監控森林微氣候 德科學家發展無線感應技術 | 環境資訊中心
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監控森林微氣候 德科學家發展無線感應技術

2011年05月24日
本報2011年5月24日綜合外電報導,葉育姍編譯,蔡麗伶審校

無線網路感應結點可以收集如土壤濕度、空氣溫度或是樹葉內部的溼度等數據。圖片來自:ScienceDaily。森林學家利用森林監控系統量測各種環境數值來取得森林改變相關數據、引領下一步森林保育措施。然而,安裝及維護這些量測站的線路是很複雜的,因此,研究人員發展出一套無線網絡系統作為替代方案。

氣候變遷會對當地森林造成什麼樣的影響? 什麼樣的樹種才適合生長在某個特定的地理區域?這裡的污染程度有多少?為了回答這些問題, 森林學家正在進行「森林監控」程序:他們持續在永久性監測站紀錄一些參數,如土壤濕度及污染物的滲透程度等,而這些調查結果幫助維持了森林生態的長期穩定。問題在於,這些有線網路量測設備不但有複雜的安裝及維護程序,他們同時也會妨礙造林工作的進行。

《美日科學雜誌》(Science Daily)報導指出,利用弗勞恩霍夫微電子電路與系統網際網路電子郵件服務(IMS)研究所發展的技術,未來可在不使用任何惱人的電纜線的狀況下啟動「鑑別分析」(differentiated analysis)。

來自杜伊斯堡研究機構的科學家在德國哥廷根西北林業試驗設施的地面上,安裝了一個新式微氣候監控系統。IMS負責人Hans-Christian Müller解釋,「我們使用的是無線感應網絡,因此我們可以在一個區域內,同時在許多地點量測相關參數」。這樣一來,我們可以不需要花費太多力氣去安裝系統,也能收集到非常詳盡的現場環境條件。

Müller介紹說,依據想要量測的數據如土壤濕度、空氣溫度或是樹葉內部的溼度,不同的感應節點會被插進土裡或是被固定在樹枝上。有需要的時候,量測的位置也可以很容易作調整。這些智慧型小電腦們會自動形成一個網狀系統,控制著網絡內量測數據的傳輸。為了達到利用蜂巢式無線電話傳送量測結果給樹木資料庫中心的目的,一個移動式的行動數據機將直接連結到感應器形成的網絡。

提供電力給感應節點是最大的挑戰。在感應器上安裝太陽能電池是其他農業與林業應用上較偏好的解決方法,但並不適用在這裡。因為在樹木葉冠的覆蓋下,太陽光很難穿透進來。這也是為什麼到目前為止,除了定期更換電池外別無他法。然而,研究人員設法大幅延長電池的壽命,將維修保養的需求限制在合理的範圍內。

Müller說,「我們同時也修改軟體設計,目前使用壽命可達到12個月」。將軟體解決方案與感應器整合在一起,可確保那些無線電節點在大多數時間裡是處在省電睡眠模式。他們只有在進行測量以及數據傳輸的過程才會被啟動。

測量間距的設定是可變動的。一些像土壤濕度等緩慢改變的參數,不需要如空氣溫度那種會大幅度變動的參數那樣時常被量測。因為數據傳輸的過程佔了電力需求的絕大部分,所量測到的數據會早在感應節點處就被進行運算,以減小數據的量。

這項新技術已經在哥廷根一個聯合計畫「智慧森林」中被使用。這個計畫以利用微電子零件進行林業程序最佳化為目的。來自IZM的研究人員將會在「智慧森林」計畫中介紹他們的成果,同時也會在6/7~6/9於德國紐倫堡的Sensor + Test展覽會中,介紹其他無線感應網在工業應用上的發展。

※新聞來源:ScienceDaily