1.2 无线传感器网络的应用领域

无线传感器网络可以广泛应用于经济社会发展的各个领域，引发和带动生产力、生产方式和生活方式的深刻变革，成为经济社会绿色、智能、可持续发展的关键基础和强大助推器。无线传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛适用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能交通、建筑物状态监控、空间探索，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。

1.2.1 军事

无线传感器网络最早就是从军事应用起步的。在战争中，指挥员往往需要及时准确地了解部队、武器装备和军用物资的供给情况，铺设的无线传感器网络将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据传送至指挥部，最后融合来自各战场的数据形成完备的战区态势图（见图1-2）。

在战争中，对冲突区和军事要地的监视也是至关重要的。通过铺设传感器网络，以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防；当然也可以直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集利于作战的信息。无线传感器网络也可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息。在生物和化学战中，利用无线传感器网络及时、准确地探测爆炸中心，为军方提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减少伤亡，同时也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。

美国国防部较早开始启动无线传感器网络的研究，将其定位于指挥、控制、通信、计算机、打击、情报、监视、侦察系统不可缺少的一部分。自2001年起，DARPA已投资几千万美元，帮助大学进行“智能尘埃”传感器技术的研发。美国军方采用Crossbow公司的传感器节点，构建了枪声定位系统。传感器节点部署在目标建筑物周围，系统能够有效地自组织构成监控网格，监测突发事件（如枪声、爆炸等）的发生，为救护、反恐提供了有力支持。美国科学应用国际公司采用无线传感器网络构建了一个电子防御系统，为美国军方提供军事防御和情报信息。该系统采用多个微型磁力计传感器来探测监测区域中是否有人携带枪支、是否有车辆行驶，同时，该系统利用声音传感器监测车辆或者人群的移动方向。

除美国外，日本、英国、意大利、巴西等很多国家也对无线传感器网络的军事应用表现出极大的兴趣，并各自开展了该领域的研究工作。

1.2.2 环境

随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广。无线传感器网络在环境研究方面可用于监视农作物灌溉、土壤质量、地表监测、气象和地理、洪水监测等，还可以通过跟踪鸟类、动物和昆虫等，进行种群复杂度的研究。

基于无线传感器网络的预警系统中有数种传感器用来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测暴发山洪的可能性。类似地，无线传感器网络可实现森林环境监测和火灾报告，传感器节点被随机分布在森林中，平常状态下定期报告森林环境数据，当发生火灾时，这些传感器节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地点、火势的大小等信息传递给相关部门。

无线传感器网络还有一个重要的应用就是生态多样性的描述，能够对动物栖息地的生态进行监测。美国加州大学伯克利分校和大西洋学院联合在大鸭岛（Great Duck Island）上部署了一个多层次的无线传感器网络系统，用来监视岛上海燕的生活习性。

1.2.3 医疗

无线传感器网络也被应用于多种医疗保健系统中，包括监测患有帕金森病、癫痫、心脏病的病人，监测中风或心脏病康复者和老人的情况。开发可靠且不易被察觉的健康监护系统，穿戴在病人身上，医生通过无线传感器网络的预警和报警及时实施医疗干预，降低了医疗延误，也减轻了人力监护的工作强度。

无线传感器网络在医疗卫生和健康护理等方面具有广阔的应用前景，包括对人体生理数据的无线检测、对医院医护人员和患者进行追踪和监控、医院的药品管理、贵重医疗设备放置场所的监测等，被看护对象也可以通过随身装置向医护人员发出求救信号。

无线传感器网络的远程医疗管理，使在家养病的病人或住院者在病房外活动时，医生仍然可以对其进行定位、跟踪，及时获取其生理指标参数，减少了病人就医的奔波劳累，也提高了医院病房的利用率。无线传感器网络为未来更发达的远程医疗提供了更加方便、快捷的技术手段。智能医疗系统如图1-3所示。

1.2.4 交通

现有的城市交通管理基本是自发进行的，每个驾驶人根据自己的判断选择行车路线，交通信号标志仅仅起到静态的、有限的指导作用，这导致城市道路资源未能得到最高效率的运用，由此产生不必要的交通拥堵甚至瘫痪。据统计，目前我国交通拥堵造成的损失占GDP的1.5%~4%。

