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流域生态-水文过程研究中存在诸多问题，制约精确模型构建及精确模拟的其中一个关键问题是模型所需的数据不充分，特别是空间上观测数据的不足。因此，解决模型构建与模拟需要的连续、系统、可靠、密集的数据资料是流域生态-水文研究的关键。
现有的观测手段(如，传统的定点观测站)在流域中进行高密度部署时，存在成本高、危险程度高、人员工作强度大、大面积部署困难大等问题。因此，需要寻找一种新的观测手段来进行密集数据观测，弥补传统定位观测站点密度的不足，以满足生态-水文模型的构建与模拟的需要。
随着微机电系统技术、计算机技术、无线通信和传感器技术的迅速发展和日益成熟，新兴的无线传感器网络(WSN)技术给生态-水文研究的密集数据观测带来了新的机遇。集感知能力、数据处理、无线通信以及能量供应于一体的传感器节点，以自组织的方式构成无线传感器网络，来实时感知、监测、采集和处理各种监测对象信息，形成低成本可大面积部署的密集观测技术，在生态环境研究中具有广阔的应用前景和潜在的应用价值。
本文从生态-水文研究出发，选取关注度较高的黑河流域一级支流马粪沟子流域为研究区域，开展了无线传感器网络应用与研究，主要包括以下工作：
1.结合流域生态-水文无线传感器网络环境要素观测的要求，给出了无线传感器网络的设计流程以及系统框架，并分析了系统框架中的四个部分所要关注的问题。
2.选取马粪沟子流域为研究区域，构建了生态-水文无线传感器观测网络，介绍了示范样方的选取、传感器节点的部署、节点的网络拓扑构成以及传感器网络的软、硬件组成；并详细介绍了无线传感器网络的通信协议栈各层需关注的问题及解决方案，实现了已经部署的无线传感器观测网络的数据采集、管理、处理、分析以及数据可视化等。
3.获得了马粪沟监测样方的7个月连续观测数据，形成了高海拔高寒环境下无线传感器网络设计、部署、运行的技术体系，总结了无线传感器网络在生态-水文研究应用中存在的问题和经验，为未来大面积无线传感器网络部署开展生态-水文要素监测提供了技术基础。