近年影響人類未來發(fā)展的科技，其中的兩項「無線傳感器網(wǎng)路」與「網(wǎng)格運(yùn)算科技」便是關(guān)于生態(tài)方面的研究。這兩項科技使得生態(tài)研究能獲得高頻度、大尺度、長時間的環(huán)境資料，可制作大區(qū)域之生態(tài)模式。中國的資訊和通信技術(shù)發(fā)展?jié)u趨成熟，加上中國是世界科技硬體無線感應(yīng)器的主要生產(chǎn)國，我國應(yīng)該亟思如何應(yīng)用中國在資訊和通信科技領(lǐng)域上的優(yōu)勢，進(jìn)一步發(fā)展長期生態(tài)研究的新技術(shù)，把國內(nèi)的生態(tài)與環(huán)境研究邁向自動化的資料搜集與管理，并將資料連結(jié)成可進(jìn)一步整合使用的資訊，幫助產(chǎn)業(yè)永續(xù)發(fā)展。這涉及資料層面、知識層面、管理層面以及應(yīng)用層面，其中尤其是資料的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)位化、轉(zhuǎn)換、交換、共用是朝向資訊管理的最基本工作。

　　面對生態(tài)與環(huán)境的劇烈變動，原有分散各地的監(jiān)測網(wǎng)日益無法滿足需求，也難以因應(yīng)未來的環(huán)境沖擊與挑戰(zhàn)，為解決許多的環(huán)境災(zāi)難，例如降低颶風(fēng)或海嘯的傷害、暖化或外來入侵種對生態(tài)的沖擊、傳染病或等流行病學(xué)對人類可能造成的浩劫等，美國國家科學(xué)基金會因而提議資助將原先分散全美各地的觀測網(wǎng)整合成一個生態(tài)觀測。未來幾年內(nèi)將投入巨資，希望在30年內(nèi)能逐步完成這些基礎(chǔ)設(shè)施，以從分子到地景等不同尺度來了解整個生態(tài)系的運(yùn)作，借此對美國境內(nèi)生態(tài)環(huán)境有更進(jìn)一步的認(rèn)識，而能對生態(tài)與環(huán)境的變動有更好的預(yù)估能力。

　　廈門欣仰邦計劃透過的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，結(jié)合的通訊技術(shù)、發(fā)展不同的實驗室或野外調(diào)查的儀器，再利用資訊管理技術(shù)應(yīng)用在生態(tài)研究上，大幅擴(kuò)展我們在傳統(tǒng)資料收集與獲取上無法突破的限制。因此本文將透過介紹傳感器網(wǎng)路的架構(gòu)及其應(yīng)用的實例，以供研究人員及相關(guān)單位參考，俾帶動傳感器網(wǎng)路在國內(nèi)農(nóng)業(yè)研究及生態(tài)防災(zāi)上的相關(guān)應(yīng)用。二、傳感器網(wǎng)路基本架構(gòu)

　　建構(gòu)傳感器網(wǎng)路系統(tǒng)會牽涉到傳感器、計算及通訊等三個不同層次的內(nèi)容。首先是與環(huán)境接觸互動的儀器、偵測器或監(jiān)視器等的傳感器，這些傳感器反應(yīng)環(huán)境變化并產(chǎn)生電子訊號，大部分目前的電子式傳感器接收環(huán)境變動時均產(chǎn)生電流或頻率變化，例如氣象儀器監(jiān)測或接收氣溫、濕度、降雨、風(fēng)速、風(fēng)向、土溫、地表或溪流水位等物理環(huán)境資訊；另外愈來愈普遍的化學(xué)性儀器收集二氧化碳濃度、酸堿值、溶氧量等測值，以獲得環(huán)境中物理或化學(xué)變化的資料。

　　其次是計算層，當(dāng)傳感器接收到環(huán)境變化訊息并以電流方式送進(jìn)資料收集器時，通常需透過運(yùn)算程序把電子訊號先數(shù)位化，然后進(jìn)行儲存，這個層次涉及資料傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)與界面，亦即資料轉(zhuǎn)換后，送出端與接收端必須有共同的溝通準(zhǔn)則。再來是通訊層，在傳統(tǒng)上傳感器層雖可以完成，但通訊層則必須靠人力前往傳感器讀取資料來完成，因而造成如天候、人力等許多限制。但在無線傳輸技術(shù)發(fā)展后，通訊層與傳感器層的障礙逐漸獲得改善，利用無線電波來進(jìn)行資料傳遞，在硬體架設(shè)或使用的機(jī)動性上均比有線網(wǎng)路方便許多。一旦資料能由野外順利傳進(jìn)實驗室或辦公室，就涉及把數(shù)位資料轉(zhuǎn)化為可閱讀的運(yùn)算層，例如監(jiān)測氣象需要日報表或風(fēng)花圖等，除此資料需長期儲存以備未來取用外，對多樣性高的生態(tài)資料亦是一項挑戰(zhàn)，因為它涉及資料流的方向性與倉儲整合。

三、傳感器網(wǎng)路的資料收集能力與實例

　　傳感器網(wǎng)路應(yīng)用在生態(tài)與環(huán)境的研究上雖然尚在起步階段，但其潛力卻隨著無線網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)展而大增，主要是傳感器網(wǎng)路擴(kuò)展了傳統(tǒng)資源管理的能力，尤其在資料收集與獲取上更突破以往無法達(dá)到的優(yōu)勢。因此，應(yīng)用傳感器網(wǎng)路將對研究人員在資料搜集上產(chǎn)生巨大的影響，而許多受限傳統(tǒng)研究方式而無法進(jìn)行研究或觀測的現(xiàn)象，也透過傳感器網(wǎng)路以查覺或發(fā)掘出來，例如：

