技术分享：利用传感器监测河流状态

1万 · 2014-10-28 15:12

未来美国每一条河流可能都会有像是纽约州New Hamburg境内的哈德逊河(Hudson River)最近才布署的传感器数组进行监测──如果克拉克森大学(Clarkson University)的河流暨出海口信标研究所(Beacon Institute for Rivers and Estuaries)正在进行的研究一切顺利。

该研究所的目标是通过布署在河流与出海口、用以集中监控的低成本传感器数组，取得实时性的环境科学资料；主任研究员James Bonner表示，通过量测浊度(turbidity，粒子负荷)、盐度(salinity，传导性)、叶绿素(chlorophyll)以及有色分解有机物(colored dissolved organic matter)，河流传感器能追踪生物与化学污染物的动态、鱼类的洄游，以及河流生态系统的整体功能。

1万 · 2014-10-28 15:12

Bonner指出，今日的河流水质监测系统价格太高昂，在大量布署上有困难，而河流暨出海口信标研究所正在打造的河流与海口观测网络(River and Estuary Observatory Network，REON)传感器，成本仅是现有系统的二十分之一，任何一条河流都可轻松布署；这种廉价的河流监测方案，能在几乎所有区域进行策略性的布署并透过无线网络全天候、全年无休监测。

“市面上可量测PH值、连结性(connectivity)以及分解氧(dissolved oxygen)的电化学装置价格约1万至1万2,000美元；而可量测叶绿素与有色分解有机物的光学系统价格也差不多；”Bonner表示：“REON Sonde传感器数组在一台装置中结合上述两种装置所有的参数，而且每台成本约仅1,200美元。”

1万 · 2014-10-28 15:13

Bonner进一步指出，Sonde传感器数组是透过利用PVC等随处可见的、具成本效益的材料，以及重新配备现有的技术，颠覆了水质监测系统的成本曲线，并为该类感测装置的广泛布署开启了关键之门。REON Sonde也具备比传统水质监测系统更容易维护的优势，只需几分钟就能进行布署设定，而传统监测系统往往要花上几小时。

1万 · 2014-10-28 15:13

“REON Sonde在日常维护上的简易性以及即插即用特性，将在节省成本方面产生很大的影响；”Bonner表示：“这就有点像是替换喷墨打印机的墨盒，Sonde装置的安装替换只需要10分钟就能完成，可大幅节省像是REON这类大规模监测网络的营运与维护成本。”

1万 · 2014-10-28 15:13

根据Bonner表示，Sonde系统与一根很长的金属杆末端连结，该金属杆被固定在河岸或是堤岸上；维护人员只要将金属杆解锁拆卸，就能进行维修或是Sonde的更换；而10分钟之后，该装置就能重新安装回水中、计算机也完成设定，整套系统又恢复运作。

除了取得河川水质量测指标，该套中央监测系统也能透过算法来推断河流的整体健康状况，以及河流生态系统的详细功能；Bonner表示：“通过分析所收集的数据，能让我们得知生物/化学污染物动态、鱼类洄游以及整个河流生态系功能的状况。”

1万 · 2014-10-28 15:13

该系统的数据传送是以每小时为单位，布署据点的小型服务器会将信息打包并透过蜂窝式调制解调器传送至中央监控站。目前在纽约州New Hamburg 区域的哈德逊河以及圣劳伦斯河(St. Lawrence)沿岸，总共布署了37套REON装置，包括REON II (也就是Sonde系统)。

这些传感器进行24小时实时监控，每隔一小时会回报数据，让REON网络能看到生物或化学污染物的动态，甚至追踪其源头，如此将有助于提升公共卫生并减轻对国土安全的忧虑。而研究人员的终极目标是能监测所有主要河流，并将他们的工作视为“环境科学领域的转型”。