智能傳感器如何拯救地球

美國加利福尼亞大學(xué)計算機(jī)科學(xué)教授德博拉·埃斯特林近日為世界經(jīng)濟(jì)論壇網(wǎng)站《2005全球議程》專輯撰文說，傳感器網(wǎng)絡(luò)將無線技術(shù)和傳感器技術(shù)結(jié)合了起來，它將幫助減少污染，以及改善人類對自然災(zāi)害所作出的反應(yīng)。文章題為《智能傳感器如何拯救地球》，摘要如下：

傳感器網(wǎng)絡(luò)是一些激動人心的計算系統(tǒng)，它們結(jié)合了分布式傳感、計算和無線通信技術(shù)。科學(xué)家們鼓吹，這種技術(shù)像因特網(wǎng)一樣強(qiáng)大和復(fù)雜，它可以廣泛應(yīng)用于對公共污染物的監(jiān)測、對土地使用情況的管理，對安全架構(gòu)的支持等各個方面。為什么這種技術(shù)能吸引如此多的關(guān)注？還要多久我們才能真正用上這種技術(shù)的產(chǎn)品？當(dāng)我們的基礎(chǔ)設(shè)施中安裝了這些自動的、自行適配的分布式系統(tǒng)時，又將意味著什么？

正在出現(xiàn)的這種嵌入式網(wǎng)絡(luò)將改變我們理解和管理實體世界的方法。傳感器網(wǎng)絡(luò)將帶來通信革命的無線技術(shù)和帶來醫(yī)學(xué)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的傳感器技術(shù)結(jié)合了起來。現(xiàn)在我們可以將微型傳感器、單板處理接口和單板無線接口整合在一起，做成一種能耗相對較低、體積極小的器件，它們能密集監(jiān)測廣泛的物理現(xiàn)象，從而使實時的環(huán)境監(jiān)測成為可能。

像因特網(wǎng)一樣，這些由智能嵌入式傳感器組成的規(guī)模龐大的分布式系統(tǒng)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(huán)境等各種現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測和信息收集。通過廣泛應(yīng)用，傳感器網(wǎng)絡(luò)還可能揭示出一些我們此前所未曾觀察到的現(xiàn)象，并將最終幫助我們理解和管理這個日益相連和日益脆弱的實體世界。

對這一技術(shù)的早期應(yīng)用很多是科學(xué)性的。目前我們對生物多樣性、碳循環(huán)、氣候變化、有害海藻等生態(tài)現(xiàn)象還不能進(jìn)行有效觀測。為了對危害公眾健康的因素進(jìn)行建模和預(yù)測，為了對現(xiàn)實威脅進(jìn)行實時監(jiān)控，公共衛(wèi)生官員們也對這一技術(shù)產(chǎn)生了越來越濃厚的興趣。這一技術(shù)提出了許多挑戰(zhàn)，吸引了全球科學(xué)家的注意力和想像力。傳感器網(wǎng)絡(luò)將由許多分布式元件組成，常常安裝在條件惡劣的自然環(huán)境中。為了能在多樣的動態(tài)環(huán)境中長時間自動運(yùn)行，它們需要具備很強(qiáng)的自適應(yīng)能力。最大的挑戰(zhàn)也許是，為了能對已安裝的網(wǎng)絡(luò)不斷進(jìn)行升級，需要更多地開發(fā)網(wǎng)絡(luò)的智能。特別是，隨著傳感點的不斷增加，要將所有傳感器的信息全部傳回由人工控制或計算機(jī)處理的中心站進(jìn)行處理將越來越困難。因此，這一系統(tǒng)應(yīng)該能夠就近處理傳感器數(shù)據(jù)，使有用信息能從龐雜的無用信息中有效地分離出來。

除了使嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)具備傳感能力外，科學(xué)家們還試圖增加它們的運(yùn)動能力。只需稍微增加這些觀測系統(tǒng)的運(yùn)動能力，就能大幅擴(kuò)大它們的覆蓋范圍。對攝像裝置和通信天線而言都是這樣。為了支持在空中和水下的高密度傳感和取樣，科學(xué)家們正在進(jìn)行幾項機(jī)器人技術(shù)研究。例如，在海洋生物學(xué)應(yīng)用中，為了確定有害海藻迅速繁殖的前提條件，科學(xué)家們布置了機(jī)器人節(jié)點在水面移動，自動收集水面和水下的微生物標(biāo)本，然后將它們與科學(xué)家們探測到的微環(huán)境情況結(jié)合起來進(jìn)行分析。雖然要充分挖掘這種技術(shù)的潛力還需要信息技術(shù)的長足發(fā)展，但我們現(xiàn)在已經(jīng)處于一個轉(zhuǎn)折點，可以開始將這些傳感和移動通信技術(shù)的早期應(yīng)用投入工程和商業(yè)領(lǐng)域。

隨著嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用，我們還應(yīng)該考慮它們的社會影響，例如有人擔(dān)心，無處不在的監(jiān)控設(shè)備會侵犯個人隱私。

傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可能改寫一些重要的科學(xué)分支，如生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等。然而，正如我們已經(jīng)談到的，這一技術(shù)所帶來的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)探索的范圍。最終，高分辨率的觀測系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)自然和人為災(zāi)害的人們能夠?qū)⒕瘓蟾行У貍鬟f給他人。
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