2023学年完整公开课版环境监测

1第15章环境监测2Wedonotinherittheearthfromourancestors,weborrowitfromourchildren.-NativeAmericanSong前一章介绍了智能建筑中所应用到的物联网技术以及智能建筑的应用案例。3内容回顾15.1环境监测的起源与发展15.2无线传感网与环境监测15.3无线传感网监测面临的挑战15.4应用案例4本章内容环境监测宗旨：检测状态参数，跟踪质量变化，确定质量水平环境监测目标：为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。环境监测的对象：自然因素，人为因素，污染危害环境的其他因素，以及生物、生态的变化。环境监测的不同阶段：5环境监测的概念系统工程角度信息技术角度基于经验的观察由自然因素认识自然规律；反映自然规律不全面、不准确、不客观。系统科学的监测50年代，对污染严重地点的被动监测；70年代，监测范围延伸为包含其他物理因素的离散测量。自动监测电子计算机控制和辅助处理；监测环境有广度、有频度、有深度。无线传感器网络6环境监测的发展15.1环境监测的起源与发展15.2无线传感网与环境监测15.3无线传感网监测面临的挑战15.4应用案例7本章内容无线传感网技术具有监测范围广、持续时间长、感知能力强、信息传递及时等特点，特别适于在大尺度复杂环境监测领域发挥作用，成为沟通物理世界和数学世界的桥梁。大范围监测长期无人监测复杂事件监测同步监测8无线传感网的优势加州大学伯克利分校 2002年美国大鸭岛（GreatDuckIsland）32个MICA节点数据采集内容：温度、湿度、光照和大气压力监测目的：持续监测海燕在繁殖季节的习性，收集相关环境数据供动物学家分析。9无线传感网系统和部署：

大鸭岛系统美国普林斯顿大学2004年肯尼亚中部数据采集内容：通过在斑马身上捆绑GPS传感器采集细粒度的斑马群位置信息。监测目的：长期跟踪斑马群的迁徙10无线传感网系统和部署：

ZebraNet哈佛大学 2004年厄瓜多尔活火山周围16个节点19天捕捉229次地震、火山爆发和其他地震波事件。数据采集内容：100赫兹频率持续采集地震波和声波强度等。监测目的：对高频数据采集过程中传输可靠性、数据验证和校准等问题的探索。11无线传感网系统和部署：

火山监测瑞士巴塞尔大学、苏黎世大学与苏黎世联邦理工学院 2006年瑞士阿尔卑斯山数据采集内容：气候状况、地质结构和地表环境。监测目的：研究气候对环境造成的影响，提前预测雪崩、山体滑坡等自然灾害。12无线传感网系统和部署：

自然气候监测15.1环境监测的起源与发展15.2无线传感网与环境监测15.3无线传感网监测面临的挑战15.4应用案例13本章内容实际系统达到的规模和运转寿命与当初无线传感网被提出时的目标相去甚远。14面临的挑战（1）系统名称研制单位系统规模部署时间部署方式电源类型VigilNet弗吉尼亚大学2003-6个月室外应用系统干电池Motelab哈佛大学190常年运转室内试验平台干电池SensorScope洛桑理工学院976个月室外应用系统干电池Trio加利福尼亚大学伯克利分校5574个月室外应用系统太阳能电池大规模长期稳定运行的无线传感网系统所面临的困难可以总结为：传感失谐：无线传感网传输和感知两大功能不匹配。诊判失据：网络管理困难。模型失用：大多数现有研究工作都基于理想化的模型假设。15面临的挑战（2）15.1环境监测的起源与发展15.2无线传感网与环境监测15.3无线传感网监测面临的挑战15.4应用案例16本章内容应对全球气候变化和保持自然生态平衡：2005年2月16日，《京都议定书》正式生效，明确提出通过森林等生态系统的有效管理提高固碳潜力，可以抵消碳减排份额。确定森林缓减全球CO2中的作用。2009年9月22日，胡锦涛主席在纽约G20气候变化峰会提出用“森林碳汇”来减缓气候变化。2009年12月18日，温家宝总理在哥本哈根气候变化会议。17碳监测无线传感网：

应用背景绿野千传（GreenOrbs）：对以碳汇和碳排放为中心的地球环境进行长期大规模监测。单位：清华大学香港科技大学西安交通大学浙江农林大学组成：无线传感器网络车载网移动3G互联网18GreenOrbs（1）GreenOrbs系统部署（森林区域）全球规模最大、运行时间最长的传感网络应用系统之一地点：浙江省天目山自然保护区、浙江农林大学校园和无锡市新区节点数：超过2000个自主多跳：超过20跳运行时间：超过20个月19GreenOrbs（2）GreenOrbs系统部署（城市科技园）20GreenOrbs（3）GreenOrbs的传感器节点感知数据实时显示研究内容：如何将节点物理与逻辑等多维度信息相结合，设计基于环境指纹、基于事件以及基于相似度的后IP寻址方法。建立支持量质融合管理的多模态感知数据模型。研究传感器网络自导向多粒度诊断评估策略，实现通用的传感网络诊断工具。研究网络节点可定位性条件及其判据，实现面向规模型网络的定位误差控制方法。研究针对区域化的碳浓度测量和碳排放监测。21