无线传感器网络技术的发展为智能交通提供了更透彻的感知，道路基础设施中的传感器和车载传感设备能够实时监控交通流量和车辆状态，通过泛在移动通信网络将信息传送至管理中心，进行及时干预；通过智能化的交通管理和调度机制充分发挥道路基础设施的效能，最大化交通网络流量并提高安全性，从而优化人们的出行体验。智能交通系统如图1-4所示。

展望一下未来的交通，所有的车辆都能够预先知道并避开交通堵塞，沿最快捷的路线到达目的地，减少二氧化碳的排放；拥有实时的交通和天气信息，能够随时找到最近的停车位，甚至车辆可以在大部分的时间内实现自动驾驶，而乘客们可以在旅途中欣赏在线电视节目。

1.2.5 建筑工程与建筑物

目前，建筑结构往往呈现复杂化和大型化的特点，因此大型建筑结构的安全问题引起了人们的高度重视，科研人员考虑利用无线传感器网络进行大型建筑物的结构安全监测。美国纽约新建的世贸中心（World Trade Center）充分运用了无线传感器网络技术对建筑物进行全方位的监测和管理。

各类大型工程的安全施工及监控是建筑设计单位长期关注的问题。采用无线传感器网络，可以让大楼、桥梁和其他建筑物能够自身感觉并意识到它们的状况，使得安装了传感器网络的智能建筑自动“告诉”管理部门它们的状态信息，从而可以让管理部门按照优先级进行定期的维修工作。例如，压电传感器、加速度传感器、超声传感器、湿度传感器等，可以有效地构建一个三维立体的防护检测网络，该系统可用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境。

利用多种智能传感器，如光纤光栅传感器、压电薄膜传感器、形状记忆合金传感器、疲劳寿命传感器、加速度传感器等可以进行建筑结构的监测。对许多老旧的桥梁、长期受到水流冲刷的桥墩，传感器能够放置在桥墩底部，用以监测桥墩结构；也可放置在桥梁两侧或底部，搜集桥梁的温度、湿度、振动幅度、桥墩被侵蚀程度等，从而减少断桥所造成的生命和财产的损失。桥梁监测系统如图1-5所示。

1.2.6 智能建筑与市政建设管理

传统的暖通空调（Heating，Ventilating and Air Conditioning，HVAC）系统不具备实时监控不同部位环境信息的功能，而将无线传感器网络技术应用到HVAC系统中，在不同空间安装检测环境信息的传感器，并与空调控制系统合理联通，可构成具有控制功能的无线传感器网络。按照需求调节环境参数，不但节能，还降低了建筑安装成本，更加体现了建筑的智能化和人性化。

无线传感器网络在消防联动与安保控制系统中也有广泛的应用前景。采用无线传感器网络技术，将消防与安保控制系统中各种报警与探测传感器组合，将大大加快智能建筑的消防联动控制子系统与安保自动化子系统的网络化、数字化、智能化进程。

无线传感器网络亦可用于公共照明控制子系统、给排水设备控制子系统中的各种参数的测量与控制。另外，无线传感器网络在智能家居中有着广阔的应用前景，智能家居系统的设计目标是将住宅中的各种家居设备联系起来，使它们能够自动运行、相互协作，为居住者提供尽可能多的便利和舒适。

在市政管理和建设方面，无线传感器网络也发挥着越来越重要的作用。困扰城市的地下通道、交通涵洞和立交桥下的积水问题，造成了车辆损失甚至生命损失。过去是雨天派人守候，把情况上报，全人力的控制、预警和调度的工作量很大，环节较多，容易引发问题。而研发和使用无线传感器网络控制系统，传感器预警水位，再将数据无线传输给调度中心，同时联动相关的变频水泵工作，会使复杂工作变得简便和安全。

无线传感器网络的使用可节约能耗、降低劳动强度、减少操作危险性和节省劳动成本。传感器分类及常用元器件如表1-2所示。