基于基于LoRaWAN通訊技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)

近年來地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對人民生命安全、財(cái)產(chǎn)造成巨大危害，如何治理與防治成為刻不容緩的主題。國家對于地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測設(shè)備投入也日漸增多，如何通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，幫助監(jiān)管部門在山體間更好地部署設(shè)備？

2020年前三季度全國共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害7711起，共造成116人死亡、22人失蹤、55人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失48．54億元。對于滑坡、崩塌、泥石流等山體相關(guān)災(zāi)害，如果能夠提前布設(shè)好地質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，將會大幅減少災(zāi)害帶來的損失。

對川東、渝南、湘西、云貴高原等山體滑坡災(zāi)害易發(fā)區(qū)的高危隱患點(diǎn)，設(shè)立專業(yè)的檢測儀器監(jiān)測山體狀態(tài)，是減災(zāi)防災(zāi)的重要方式之一。在傳統(tǒng)應(yīng)用中無人監(jiān)測一般采用專業(yè)的地質(zhì)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行信號采集和傳輸，但隨著行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)方案的痛點(diǎn)已漸漸暴露出來：

傳統(tǒng)設(shè)備價(jià)格昂貴；

傳統(tǒng)設(shè)備布置比較復(fù)雜；

傳統(tǒng)設(shè)備智能化程度低，人工參與較多；

連續(xù)陰雨天使用太陽能供電困難，功耗要求高；

特殊位置4G信號受遮擋嚴(yán)重；

缺少云端系統(tǒng)化管理方案。

通常情況，地質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)整體系統(tǒng)框圖如下圖所示：

致遠(yuǎn)電子可為用戶提供基于LoRaWAN通訊技術(shù)的整套通訊方案，包含：LoRaWAN節(jié)點(diǎn)、LoRaWAN網(wǎng)關(guān)、云平臺的整套服務(wù)：

?LoRaWAN節(jié)點(diǎn)

LoRaWAN節(jié)點(diǎn)可選用我司LM400TU方案，此模塊技術(shù)成熟，射頻參數(shù)滿足山體間的通信需求。支持LoRaWAN協(xié)議，無需二次開發(fā)，AT即可實(shí)現(xiàn)所有操作。我司模塊與網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品配合度好，方案可打包。

LoRaWAN模組

?LoRaWAN網(wǎng)關(guān)

致遠(yuǎn)電子LoRaWAN網(wǎng)關(guān)采用IP67防水外殼，各個接口均做了防水處理，在戶外使用無需擔(dān)心。

在功率方面，發(fā)射功率為25dBm，在野外平均覆蓋范圍超過4km。同時(shí)，地質(zhì)監(jiān)測應(yīng)用普遍采用太陽能板＋電池的供電模式，在長期陰天的情況下很可能很長一段時(shí)間都未必能得到補(bǔ)給，因此低功耗十分重要。致遠(yuǎn)電子LoRaWAN網(wǎng)關(guān)平均功耗在1．5W～4W，可以滿足太陽能＋電池供電的低功耗需求。

在后期運(yùn)營維護(hù)方面，致遠(yuǎn)電子網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)均已支持遠(yuǎn)程升級，對于布設(shè)地點(diǎn)偏遠(yuǎn)的地質(zhì)監(jiān)測應(yīng)用，遠(yuǎn)程升級功能也十分重要。

LoRaWAN網(wǎng)關(guān)

?云平臺服務(wù)

云端主要功能包含兩方面：

一方面，云中臺的功能是節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上下行透傳通道，把節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)基于ZWS透傳到客戶的業(yè)務(wù)服務(wù)器，把業(yè)務(wù)服務(wù)器的控制命令透傳下發(fā)給設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并提供大量的Restful API接口供客戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同調(diào)用。

另一方面，會配套功能強(qiáng)大的控制臺界面系統(tǒng)，對節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)本身的物理屬性，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和告警，進(jìn)行遠(yuǎn)程配置，以及信號強(qiáng)度的管理和分析，以及固件維護(hù)和升級等。

云平臺網(wǎng)關(guān)配置界面

方案優(yōu)勢

?整套系統(tǒng)

可為客戶提供包括：節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和云平臺的整套方案。免去客戶使用不同廠家產(chǎn)品聯(lián)調(diào)困難的問題；

?成熟的云平臺服務(wù)

穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，可在云端對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制、管理。也可進(jìn)行固件的維護(hù)和升級；