(一) 大尺度空間的密集取樣：如多層集水區(qū)、湖泊系統(tǒng)、原始老齡林林分，即使有大量人力恐怕也難以進(jìn)行密集取樣而在短期內(nèi)獲得資料。
(二) 不易觀察的生物或現(xiàn)象：如隱密、夜行的動物，或外來入侵生物對環(huán)境沖擊的影響。
(三) 特殊或惡劣環(huán)境下之觀察：如臺風(fēng)期間、火山爆發(fā)、土石流等可能危及研究人員生命安全之狀況。
(四) 即時能反應(yīng)現(xiàn)象或事件變化：如土溫到達(dá)某一程度時調(diào)整取樣頻率；發(fā)現(xiàn)到新物種后直接觀察記錄；遠(yuǎn)端儀器修理以保持資料完整連續(xù)。
(五) 打破野外與實驗室的距離：研究人員或資源管理者可在室內(nèi)直接操作野外儀器而不必親自到現(xiàn)場，或是研究人員不必返回室內(nèi)便能獲取所需的資訊，類似行動辦公室的概念，而能進(jìn)行新物種的鑒定。

　　上述這些能力已有不少應(yīng)用實例，對研究人員或?qū)崉?wù)的資源管理者都提供了參考的價值，以下利用監(jiān)測湖泊代謝的實例來進(jìn)一步說明傳感器網(wǎng)路的應(yīng)用。中國湖泊生態(tài)學(xué)家在實驗室直接讀取海棠臺風(fēng)登陸后大壩、湖的雨量與風(fēng)向風(fēng)速的變化。　　水體(如湖泊)扮演無機(jī)碳由陸域生態(tài)系進(jìn)入大氣層的通路，以及有機(jī)碳礦化過程的主要場所之一，如何監(jiān)測這種碳的動態(tài)過程，湖泊生態(tài)研究者利用湖泊初級生產(chǎn)量與湖泊中植物的呼吸作用作為指標(biāo)，實際上乃收集水體的溶氧量與水溫等資料加以計算。傳統(tǒng)上收集這樣的資料頻度可能是以周為單位，這樣的頻度已相當(dāng)耗時并需投入大量人力。這樣的工作當(dāng)改用無線傳感器網(wǎng)路以后，監(jiān)測的頻率可以由一周增加到每天甚至每分鐘內(nèi)，科學(xué)家可以開始探索湖泊的物理、化學(xué)與生物現(xiàn)象。探索的問題由一季(如碳如何進(jìn)入大氣呢？)，到一周(如湖泊代謝作用、如何反應(yīng)突發(fā)的環(huán)境變化像臺風(fēng)或暴雨現(xiàn)象呢？)，甚至到一小時及一分鐘(如瞬間湖水的溶氧量是如何變化呢？)。

　　這個構(gòu)想經(jīng)由實際的架構(gòu)是把無線電發(fā)射器、氣象儀器、溶氧測量儀架、資料接收器與太陽能板架設(shè)在浮筒上，把浮筒系放到湖泊中，利用無線電發(fā)送資料到任何可接收的基地站，再用網(wǎng)際網(wǎng)路傳進(jìn)實驗室的電腦，然后儲存到資料庫以備使用。當(dāng)所有的湖泊聯(lián)結(jié)成一個網(wǎng)絡(luò)時，跨國的環(huán)境變化可以快速監(jiān)測到。首度由中國與美國跨國合作成功的湖泊研究模式經(jīng)驗，快速吸引超過10個國家將陸續(xù)加入此計劃，而形成一個湖泊生態(tài)觀測網(wǎng)，當(dāng)所有的湖泊聯(lián)結(jié)成一個網(wǎng)絡(luò)時，跨國的環(huán)境變化可以快速監(jiān)測到。

四、結(jié)論
　　從湖的實例，可以發(fā)現(xiàn)傳感器網(wǎng)路提供了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用潛力，這種潛力具有較高的信賴度且較便宜的資料收集技術(shù)，提供即時且避免工作人員涉險的好處，可以延伸生態(tài)觀測的時空尺度，以及讓真實的現(xiàn)象具體呈現(xiàn)，讓科學(xué)研究得到更充足的證據(jù)。本會林業(yè)試驗所研究團(tuán)隊運(yùn)用生態(tài)資訊學(xué)所建構(gòu)的新方，除了在北中國的湖展開跨國合作外，目前也在南部的試驗林生態(tài)科學(xué)園區(qū)建立無線傳感器網(wǎng)路，作為生態(tài)系經(jīng)營所需的資料搜集平臺，重新整合各領(lǐng)域研究，針對植物物候、動物行為、游客行為、森林微環(huán)境等進(jìn)行生態(tài)聲景、生態(tài)影像、數(shù)位資料自動化搜集，并依目前國際長期生態(tài)網(wǎng)共同使用的生態(tài)資訊后設(shè)資料語言建立資料倉儲、搜尋、使用、分享、分析、整合等功能的資訊管理系統(tǒng)，并利用科學(xué)工作流程進(jìn)行森林生產(chǎn)力與生態(tài)系功能模式推導(dǎo)。