智能傳感器如何拯救地球

   美國加利福尼亞大學計算機科學教授德博拉·埃斯特林近日為世界經濟論壇網站《2005全球議程》專輯撰文說，傳感器網絡將無線技術和傳感器技術結合了起來，它將幫助減少污染，以及改善人類對自然災害所作出的反應。文章題為《智能傳感器如何拯救地球》，摘要如下：

    傳感器網絡是一些激動人心的計算系統，它們結合了分布式傳感、計算和無線通信技術。科學家們鼓吹，這種技術像因特網一樣強大和復雜，它可以廣泛應用于對公共污染物的監測、對土地使用情況的管理，對安全架構的支持等各個方面。為什么這種技術能吸引如此多的關注？還要多久我們才能真正用上這種技術的產品？當我們的基礎設施中安裝了這些自動的、自行適配的分布式系統時，又將意味著什么？

    正在出現的這種嵌入式網絡將改變我們理解和管理實體世界的方法。傳感器網絡將帶來通信革命的無線技術和帶來醫學和產業技術革命的傳感器技術結合了起來。現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，它們能密集監測廣泛的物理現象，從而使實時的環境監測成為可能。

    像因特網一樣，這些由智能嵌入式傳感器組成的規模龐大的分布式系統最終將覆蓋全球，對瀕危物種、土壤和空氣污染、病人和人工環境等各種現象進行監測和信息收集。通過廣泛應用，傳感器網絡還可能揭示出一些我們此前所未曾觀察到的現象，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。

    對這一技術的早期應用很多是科學性的。目前我們對生物多樣性、碳循環、氣候變化、有害海藻等生態現象還不能進行有效觀測。為了對危害公眾健康的因素進行建模和預測，為了對現實威脅進行實時監控，公共衛生官員們也對這一技術產生了越來越濃厚的興趣。這一技術提出了許多挑戰，吸引了全球科學家的注意力和想像力。傳感器網絡將由許多分布式元件組成，常常安裝在條件惡劣的自然環境中。為了能在多樣的動態環境中長時間自動運行，它們需要具備很強的自適應能力。最大的挑戰也許是，為了能對已安裝的網絡不斷進行升級，需要更多地開發網絡的智能。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處理的中心站進行處理將越來越困難。因此，這一系統應該能夠就近處理傳感器數據，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絡具備傳感能力外，科學家們還試圖增加它們的運動能力。只需稍微增加這些觀測系統的運動能力，就能大幅擴大它們的覆蓋范圍。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，科學家們正在進行幾項機器人技術研究。例如，在海洋生物學應用中，為了確定有害海藻迅速繁殖的前提條件，科學家們布置了機器人節點在水面移動，自動收集水面和水下的微生物標本，然后將它們與科學家們探測到的微環境情況結合起來進行分析。雖然要充分挖掘這種技術的潛力還需要信息技術的長足發展，但我們現在已經處于一個轉折點，可以開始將這些傳感和移動通信技術的早期應用投入工程和商業領域。

    隨著嵌入式傳感器網絡從實驗室走向實際應用，我們還應該考慮它們的社會影響，例如有人擔心，無處不在的監控設備會侵犯個人隱私。

    傳感器網絡技術還可能改寫一些重要的科學分支，如生態學和環境科學等。然而，正如我們已經談到的，這一技術所帶來的影響將遠遠超出科學探索的范圍。最終，高分辨率的觀測系統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；將使那些最早發現自然和人為災害的人們能夠將警報更有效地傳遞給他人。