?功耗較低

網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品平均功耗1．5～4W，能夠滿足太陽能＋電池供電的低功耗需求；

?價(jià)格優(yōu)勢

相較于完全使用4G節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的傳統(tǒng)地質(zhì)設(shè)備，LoRaWAN網(wǎng)關(guān)及節(jié)點(diǎn)的價(jià)格相對低廉。

環(huán)境監(jiān)測RTU簡介

RTU被稱為遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Unit），是一種針對通信距離較長和工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣而設(shè)計(jì)的有模塊化的結(jié)構(gòu)的、特殊的計(jì)算機(jī)測控單元，它將末端的監(jiān)測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)程調(diào)控中心的主計(jì)算機(jī)連接起來，具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、控制和通信功能，能接收主機(jī)計(jì)算機(jī)的操作指令，控制末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。

圖1 環(huán)境監(jiān)測RTU網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

當(dāng)前RTU廣泛應(yīng)用于城市供水自動化控制系統(tǒng)、城市廢水處理系統(tǒng)、城市煤氣管網(wǎng)綜合調(diào)度系統(tǒng)、天然氣、石油行業(yè)自動化系統(tǒng)、電力遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)疾控系統(tǒng)、熱網(wǎng)管道自動化控制、大氣、水質(zhì)等環(huán)境監(jiān)測、水情水文測報(bào)系統(tǒng)、江河航運(yùn)、港口、礦山調(diào)度系統(tǒng)等等。

致遠(yuǎn)DTU設(shè)備如何應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測RTU

致遠(yuǎn)電子推出的ZWG－40COM系列Cat．1 DTU設(shè)備，能夠快速上手配置使用，并為用戶提供二次開發(fā)功能，用戶可根據(jù)自己的應(yīng)用需要快速開發(fā)出滿足自己要求的RTU產(chǎn)品。

1、使用簡單

ZWG－40COM系列數(shù)據(jù)傳輸終端能夠快速上手，進(jìn)行簡單的配置即可與后臺服務(wù)器／云平臺完成對接、數(shù)據(jù)透傳，方便集成到用戶RTU系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)第一步－打通數(shù)據(jù)。

2、接口豐富

環(huán)境監(jiān)測RTU需要外接各類傳感器設(shè)備，使用IO口對傳感器進(jìn)行控制、使用ADC采集傳感器數(shù)據(jù)，ZWG－40COM對外提供2路GPIO 、1路485、2路232可供使用。

如果使用不帶外殼的裸板型號ZWG－40DP，將提供8路IO、2路ADC、2路PWM、6路UART、2路以太網(wǎng)、2路SPI、2路IIC接口。

3、二次開發(fā)

ZWG－40COM系列內(nèi)部搭載全網(wǎng)通的Cat．1通信模組，使用Cortex－M7平臺的RT1062作為主控處理器，具有8MB的Flash和1MB的RAM，集成了豐富的驅(qū)動以及物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，并且搭載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)AWorks支持用戶進(jìn)行二次開發(fā)，幫助用戶快速的開發(fā)出產(chǎn)品。

而對于想要集成進(jìn)RTU產(chǎn)品內(nèi)部的用戶，我司可以提供開板式ZWG－40DP的底板參考設(shè)計(jì)，既可以當(dāng)做透傳的Cat．1模塊來使用，也可以基于豐富的接口資源進(jìn)行二次開發(fā)增加功能，快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

圖2 ZWG－40COM Cat．1 DTU產(chǎn)品

4、隔離防護(hù)

環(huán)境監(jiān)測設(shè)備常常會放置在工廠、戶外等環(huán)境惡劣的場所，對產(chǎn)品的隔離防護(hù)有一定要求。ZWG－40COM產(chǎn)品通過了一系列ESD、EFT、雷擊浪涌等可靠性測試。

表1 ZWG－40COM ESD測試結(jié)果

系統(tǒng)化方案

在透傳模式下使用ZWG－40COM系列產(chǎn)品的用戶，我司能夠提供系統(tǒng)化的解決方案，通過簡單配置直接接入ZWS－PaaS云平臺，快速打通終端節(jié)點(diǎn)到云平臺的數(shù)據(jù)鏈路。

在ZWS－PaaS云平臺可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)管理等一系列功能，也支持對設(shè)備進(jìn)行OTA升級，極大的降低了用戶設(shè)備的維護(hù)成本。

ZWS云平臺監(jiān)控大屏

責(zé)任編輯：gt