近年来，随着微机电技术、无线通信技术和多功能传感器技术的巨大进步，具有感知环境、数据处理、无线通信功能的传感器节点得到了广泛应用，无线传感器网络（WSN）也随之蓬勃发展。由于传感器节点的供电能力、计算能力、通信能力普遍较低，如何长时间有效监控环境是WSN研究者面临的巨大挑战。本文将矿井复杂环境抽象为具有很大测量方差的狭长窄带线性区域。在分析节点能量消耗模型和射频信号模型的基础上，利用最优化理论、多维定标技术、期望最大化方法、粒子波粒等算法研究了线性网络中能量消耗平衡与节点定位两个关键问题。提出了能量消耗平衡的线性网络节点非均匀部署最佳转发距离计算方法、节点交错的带状传感器网络能量平衡部署策略、调整节点间距平衡能量消耗的最佳转发距离算法、线性均匀部署数据转发策略、基于多维定标和扩展卡尔曼滤波的节点定位算法、基于粒子滤波移动节点跟踪方法。通过仿真和实验验证算法有效性，为线性网络应用提供理论和实践基础。