。由于城市空气质量状况是瞬息万变，而且城市的车辆交通是一个大污染源，它不仅影响当地的空气质量，还是噪声源，并对附近水源造成污染，最终影响气候变化。车辆交通的污染排放包括：苯（C6H6）、1，3－丁邻二烯、一氧化碳（CO）、铅（Pb）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）、颗粒物（PM10和PM2.5）和二氧化硫（SO2）等。通过大量研究人们基本了解了这些污染对环境和健康的影响，但是对其时空变异格局了解较少。由于空气污染时空分布的监测受到监测站点少而且固定、布点不合理、不能线上处理等因素的限制，近些年人们不断尝试设计廉价的、无处不在的传感器网络，将它们用于大范围、实时、全面的城市环境监测。此外人们特别关注发展可移动的便携式空气质量监测与定位装置。Ma等人设计了一种空气污染监测系统可以固定于城市街道或架设到公交车上进行移动和定点空气质量集成测量。该系统包括一种称为MoDisNet的分层分布式监测网络。在这个网络中，移动式监测仪器可以对原始采集数据做初步处理，然后无线发送到最近的路边定点监测结点，最后传回到数据采集中心。他们还制作了传感器用系统GUSTO（通用传感技术及观测）。GUSTO能同时探测多种污染气体（SO2、NOX、O3、苯等）浓度，实时获取数据并将数据无线传输到附近结点。GUSTO价廉、稳定而且精确，数据传输速度可以达到1次／s的频率。

3）水环境应用(www.xing528.com)

传统水质监测是通过采集水样，然后经实验室测定。水质监测的内容包括能够反映水的物理、化学、生物学特性的沉积物、悬浮物、叶绿素A、溶解有机物、溶解氧以及盐分、氮、磷等养分含量等。能够通过遥感实时测量的内容包括有色溶解有机质浓度、叶绿素A、沉积物以及水体的一系列内在光学特性。此外，水体的物理特性如温度、水深、流速、流向等也能实时定点获得。近些年逐步发展出基于无线传感器网络的水体物理性质和水质状况的监测装置。Yang等人提出建立水中无线传感器网络开展实时测量的设计。中国太湖已经架设了类似的测量仪器。Hemond等人设计了一种半自动实地水化学测量系统用于实时测量湖水的化学性质并实时传输到岸上的数据接收站。这种系统由安装在固定浮标上的传感器和搭载在自动水下潜水器（AUV）中的传感器联网组成。传感器包括水质探头和温度计以及能够测量甲烷等溶解代谢气体和常规气体的NEREUS水下质谱仪。水下数据传输通过声学调制解调器实现，水上数据通过使用IEEE 802.11b协议的无线网络实时传送到岸上数据接收站。

美国纽约港及上游河道和河口海域架设了多个定点无线传感器网络结点并构建了一个纽约港观测与预测系统（NYHOPS）。该系统把定点测量、模拟和常规预测模型结合起来在线实时显示纽约港周围的水情。水情信息包括：海面风速风向、水位、水温、盐度、浪高和波浪周期等。

海岸带和珊瑚礁生态系统管理需要及时获得相关的环境数据及环境变化趋势。De Freitas等人提出澳大利亚大堡礁海域管理和决策需要使用环境传感器网络技术。为此，需要发展大堡礁生物监测点的海水水质测量、水循环格局以及洪水与海水混合水质、混浊度、光合作用有效辐射、叶绿素A等环境参数，并建立统一的监测标准。

一般液体深度测量仪需要把探头置于液体当中来实现测量。Kuang等人制作了塑料光纤探头，其与传感器结点（MICA2DOT）链接实现了非接触液体水平测量并用于水位测量。这种仪器可以用于洪水水位涨落的测量。