2008年5月12日，發生在中國四川省汶川地區的8級特大?震災害，牽動了每一個中華兒女的心。地震災害給汶川人民的生命財產帶來了巨大的損傷，6萬多鮮活的生命離開了我們，無數棟房屋變成瓦礫，學校停課，工廠停工，地震造成的傷痕可能需要中國人民花費十數年的時間去撫平。

痛定思痛，在捐款捐物，盡一份普通人的微薄之力之余，如何能夠更有效的貢獻出自己的能力成為環繞于作者腦海，久久揮之不去的念頭。

作者服務于無線傳感器行業多年，對其技術及應用小有心得。在將多年與地質災害相關項目整理之后，終于有此篇文章問世。

技術概述

無線傳感器網絡誕生于上世紀90年代末，最初是美國軍方提出用以進行戰場環境監測的新技術，將大量的廉價傳感器節點遍布指定區域，數據通過無線網絡傳回監控中心，監控區域內的所有信息就會盡收觀察者的眼中了。

該計劃由美國加州大學伯克利分校承擔研究任務，在初期產品完成后由美國Crossbow科技公司負責民用推廣。

無線傳感器網絡相對于傳統的網絡，其最明顯的特色可以用六個字來概括，即“自組織，自愈合”。自組織是指在無線傳感器網絡中不像傳統網絡需要人為指定拓撲結構，其各個節點在部署之后可以自動探測鄰居節點并形成網狀的最終匯聚到網關節點的多跳路由，整個過程不需人為干預。同時整個網絡具有動態靈活性，在任何節點損壞，或加入新節點時，網絡都可以自動調節路由，隨時適應物理網絡的變化。這就是所謂的自愈合特性。

這些特點使得無線傳感器網絡能夠適應復雜多變的環境，去監測人力難以到達的惡劣環境。汶川地震發生之后所有通信設施中斷，在后期只能依靠人力對余震、山體滑坡、堰塞湖等進行檢測，效率低下，且缺乏量化數據進行科學分析預測。如果在災區部署無線傳感器網絡就能有效解決這一問題。無線傳感器網絡節點體積大多小巧，Crossbow公司的Mica系列節點僅為兩節五號電池大小，電池供電可以保證數月工作時間，不需現場拉線供電，非常方便在應急情況下進行靈活部署監測并預測地質災害的發生情況。

1.山體滑坡

香港由于存在大量山地地貌，城市居民人口眾多，要求土地必須保持較高的利用率，因此大量建筑和道路都位于山區附近。由于地處中國南方，地理位置決定了該地區降雨量常年偏高，尤其在每年夏季的梅雨季節，會出現大量的降水。不穩定的山地地貌在受到雨水侵蝕后，容易產生山體滑坡現象，對居民生命財產安全造成巨大的威脅。

過去數十年內在某些極其危險地域發生了多次山體滑坡現象，因此政府部門試圖部署一種靈活穩定的系統對山體滑坡進行監測和預警。政府部門嘗試部署過多套有線方式的監測網絡，但是由于監測區域往往為人跡罕至的山間，缺乏道路，野外布線，電源供給等都受到限制，使得有線系統部署起來非常困難。此外，有線方式往往采用就近部署Datalogger的方式紀錄采集數據，需要專人定時前往監測點下載數據，系統得不到實時數據，靈活性較差。

Crossbow在與地理監測專家進行多次交流并進行數次實地考察后，Crossbow幫助地質專業公司FT與Fugro在香港青山和大嶼山地區部署了基于無線傳感器網絡的山體滑坡監測方案。山體滑坡的監測主要依靠兩種傳感器的作用，液位傳感器以及傾角傳感器。在山體容易發生危險的區域，將會沿著山勢走向豎直設置多個孔洞，如圖所示。

每個孔洞都會在最下端部署一個液位傳感器，在不同深度部署數個傾角傳感器。由于該地區的山體滑坡現象主要是由雨水侵蝕產生的，因此地下水位深度是顯示山體滑坡危險度的第一指標。該數據由部署在孔洞最下端的液位深度傳感器采集并由無線網絡發送。

通過傾角傳感器我們可以監測山體的運動狀況，山體往往由多層土壤或巖石組成，不同層次間由于物理構成和侵蝕程度不同，其運動速度不同。發生這種現象時我們部署在不同深度的傾角傳感器將會返回不同的傾角數據。在無線網絡獲取到各個傾角傳感器的數據后，通過數據融合處理，專業人員就可以據此判斷出山體滑坡的趨勢和強度，并判斷其威脅性大小。

山體滑坡在地震之后的災區隨處可見，尤其是交通要道兩側的山體滑坡對救援進度更是會造成巨大的威脅，相信無數人仍然記得在聽到理縣到汶川的生命線在打通后不到一天的時間就又因山體滑坡而中斷時那揪心的感覺。

2.地震監測

地震是由地殼變化釋放能量在地表形成機械波傳遞的現象。因此安置在地表的振動傳感器可以用來檢測地震的發生和強度。四川汶川的地震強度8級，以及后續的各次余震都是通過地震局匯聚部署在各地的振動傳感器信息，再還原為地震中心點的振動數據得出的。

當然，地震監測網絡由于部署地點確定，使用有線監測方式是較為合適的選擇。但是在應急情況下，可以隨時部署獲取數據的無線地震監測網絡也具有相當的意義。比如在地震之后用以監測余震的發生，機械波的傳遞遠遠慢于無線電波，因此可以搶出寶貴的幾分鐘預警時間給救援人員后撤。

美國哈佛大學在去年部署了一套類似的應急地震監測系統，主要部署在火山地區用來監測因火山爆發而導致的地震信息。系統采用TelosB無線傳感器節點，搭載24位ADC用以監測MEMS加速度計傳送的微弱振動信息。節點以火山口為中心徑向部署，間隔數百米部署一個節點。在部署完畢后可以監測出地震沿徑向傳播各點的振動信息。

類似的系統在余震監測和震后應急補充部署時將具有重要的意義。中國地震局、哈爾濱工程力學研究所、中國臺灣地震研究中心在近年都開始進行類似項目的研究。期待在不遠的將來能有類似裝備問世。